Lager optimieren, Vibrationen und Lärm minimieren

In nahezu allen technischen Bereichen werden hohe Anforderungen an Produkte gestellt. Abhängig vom Produkttyp stehen die Sicherheit, Funktionalität, das Design, der Komfort und die Kosten im Fokus. Für die Funktionalität, Effizienz und Sicherheit gelten zum Teil gesetzliche Vorgaben und normative Standards. Ergänzend werden an die Produkte kundenspezifische Anforderungen gestellt. Eventuelle Schwingungseinflüsse, in Form von Vibrationen und Lärm, werden mit negativen Komforteigenschaften in Verbindung gebracht.

Schwingungen können die genannten Produkteigenschaften beeinflussen und damit schon im Entwicklungsprozess zu Problemen führen. Daher ist es in der Produktentwicklung essentiell, die eingesetzten Werkstoffe und Bauteile zu prüfen und zu charakterisieren. In Form von Lagern dienen sie zur schwingungstechnischen Entkopplung und steigern damit die Komforteigenschaften. Im Leistungsfeld Schwingungstechnik des Fraunhofer LBF gehört die Untersuchung und Entwicklung von passiven und aktiven Lagern zu den angestammten Forschungsschwerpunkten. Damit unterstützt das Institut seine Kunden begleitend während des Entwicklungsprozesses.

Die passiven und aktiven Lager haben die primäre Aufgabe, die Sicherheit der Ankopplung einer Schwingungsquelle zu gewährleisten, das Gewicht der Schwingungsquelle abzustützen und Schwingungen zu entkoppeln. Zu diesem Zweck ist eine zuverlässige experimentelle Kennwertermittlung erforderlich, um eine Beurteilung der Bauteileigenschaften sowie deren Auslegung hinsichtlich der gewünschten Systemcharakteristik zu gewährleisten. Die dynamische Transfersteifigkeit ist dabei ein wichtiger Kennwert. Sie kennzeichnet in komplexen Größen das vibroakustische Transferverhalten und beschreibt die Trägheits-, Federungs- sowie Dämpfungseigenschaften bei verschiedenen Frequenzen. Üblicherweise erfolgt die dynamische Charakterisierung von Lagern meist mit servohydraulischen Prüfmaschinen, was die Verfügbarkeit qualitativ hochwertiger Messergebnisse auf niedrige Prüffrequenzen beschränkt.

Das Fraunhofer LBF setzt einen neuen Hochfrequenzprüfstand zur Ermittlung des dynamischen Transferverhaltens von Lagern ein. Der Prüfstand ist für Untersuchungen der dynamischen Steifigkeit bis 2000 Hertz konzipiert. Die eingesetzte Aktorik besteht aus einem elektromechanischen Spindelantrieb und einem elektrodynamischen Schwingerreger. Den dynamischen Signalanteilen von bis zu acht Kilonewton (Sinus, Rauschen, Schock, Sinus über Rauschen, Zeitdaten) des Schwingerregers kann eine statische Vorlast von bis zu fünf Kilonewton überlagert werden.

Der Probenraum mit den Abmessungen 550 x 300 x 300 Millimeter ermöglicht die Untersuchung von kleinen Werkstoffproben bis hin zu großen Lagern. Während des Prüfbetriebs werden relevante Messgrößen kontinuierlich überwacht und aufgezeichnet. Die Prüfung unter Temperatureinfluss sowie deren Überwachung ist ebenfalls möglich. Die Eignung des Prüfstands für den spezifizierten Einsatz wurde in Anlehnung an die DIN Normenreihe 10846 nachgewiesen.

Anwendung finden die Prüftechnik und die daraus resultierenden Ergebnisse, wie beispielsweise dynamische Steifigkeit, Verlustwinkel und Kraft-Weg-Hystereseschleifen, im Rahmen des Entwicklungsprozesses von passiven und aktiven Lagern. Der Einsatzzweck des Prüfstands besteht in der dynamischen Charakterisierung von Lagerungskomponenten, Entwicklung und Test von aktiven Lagern, Parametrierung und Validierung numerischer Simulationsmodelle und der Untersuchung von neuen Werkstoffen. Mit dem Ziel, Schwingungen zu entkoppeln, werden Werkstoffe und Bauteile in nahezu allen technischen Bereichen und damit Produkten eingesetzt. Die wesentlichen Industriezweige sind die Automobilindustrie, Transportindustrie, der Maschinen- und Anlagenbau sowie Konsumgüterindustrie.