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JKU-ForscherInnen finden neue Methode zur Schwingungsunterdrückung

Irschik
JKU-ForscherInnen ist es im Laborversuch gelungen, eine kostengünstige Methode zur Unterdrückung von Schwingungen in technischen Geräten zu entwickeln.

Schwingungen in technischen Geräten wie Motoren oder Waschmaschinen sorgen für Lärm und sind daher unerwünscht. JKU-ForscherInnen vom Institut für Technische Mechanik (Leitung: o.Univ.-Prof. Hans Irschik) ist es nun im Laborversuch gelungen, eine kostengünstige Methode zur Unterdrückung solcher Schwingungen zu entwickeln.

Der neue Prototyp besteht aus einer neuartigen Kombination einfacher elektronischer Bauteile und basiert auf einer am Institut entwickelten Methode zur Unterdrückung von Vibrationen („Shape Control“). Das Institut für Technische Mechanik der JKU zählt seit Jahren zu den international führenden Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet der Unterdrückung oder gezielten Erzeugung von Schwingungen mittels piezoelektrischer Aktoren und Sensoren. Gemeinsam mit dem Linz Center of Mechatronics (LCM) gelangen schon bisher erfolgreiche Realisierungen, z.B. in der Medizintechnik oder bei der Schallunterdrückung in Klimaanlagen oder Kühlschränken.

Neuer Versuch
„Um die Schwingungsunterdrückung optimal zu gestalten, müssen die piezoelektrischen Elemente in bestimmter Weise über die Konstruktion verteilt werden. Das hat der Anwendbarkeit bislang Grenzen gesetzt“, so DI Dr. Jürgen Schöftner (Institut für Technische Mechanik). Gemeinsam mit DI Gerda Buchberger BSc (Institut für Mikroelektronik und Mikrosensorik, Vorstand: Prof. Bernhard Jakoby) entwickelte der Forscher nun eine neuartige Technologie, welche in Zukunft eine kostengünstige und breitere Anwendung der „Shape Control“-Methode erwarten lässt. Die Funktionsfähigkeit der Technologie wurde mittels einer neuen Versuchsanordnung bestätigt. „Durch die geschickte Verwendung elektrischer Widerstände können die Spannungen in den piezoelektrischen Elementen so genau eingestellt werden, dass sie die Vibrationen exakt ausgleichen. Im Laborversuch ist sogar die vollständige Unterdrückung der Schwingungen gelungen“, so DI Buchberger.

Patent erhalten
Auch wenn piezoelektrische Elemente schon zur Schwingungsunterdrückung eingesetzt wurden, öffnet die JKU-Forschung dennoch eine neue Tür: „Dies erlaubt eine einfache, leicht zu realisierende und kostengünstige Lösung. Vorteilhafte Anwendungen in der Fahrzeugtechnik, bei Konstruktionen der Luft- und Raumfahrt oder im Gerätebau sind denkbar“, so Schöftner. Der Fachwelt wurde die revolutionäre Methode bei Fachtagungen und Konferenzen vorgestellt, entsprechende Artikel wurde in den renommierten Journalen „Smart Structures and Systems“ und „Composite Structures“ veröffentlicht. Zudem wurde die Methode auch patentiert. „In Zukunft wäre es denkbar, Geräte mit dünnen, piezoelektrischen, widerstandsbehafteten Folien zu überziehen, um aktiv oder passiv den störenden Schwingungen entgegenzuwirken“, meint Gerda Buchberger.

Video zum Thema


Foto 1: Die Versuchsanordnung - ein Metallbalken wird zu Schwingungen angeregt: auf dem Balken sind piezoelektrische Elemente angebracht, die über elektrische Schaltkreise miteinander verbunden sind (v.l.: Buchberger, Schöftner, Brandl, Irschik)
Foto 2: Momentaufnahme der Schwingung zur Veranschaulichung der maximalen Ausschläge (links: ohne Steuerung beträgt die Amplitude 0.26 mm, rechts: mit Steuerung beträgt sie nur 0.016 mm, was einer Reduktion von 94% entspricht)

 

[Christian Savoy]