Fraunhofer-Gesellschaft
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Fraunhofer Geschäftsbereich Adaptronik

Adaptive Schwingungstilger steigern Effizienz und Lebensdauer von Produktionsmaschinen

Abb. 1: Der Effekt eines Tilgers beim Frequenzspektrum einer Struktur in Form einer „Nullstelle“ der Schwingung (gestrichelter Kreis). Abb. 2: Das „Cross Power Spectrum“ bei der 2. Schwingungsordnung einer Produktionsmaschine während eines Hochlaufs

Schwingungstilger werden z. B. in Häusern, Brücken und Autos eingesetzt und sind meist auf eine feste Frequenz ausgelegt. Bei veränderlichen Anregungen oder wechselnden Randbedingungen können die Tilger ihren Einfluss auf das dynamische Verhalten einer Maschine verlieren oder dieses sogar verschlechtern. Adaptive Schwingungstilger können ihre Eigenfrequenz selbstständig anpassen und so auf veränderliche Bedingungen reagieren. Abb. 1 zeigt den Effekt des adaptiven Tilgers auf das Schwingverhalten einer Struktur bei einer Nenn-Tilgungsfrequenz von ca. 90 Hz, um die der Tilgungspunkt (die Nullstelle) adaptiert werden kann.

Anwendungsbeispiele für adaptive Tilger

Am Fraunhofer LBF wurden adaptive Tilger in unterschiedlichen Größen für verschiedene Anwendungen aufgebaut. Die adaptiven Tilger unterscheiden sich auch durch die Art der aktorischen Verstellung der Resonanzfrequenz (klassische Aktoren: z. B. Elektromotoren, bzw. intelligente Funktionsmaterialien: z. B. Piezoaktoren).

Für schwerere Strukturen wurde ein adaptiver Biegebalken-Tilger (ca. 5 kg Tilgermasse) entwickelt und an einer Produktionsmaschine (ca. 5 Tonnen) erprobt. Die Adaption der Tilgersteifigkeit wird durch die Positionierung der Tilgermasse auf den Balken über eine Gewindestange realisiert. Der Antrieb für die Drehbewegung der Gewindestange arbeitet quasi statisch, sodass nur während der Adaption Energie benötigt wird. Durch den Regler wird die Phase zwischen Tilger- und Maschinenschwingung ausgewertet und die Tilgermasse danach so positioniert, dass der Tilger in Resonanz schwingt.

Abb. 2 zeigt den Effekt des adaptiven Tilgers bei der 2. Ordnung der Maschinenschwingung im Drehzahlbereich 1550 bis 2550 min-1 während eines Hochlaufs der Produktionsmaschine. Die Schwingung der Maschine wurde reduziert und das Strukturverhalten insgesamt verbessert.