Projekte

Die Integration von Piezomodulen in einen Metall-Verbundaufbau in Kombination mit einer anschließenden Umformung bietet das Potential, komplexe, dreidimensional gekrümmte Bauteile zu fertigen, die eine strukturintegrierte Sensor- und Aktorfunktionalität besitzen. Strukturbauteile, die als Piezo-Metall-Verbund ausgeführt sind, können aufgrund ihrer integrierten Aktorik aktiv die Körperschallübertragung in einer Struktur verringern.

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Die Funktion dieses Demonstrators zielt im Gegensatz zur dynamischen Formkontrolle auf ein zweites wesentliches Element des Einsatzes verteilter Aktorik in Werkzeugmaschinen: der Entkopplung schwingender Baugruppen.

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Die Adaptronik beschäftigt sich mit der Entwicklung funktionsverdichteter Systeme. Die Funktionselemente, wie z. B. Aktoren, werden dabei innerhalb des Kraftflusses angeordnet und übernehmen somit auch tragende Funktionen. Dies bedingt eine strukturkonforme und lastgerechte Integration der jeweiligen Aktorelemente.

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Moderne Plasmatechniken ermöglichen die Herstellung von multifunktionalen Oberflächen, die tribologisch optimiert sind und gleichzeitig über sensorische Fähigkeiten verfügen. Damit lässt sich eine „Haut für Maschinen“ realisieren, die Online-Messungen dort erlaubt, wo bekannte Sensoren nicht eingesetzt werden können.

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Die Steigerung der Wirtschaftlichkeit von Umformprozessen ist das Ziel dieser Entwicklungen. Dies wird realisiert durch den Aufbau von universell einsetzbaren Sensormodulen. Diese bestehen aus Stahlgrundkörpern, die mit einem sensorischen Dünnschichtsystem beschichtet werden.

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Die exakte Bestimmung von Spannkräften in Schraubverbindungen wird durch die am Fraunhofer IST entwickelte Dünnschichtsensorik ermöglicht. Die Unterlegscheibe wird mit einer nur wenige Mikrometer dicken Sensorschicht DiaForce® beschichtet, die aus amorphem Kohlenwasserstoff besteht und im Schraubvorgang ihren Widerstand ändert.

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Im Rahmen der Produktentwicklung im NVH-Bereich gilt die Prüfung und Charakterisierung von Materialien und Bauteilen als essentieller Bestandteil. Zu diesem Zweck ist eine zuverlässige experimentelle Kennwertermittlung erforderlich, um eine Beurteilung der Bauteileigenschaften sowie deren Auslegung hinsichtlich der gewünschten Systemcharakterisitik zu gewährleisten.

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Die experimentelle Systemanalyse ist ein wichtiger Bestandteil im Bereich der Entwicklung technischer Systeme und trägt zur Effizienzsteigerung der Produkte bei. Um technische Lösungen in der modernen Entwicklung dahingehend zu konstruieren und zu optimieren, dass Vibrationen und Lärmemission gemindert werden, ist ein entsprechend detailliertes Systemverständnis der Strukturdynamik sowie der Schallabstrahlung essentiell.

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Durch den anhaltenden Trend zum Leichtbau bei gleichzeitig steigenden Anforderungen an das Komfort- und Betriebsverhalten technischer Systeme werden immer häufiger aktive Maßnahmen im Bereich der Lärm- und Schwingungsreduktion erforderlich. In diesem Zusammenhang sind insbesondere piezoelektrische Aktorsysteme von großer Bedeutung.

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Ein System zum Energy Harvesting auf Basis von Piezowerkstoffen besteht aus folgenden Komponenten: Schwingende mechanische Struktur, applizierter Piezowandler, Elektronik zur Weiterverarbeitung der elektrischen Energie, elektrischer Speicher, Verbraucher.

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In Anwendungen, in denen unter komplexen Umgebungsbedingungen Drücke gemessen werden müssen, sind Drucksensoren mit entsprechenden Eigenschaften erforderlich. Beispiele sind adaptronische Hochtemperatur-Anwendungen wie Turbinenschaufeln oder Glühkerzen mit integrierter Drucksensorik in der Automobiltechnik.

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Zuverlässigkeitsuntersuchungen an elektronischen Komponenten bis hin zu gesamten Anlagen unter (uniaxialer) mechanischer Schwingbelastung mit betriebstypischen, konstanten oder variablen Amplituden und überlagerten thermischen Lasten.

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Analyse elektrischer Kenngrößen von Batterien unter (uni-axialer) mechanischer Schwingbelastung mit betriebstypischen, konstanten oder variablen Amplituden.

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Im Projekt HyMoFlex hat das Fraunhofer LBF zusammen mit den Firmen Anfotec und BWA-Werkzeugbau ein hybrides Mikroproduktionssystem entwickelt, das Piezotechnik und Linearmotortechnik in neuer Form einzigartig kombiniert.

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