Fraunhofer Geschäftsbereich Adaptronik
Der Draht bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, benötigt nur wenig Platz und ist kostengünstig. Das Material zeichent sich außerdem durch eine sehr hohe Energiedichte aus. Dehnungen bis zu 8% der Drahtlänge sind möglich, wodurch beachtliche Stellwege erreicht werden.
Zur Feststellung einer Veränderung des Maschinenzustands bietet die Auswertung von Schwingungs-, Kraft- und Dehnungssignalen das größte Potential. Das Fraunhofer LBF unterstützt Sie bei der Auswahl und Umsetzung maßgeschneiderter Lösungen einer Schwingungssensorik für Ihre Anwendung.
Konventionelle Satellitenkonzepte unterscheiden zwischen strukturellen und nichtstrukturellen Funktionen. Die Primärstruktur trägt hauptsächlich mechanische Lasten und bietet Befestigungspunkte zu den Subsystemen.
Mit der Hardware-in-the-Loop-Methode lässt sich eine durchgängige Eigenschaftsabsicherung im gesamten Wertschöpfungsprozess sicherstellen. Dabei wird ein reales Produkt mit einem virtuellen Abbild – dem digitalen Zwilling – des kundenspezifischen Anwendungsszenarios gekoppelt.
Die Produktion der Zukunft ist hochflexibel, energie- und ressourceneffizient. Perspektivisch können Roboter auf Basis serieller Mehrachs-Kinematiken variabel für unterschiedliche Fertigungs- und Wertschöpfungsprozesse eingesetzt werden.
Evolutionärer Algorithmen finden in unterschiedlichen Bereichen Verwendung. Insbesondere mechatronische Systeme können aufgrund der vielschichtigen, wechselseitigen Anforderungen im Systementwurf zukünftig von diesen metaheuristischen Optimierungsverfahren profitieren.
Dielektrische Elastomere bestehen aus mindestens zwei dünnen Elektroden, die von einer Elastomer-Schicht als Dielektrikum getrennt sind und sich bei Anlegen einer elektrischen Spannung aktorisch verformen. Am Fraunhofer-Institut LBF wurde ein einzigartiger Aufbau mit strukturierten Metallelektroden entwickelt und patentiert, der besonders für lasttragende, dynamische Applikationen vorteilhaft ist.
Robotergreifer werden üblicherweise durch Elektromotoren oder Pneumatik angetrieben. Diese nehmen viel Raum in Anspruch und benötigen zur Stabilisierung ein hohes Eigengewicht. Greifer auf Basis einer Formgedächtnislegierung (FGL) kommen dagegen ohne rotierende Teile und aufwendige Sensorik aus.
Von Seiten der Industrie besteht der Wunsch nach einem Tool zur Optimierung und Überwachung von Spritzgussprozessen zur Herstellung von naturfaserverstärkten Kunststoffteilen. In dem Cornet Projekt »Smart NFR« wurden neuartige multifunktionale Schichtsysteme entwickelt, welche in situ die Temperaturverteilung und die Fließfrontbewegung in direktem Kontakt mit der Schmelze messen.
Mit den Schwingsystemen des IWU werden Zerspanungswerkzeuge gezielt in resonante Schwingungen versetzt. Die spezielle Konstruktion gewährleistet dabei die Entkopplung der Schwingungen gegenüber der Werkzeugmaschine. Zur universellen Anwendbarkeit werden die Schwingsysteme in spezielle Werkzeughalter integriert und sind damit in herkömmlichen Maschinen einsetzbar.
Future production processes must serve the current trends of functional integration and the increasing variety of product variants. In order to counter these trends, highly flexible and cost-efficient production technologies are required, which at the same time make it possible to increase the functional density in components.
Modern manufacturing processes are characterized by an increasing degree of complexity. Smallest deviations of individual parameters can lead to the destabilization of the whole process. For adapting the process parameters, in-process sensors are needed which are currently not available on the market.
In Hinblick auf den Betrieb elektronischer Systeme sind Batterien zur Bereitstellung der Versorgungsenergie unabdingbar. Aufgrund der begrenzten Lebensdauer müssen Batterien jedoch regelmäßig ausgetauscht werden, sodass nicht nur erhöhter Kostenaufwand, sondern auch größere Umweltbelastung durch die Entsorgung verbrauchter Batterien entsteht.
Digitale Zwillinge sind numerische Modelle der physikalischen Welt, die reale und virtuelle Informationen gemeinsam verarbeiten. Die Verknüpfung von berechneten und gemessenen Signalen ermöglicht eine detailliertere und erweiterte Analyse technischer Systeme. Durch parametrische und echtzeitfähige Digitale Zwillinge ergeben sich zudem weitere interessante Anwendungsszenarien. Die Modelle können schnell und effizient validiert sowie für die Zustandsüberwachung oder als virtuelle Sensorik verwendet werden.
Aufgrund ihrer geringen Masse sind Leichtbaustrukturen anfälliger für eingeleitete Schwingungen als herkömmliche Strukturen. Am Beispiel eines intelligenten Faser-Verbund-Werkstoffes zeigt das Fraunhofer LBF den Einsatz von semi-aktiver, in die Struktur eingebetteter Dämpfung mittels geeigneter Sensorik und Piezokeramiken. Die eingearbeitete Sensorik kann zusätzlich zur Verschleißüberwachung und Belastung des Bauteils verwendet werden.
Zahnriemen treiben in fördertechnischen Anwendungen häufig bewegte Maschinenteile an, auf denen Energie für Motoren, Sensoren und Aktoren benötigt wird. Zur Versorgung dieser Energieverbraucher ist eine Kabelschleppleitung notwendig. Am Fraunhofer IWU wurde ein System entwickelt, welches eine berührungslose Energieübertragung auf einen Zahnriemen ohne Kabelschleppleitung ermöglicht.
urch die Nutzung rotierender US-Schwingsysteme, zur Anregung von Werkzeugen, wird bei der Zerspanung eine Reduktion der Prozesskosten und die Steigerung der Bearbeitungsqualität erreicht. Die Systeme können in beliebigen Werkzeugmaschinen zur Anwendung gebracht werden. Sie sind zudem mit einer integrierten Amplitudenregelung ausgestattet.
Faserverbundwerkstoffe und Kunststoffe sind stark elastisch dehnbar. Zur Dehnungsmessung an Bauteilen aus diesen Materialien sind daher ebenso dehnbare Sensoren notwendig. Elastische Dehnungssensoren für zyklische Messungen und mobile Anwendungen sind derzeit nicht verfügbar
Die Entwicklung von neuartigen Unterlegscheibensystemen zur direkten Messung von Kräften in Schraubverbindungen über piezoresistive Dünnschichtsensorik wird individuell nach Kundenwünschen gestaltet. Dadurch findet ein universell einsetzbares Messsystem sehr vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Das Fraunhofer IST optimiert und modifiziert daher für Projektpartner aus Industrie und Forschung diese sog. „Intelligenten Unterlegscheibensysteme“ kontinuierlich weiter.
Konventionelle Konstruktionslösungen zur Realisierung von Bewegungen, Geometrie und Steifigkeitsänderungen bestehen aus einer Vielzahl von Bauteilen und sind für viele Anwendungen oft zu schwer. Durch funktionsintegrierenden Leichtbau gelingt es, die Systemkomplexität und Masse zu reduzieren. Dazu werden Formgedächtnisaktoren
Bei der Zerspanung von Faserverbundwerkstoffen, insbesondere von CFK, sowie von harten Werkstoffen (C/C-SiC) tritt massiver Werkzeugverschleiß auf. Die Bearbeitung dieser Werkstoffe ist mit einer geringen Produktivität und hohen Kosten verbunden
Als Institut für angewandte Forschung stehen wir häufig vor der Herausforderung, neue Systeme zu entwickeln und deren Verhalten in Wechselwirkung mit anderen Systemen zu optimieren. Oft müssen in frühen Entwicklungsstadien Parametervariationenin Versuchsaufbauten durchgeführt werden. Um den Entwicklungsprozess zu beschleunigen und bestmögliche Ergebnisse zu erzielen, haben wir verschiedene mechanische Schnittstellen mit einstellbaren und programmierbaren Eigenschaften entwickelt.
Aktive Maßnahmen zur Lärm- und Schwingungsminderung erhalten zunehmend Einzug in industrielle Anwendungen. Dennoch ziehen viele Unternehmen adaptronsiche Maßnahmen zur Lösung ihrer vibroakustischen Herausforderungen aufgrund der vermeintlichgroßen Hürden nicht in Betracht. Zu teuer, zu komplex, nicht beherrschbar. OpenAdaptronik möchte die Adaptronik für jedermann zugänglich machen. Dabei geht es um das Finden von günstigen Alternativen
für adaptronische Komponenten und Entwicklungstools.
Der Wunsch nach Messsystemen, die extrem klein, leicht integrierbar und zugleich hoch belastbar, verschleißbeständig und multisensorisch
sind, wächst im Zeitalter von Industrie 4.0. Aus diesem Grund werden sensorische Schichtsysteme, bestehend aus tribologisch beständigen Einzelschichten,
entwickelt. Sie sollen die Möglichkeit bieten in Hochlastbereichen ortsaufgelöst Kraft und Temperaturverteilungen zu messen.
Aktuell werden nur ca. 5 % der verkauften Industrieroboter (IR) für die spanende Bearbeitung von Bauteilen verwendet. Einer der Hauptgründe hierfür ist, dass IR üblicherweise für Handhabungsprozesse und schnelle Punkt-zu-Punkt Bewegungen optimiert werden. Im Rahmen der marktorientierten Vorlaufforschung der Fraunhofer-Gesellschaft, ist es Ziel des Verbunds aus Fraunhofer IPK, LBF und IFAM eine genauigkeitsgesteigerte Prozesskinematik für die flexible, energieund ressourceneffiziente Produktion zu entwickeln. Die Arbeiten werden im Zuge des Projektes „Flexmatik“ durchgeführt.
Moderne mechatronische Systeme integrieren eine große Anzahl von Funktionen und besitzen vielfältige Schnittstellen mit ihrer Umgebung. Um solche Systeme im
Versuchsfeld testen zu können, ist eine realitätsnahe Simulation ihrer Umgebung erforderlich. Im Bereich komplexer mechatronischer Systeme sind dabei die realitätsnahe Nachbildung von mechanischen Wechselwirkungen sowie der Austausch von elektrischen Energie- und Informationssignalen
des zu testenden Systems mit seiner Umgebung von besonderem Interesse.
Die vierte industrielle Revolution – Industrie 4.0 – kann nur gelingen, wenn neben der Datenverarbeitung auch die für die Messdaten verantwortliche Sensorik weiterentwickelt wird. In den letzten Jahren wünscht sich die Industrie verstärkt eine Sensorik, die direkt auf Bauteiloberflächen in Kontakt mit dem Werkstück eingesetzt wird, um lokal Messdaten auch während des Prozesses erfassen zu können. Am Fraunhofer IST wird daher ein multifunktionales Dünnschichtsystem für die lokale Messung der Druck- und Temperaturverteilung auf die Oberfläche von Tiefziehwerkzeugen entwickelt. Dabei handelt es sich um ein Mehrschichtsystem, das neben einer lokalen Kraft- bzw. Druckmessung auf der komplex geformten Oberfläche auch lokale Temperaturmessung an unterschiedlichen Bereichen des Bauteils ermöglicht und darüber hinaus eine hohe Verschleißbeständigkeit aufweist.
Verschleißbeständige Dünnschichtsensorsysteme spielen in den unterschiedlichsten Anwendungen gerade im Bereich von Echtzeiterfassung von Prozessdaten eine immer größere Rolle. Ziel des EU-Projekts »Sensorized Future« ist es deshalb u.a. ein sensorisches Dünnschichtsystem aufzubauen, das simultan während des Kunststoffspritzgussprozesses sowohl die Kraft- wie auch die Temperaturverteilung auf der Spritzgusswerkzeugoberflächeerfasst. Dafür werden am Fraunhofer IST einzelne Sensormodule entwickelt, die in da Werkzeug passgenau integriert werden können.
Die Entwicklung von neuartigen Unterlegscheibensystemen zur direkten Messung von Kräften in Schraubverbindungen über piezoresistive Dünnschichtsensorik wird individuell nach Kundenwünschen gestaltet. Dadurch findet ein universell einsetzbares Messsystem sehr vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Das Fraunhofer IST optimiert und modifiziert daher für Projektpartner aus Industrie und Forschung diese sog. „Intelligenten Unterlegscheibensysteme“ kontinuierlich weiter.
Im Rahmen der Fraunhofer-System-forschung Elektromobilität (FSEM II) erarbeiten 16 verschiedene Fraunhofer-Institute gemeinsam Lösungen für die Zukunft der Elektromobilität. Im Cluster „Antriebsstrang/Fahrwerk“ bündeln sich die Kompetenzen der drei Fraunhofer-Institute IISB, IFAM und LBF für einen innovativen luftgekühlten elektrifizierten Antriebsstrang mit adaptivem Fahrwerksdämpfer.
Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen, die Komfort, Präzision oder Festigkeit berücksichtigen, ist ein komplexes Verfahren – unabhängig vom kommerziellen Umfeld. Um Zeit und Kosten im Bau von Prototypen zu sparen, wird der Entwicklungsprozess oft mit numerischen Simulationen unterstützt. Das Fraunhofer-Institut LBF entwickelt die Mechanical Simulation Toolbox, um Ingenieure bei der Auslegung von passiven, semi-aktiven und aktiven Systemen zu unterstützen. Zusätzlich enthält die auf MATLAB® basierende Toolbox Analyse-Werkzeuge um die erreichte Schwingungsreduktion zu messen. Unabhängig von Verkauf und Trainingsangeboten, bieten wir unseren Kunden die Automatisierung ihrer numerischen Prozesse und der Entwicklung von individuellen Toolboxen an.
Die Instandhaltung von Güterwagen in Europa ist inzwischen gesetzlich vorgeschrieben. Die ECM (Entity in charge of maintenance) wird verpflichtet, für jeden Güterwagen die Betriebssicherheit durch regelmäßige Wartungen zu gewährleisten. Durch die Instandhaltung werden Ausfallzeiten reduziert, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Betriebs erhöht wird. Kenntnisse über die am jeweiligen Waggon aufgetretene Nutzung, die tatsächlichen Belastungen und anderer Daten aus dem Betrieb sind dabei wertvoll, um die Instand-haltung zu optimieren und im besten Falle eine zustandsbasierte Wartung einzuführen. Die permanente Ermittlung solcher Daten direkt am Waggon ist aber im Allgemeinen nicht möglich. Güterzüge verfügen in der Regel weder über eine fahrzeugeigene Sensorik noch über eine eigene Stromversorgung.
Das Fraunhofer LBF hat einen funktions-integrierten Leichtbauquerlenker für ein Mittelklassefahrzeug entwickelt. Der Leichtbauquerlenker ist nicht nur 35% leichter als derzeit eingesetzte Querlenker aus Stahl, sondern besitzt auch integrierte Funktionen wie eine lokale Zustandsüberwachung der Struktur und integrierte Piezomodule zur Schwingungstilgung.
In Abhängigkeit von Lagerart, geforderter Drehzahl, Genauigkeit und Steifigkeit ist eine negative Lagerluft bzw. Vorspannung von Wälzlagern erforderlich. Das Vorspannen bestimmt dabei maßgeblich die Gebrauchseigenschaften wie Lebensdauer, Geräusche, Tragfähigkeit, Ausgleich von Verschleiß und Setzvorgängen der Lager. Dadurch ist die Wahl der voreingestellten Vorspannung zumeist ein Kompromiss. Aus diesem Grund wäre es erstrebenswert, wenn eine Möglichkeit zur Steuerung oder Regelung der Lagervorspannung zur Verfügung stehen würde. Durch eine aktive Einflussnahme auf die Vorspannung ist es möglich, die Lebensdauer zu erhöhen, Temperatureinflüsse zu kompensieren, die Bearbeitungsgenauigkeit zu erhöhen und somit einen wesentlichen Beitrag zur Ressourceneffizienz und Verfügbarkeit der Werkzeugmaschine zu leisten.
Faserverbundwerkstoffe und Kunststoffe sind stark elastisch dehnbar. Zur Dehnungsmessung an Bauteilen aus diesen Materialien sind daher ebenso dehnbare Sensoren notwendig. Elastische Dehnungssensoren für zyklische Messungen sind derzeit nicht verfügbar. Metallische Dehnmessstreifen (DMS) haben eine begrenzte zyklische Dehnbarkeit und sind für diese Messaufgabe ungeeignet. Faser-Bragg-Gitter-Sensoren bestehen aus Quarzglas und können vergleichsweise große elastische Dehnungen ertragen. Die Auswertungselektronik dieser Sensoren ist allerdings sehr aufwendig, voluminös und teuer. Für mobile Anwendungen ist dieser Sensortyp daher nicht geeignet. Kohlen-stofffasern können im Faserverbund ebenso als Dehnungssensor eingesetzt werden. Deren Empfindlichkeit ist gering und die Messung ist stark temperaturabhängig.
Die über der Werkzeugfläche wirkende Kraftverteilung beeinflusst maßgeblich den Tiefziehprozess in Umformmaschinen. Diese Kraftverteilung hängt hierbei von verschiedenen Faktoren ab, wie bspw. Werkzeuggeometrie, Nachgiebigkeiten im System Maschine/Werkzeug und Ansteuerung der Antriebe bei mehrachsigen Maschinen. Um den Einarbeitungsprozess von Umformwerkzeugen zu verkürzen oder über verschiedene Stellmechanismen die Kraftverteilung gezielt anzupassen, ist eine entsprechende messtechnische Erfassung dieser Verteilung unabdingbar. Für die einfache Handhabung und für die Gewährleistung der Einsatzflexibilität sind dabei besondere Anforderungen an den prinzipiellen Aufbau an das Messsystem zu stellen.
Die Zahl von Offshore-Windenergieanlagen nimmt kontinuierlich zu und hat sich 2015 in deutschen Gewässern verdoppelt. Besonders Gründungsstrukturen sind durch den Angriff von Wind und Wellen hoch belastet, wodurch Schweißnahtrisse entstehen können. Konventionelle Prüftechniken sind im Offshore-Bereich nur begrenzt einsetzbar. Deshalb ist die Entwicklung geeigneter Monitoringverfahren wichtig.
Piezoelektrische Wandler auf Basis von Piezokeramik-Polymer-Verbundwerkstoffen finden als Sensoren, Aktoren, Ultraschallwandler oder Generatoren vor allem in der Adaptronik, in der Medizintechnik sowie in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung Einsatz. Im Sinne einer kosten- und leistungseffektiven Herstellung solcher Wandler müssen sowohl die verwendeten piezokeramischen Komponenten als auch die daraus entstehenden piezoelektrischen Komposite speziell auf den Anwendungsfall zugeschnitten sein.
Die sequenzielle Integration piezoelektrischer Elemente mit elektronischen, fluidtechnischen oder optischen Komponenten über Montage- oder Fügetechniken stößt an ihre Grenzen, wenn strukturierte Designs und effiziente Fertigungstechnologien gefordert sind.
Die zunehmende Elektrifizierung in fast allen technischen Bereichen erhöht den Bedarf an mechatronischen Komponenten wie Aktoren oder Sensoren. Gleichzeitig steigen die Anforderungen hinsichtlich Bauraum und Gewicht mechatronischer Komponenten. Die dadurch notwendige Funktionsverdichtung bringt herkömmliche Aktortechnologien an die Grenze des technisch Machbaren. Der immer weiter fortschreitenden Miniaturisierung sind durch jedoch Grenzen gesetzt. Möglichkeiten für völlig neue Ansätze bieten sogenannte Smart Materials, z.B. Formgedächtnislegierungen.
Cumulino ist ein aktives Lagerungskissen um Schädelasymmetrien im Säuglingsalter präventiv und kurativ entgegenzuwirken.
Seit dem bei Säuglingen die Rückenlage als Schlafposition empfohlen wird, kommt es häufiger zu Schädelverformungen. Diese Deformitäten können durch Lageanomalien im Mutterleib oder postnatal verursacht werden. So sind bspw. 19,7% der Neugeborenen im vierten Monat davon betroffen. Diese Verformungen sind nicht nur ein offensichtliches ästhetisches Problem, das auch im Erwachsenenalter fortbesteht, sondern gehen auch mit kieferorthopädischen Problemen, Augenveränderungen (Exotropie – Außenschielen) und Verzögerungen in der kognitiven Entwicklung einher. Ebenso kann eine Minderdurchblutung des Gehirns und ein damit einhergehendes potentielles Risiko für einen plötzlichen Kindstod (SIDS) nicht ausgeschlossen werden.
Fast 40 Prozent beträgt der Anteil des Gebäudesektors am gesamten Energieverbrauch in Deutschland. Das Heizen, Kühlen und Lüften von Wohnhäusern, Büroimmobilien und öffentlichen Bauten ist kostenintensiv. Wahre Energieverschwender sind Bürogebäude mit großflächigen Glasfassaden. Im Sommer verwandeln sie sich in Treibhäuser. Im Winter steigt der Heizbedarf wegen der nicht ausreichenden Wärmedämmung der Glasflächen enorm. Um den Energieverbrauch zu senken, entwickeln Forscher vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Dresden gemeinsam mit dem Fachgebiet Textil- und Flächen-Design der Weißensee Kunsthochschule Berlin Fassadenkomponenten, die autark auf Sonneneinstrahlung und die dadurch entstehende Wärme reagieren.
Die über der Werkzeugfläche wirkende Kraftverteilung beeinflusst maßgeblich den Tiefziehprozess in Umformmaschinen. Diese Kraftverteilung hängt hierbei von verschiedenen Faktoren ab, wie bspw. Werkzeuggeometrie, Nachgiebigkeiten im System Maschine/Werkzeug und Ansteuerung der Antriebe bei mehrachsigen Maschinen. Um den Einarbeitungsprozess von Umformwerkzeugen zu verkürzen, oder über verschiedene Stellmechanismen die Kraftverteilung gezielt anzupassen, ist eine entsprechende messtechnische Erfassung dieser Verteilung unabdingbar. Für die einfache Handhabung und für die Gewährleistung der Einsatzflexibilität sind dabei besondere Anforderungen an den prinzipiellen Aufbau an das Messsystem zu stellen.
Das Einstellen der Vorspannung an Kugelgewindetrieben (KGT) unterliegt einem Zielkonflikt zwischen hoher Vorspannung zur präzisen Positionierung und geringer Vorspannung zum reibungs- und verschleißarmen Betrieb. Aus dem Stand der Technik sind diverse technische Lösungen bekannt, welche eine Änderung der Vorspannung zulassen. Als Aktorik kommen sehr unterschiedliche Mechanismen zum Einsatz. Angefangen von einfachen Systemen, bei denen eine geschlitzte KGT-Mutter mittels einer Stellschraube verwendet wird, über hydraulische und elektromechanische Antriebe bis hin zu hochkomplexen Ansätzen auf Basis von piezokeramischen Aktoren. Abgesehen von der geschlitzten Einzelmutter konnte sich keines der genannten Systeme im breiten kommerziellen Markt etablieren.
LEAF dient als Kommunikationsmittel für die häusliche Flora. Am Blumentopf angebracht sensoriert LEAF die Wachstumsbedingungen der Pflanze. Temperatur, Feuchtigkeit und Lichtverhältnisse werden erfasst und von einer integrierten Elektronik ausgewertet. Die daraus gewonnenen Informationen lassen sich mittels Zeigern, die Blätter symbolisieren, visualisieren. Die smarten Zeiger bewegen und verformen sich analog zu den Bedürfnissen der Pflanzen nach Licht, Wasser und Temperatur. Die Verformung wird durch eine strukturintegrierte Aktorik aus Formgedächtnismaterial erzeugt.
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. Im Automobilbau ist beispielsweise ein Einsatz solcher Komponenten als Körperschallsenke an den Koppelstellen vom Antriebsstrang an der Karosserie denkbar, um somit die Einleitung von störenden Geräuschanteilen aus dem Antrieb zu verringern.
Die Entwicklung von neuartigen Unterlegscheibensystemen zur direkten Messung von Kräften in Schraubverbindungen über piezoresistive Dünnschichtsensorik wird individuell nach Kundenwünschen gestaltet. Dadurch findet ein universell einsetzbares Messsystem sehr vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Das Fraunhofer IST optimiert und modifiziert daher für Projektpartner aus Industrie und Forschung diese sog. „Intelligenten Unterlegscheibensysteme“ kontinuierlich weiter.
Die Instandhaltung von Güterwagen in Europa ist inzwischen gesetzlich vorgeschrieben. Die ECM (Entity in charge of maintenance) wird verpflichtet, für jeden Güterwagen die Betriebssicherheit durch regelmäßige Wartungen zu gewährleisten. Durch die Instandhaltung werden Ausfallzeiten reduziert, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Betriebs erhöht wird. Kenntnisse über die am jeweiligen Waggon aufgetretene Nutzung, die tatsächlichen Belastungen und anderer Daten aus dem Betrieb sind dabei wertvoll, um die Instandhaltung zu optimieren und im besten Falle eine zustandsbasierte Wartung einzuführen. Die permanente Ermittlung solcher Daten direkt am Waggon ist aber im Allgemeinen nicht möglich. Güterzüge verfügen in der Regel weder über eine fahrzeugeigene Sensorik noch über eine eigene Stromversorgung.
Moderne Wohn- und Bürogebäude werden zunehmend mit Zwangslüftungen, oder Klimasystemen ausgestattet. Aus akustischer Sicht kann es hierdurch zu Problemen durch störenden Lüftungslärm und ungewollte Schalltransmissionen aus Nachbarräumen kommen. Kompakte aktive Schallschutzmodule basierend auf dem Prinzip des aktiven Gegenschalls können hier zum Einsatz kommen um störende Lüftungsgeräusche zu reduzieren, Komfort zu steigern, und die Privatsphäre zu schützen. In diesem Projekt forscht und entwickelt das Fraunhofer LBF an der praxisnahen Umsetzung von kompakten aktiven Schallschutzsystemen, integriert mit probaten passiven akustischen Maßnahmen. Ziel ist es den Reifegrad dieser innovativen Technologie voranzutreiben.
Am Fraunhofer LBF wurde ein energie-effizienter magnetorheologischer Dämpfer entwickelt. Ein über einen beweglichen Permanentmagneten einstellbares Magnetfeld wird mit einem von einer Magnetspule erzeugten Feld superpositioniert.
Am Fraunhofer IKTS-MD wurde eine hochfrequente, konturangepasste Ultraschall-Sensorik entwickelt, die unter anderem bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung in Aufsetz- oder Tauchtechniken, der Ultraschallprüfung an gekrümmten Bauteilen, der Prüfung in Rohren und Löchern, bei der 3D-Bauteilprüfung mit Phased-Array-Technik sowie bei der Materialcharakterisierung mittels Ultraschallmikroskopie und -spektroskopie Anwendung findet. Sie ermöglicht die hochauflösende zerstörungsfreie Prüfung mikrotechnischer Systeme. Mittels gekrümmter PZT-Kompositschwinger wird eine geometrische Fokussierung des Schallfelds erreicht und die Schallübertragung in das Prüfobjekt verbessert.
Der Wunsch nach einer flexiblen, präzisen, schnellen, ressourcenschonenden, wartungs- und störungsfreien Produktion wächst kontinuierlich. Um Produktionsprozesse kontinuierlich effizienter zu gestalten ist die Implementierung von Sensorik ein wichtiger Schlüssel. Die Erfassung von Kenndaten während des Fertigungsprozesses ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung, ein erweitertes Produktionsverständnis, ein schnelles Reagieren auf Veränderungen und mehr Flexibilität in der Fertigung. Daher wird es immer wichtiger die Sensorik dort zu integrieren, wo die Fertigung stattfindet im Werkzeug, in direktem Kontakt mit dem Werkstück, also in den Hauptbelastungszonen. In diesen Bereichen ist wenig Platz für zusätzliche Sensorik und daher ist die direkte Beschichtung von Bauteilen mit verschleißbeständiger Dünnschichtsensorik die Lösung.
Kabelklemmen werden in der Elektrotechnik zum lösbaren Anschluss und Verbinden von elektrischen Leitern eingesetzt. Dabei kommen mehr- und feindrähtige Leiter mit oder ohne Crimpverbindungen sowie Massivdrahtleiter zum Einsatz. In der Klemmstelle wird der Leiter durch eine mechanische Vorrichtung sicher und beständig während seiner Einsatzdauer geklemmt. Durch die hergestellte Verbindung ist die Übertragung von elektrischer Energie und
Information möglich.
Bei der Eigenschaftsverbesserung Werkzeugmaschinen und der Gestaltung von Fertigungsprozessen müssen zunehmend Aspekte der Ressourceneffizienz berücksichtigt werden. Auf konventionellem Wege Verbesserungen zu erreichen, wirdjedoch immer schwieriger und stößt prinzipbedingt an die Grenzen bestehender Werkzeugmaschinensysteme.
Großes Potential bietet der Einsatz adaptronischer Zusatzkomponenten. Diese Komponenten werden in den Kraftpfad integriert und ermöglichen es durch Schaffung redundanter Zusatzachsen die Dynamik und Genauigkeit bestehender Werkzeugmaschinen erheblich zu steigern. Darüber hinaus bieten entsprechende Systeme die Möglichkeit, den Zustand des Systems zu erfassen und auftretende Störungen auszugleichen.
Die Automobilindustrie ist eine der wichtigsten Triebkräfte für Technikentwicklungen im Bereich Maschinenbau in Deutschland. Dabei steht heutzutage vor allem Umweltschutz und Ressourceneffizienz im Vordergrund der Entwicklungen. Zur Erreichung dieses Ziels muss Kraftstoff eingespart, die Schadstoffemissionen reduziert und der CO2-Ausstoß verringert werden. Die Reibungsminimierung in der Motorbaugruppe stellt eine der wichtigsten Maßnahmen dar, um diese Ziele zu erreichen. Die Reibpaarungen, die im Fokus stehen, sind vor allem das System Zylinderlaufbahn-Kolben sowie die Gleitlager am Pleuel. Zusätzlich zu Verfahren welche die Oberflächeneigenschaften verbessern, werden in die Zylinderlaufbahnen u.a. unrunde Inversgeometrien eingebracht, sodass nach der Montage im Belastungszustand wieder eine ideal runde Geometrie vorliegt. Dieses Konzept wird in der Serienproduktion bereits an den Zylinderlaufflächen umgesetzt und hat auch an den Pleuellagern positive Effekte.
Helmholtz-Resonatoren sind passive Maßnahmen zur Reduktion von Schallfeldern in Räumen und durch Doppelglasfenster. Ein neuartiges Konzept ermöglicht es, Resonatoren effizient auf herrschende Signale mit einer zeitveränderlichen Frequenzcharakteristik adaptiv zu regeln.
Elektroaktive Polymere sind elastische Materialien, die bei Anlegen eines elektrischen Feldes große Verformungen erfahren können. Aufgrund ihres speziellen Eigenschaftsprofils empfehlen sie sich als neuartige Funktionswerkstoffe für innovative Lösungen in den unterschiedlichsten Anwendungsgebieten. Durch stapelförmiges Anordnen vieler Einzelschichten mit abwechselnd angeordneten Elektroden lassen sich insbesondere Festkörperaktoren mit großem Deformationsvermögen realisieren. Da Elastomermaterialien selbst nahezu inkompressibel ist, führt eine Dickenreduktion der dünnen Elastomerfolien immer zu einer Flächenzunahme, sodass üblicherweise flexible Elektroden eingesetzt werden müssen, die die großen Dehnungen ertragen können. Solche elastischen Elektroden aus beispielsweise Graphitpulver bringen allerdings technologische Nachteile mit sich, die ihre Einsetzbarkeit in technischen Systemen einschränken. Außerdem sind für viele Anwendungen extrem große Dehnungen nicht zielführend und notwendig.
Im BMBF-Projekt FuMaxSis wurde eine Plattform zur multiaxialen aktiven Schwingungsisolation aufgebaut, welche die Übertragung von Umgebungsschwingungen auf sensible Geräte vermindern soll. Dabei wurden funktionsintegrierte Multiaxiallagereinheiten entwickelt, die strukturelle, aktorische und sensorische Aufgaben übernehmen. Eine flexible Anpassung an unterschiedliche Isolationsaufgaben und eine Vernetzung der Lagereinheiten wird sowohl durch den modularen Aufbau der Plattform als auch durch die Verwendung der Methode des Rapid Control Prototyping (RCP) auf Basis einer digitalen Regelplattform ermöglicht.
Am Modell einer Brücke wird gezeigt, wie im Betrieb auftretenden Vibrationen autonom und drahtlos erfasst und zur Identifikation von Schäden genutzt werden können. Der schlechte Zustand der Straßenbrücken in Deutschland ist zunehmend Thema in den Medien. Wissenschaftler des Fraunhofer LBF und der Technischen Universität Darmstadt haben ein System entwickelt, mit dem sich aus den Vibrationen, denen Brücken im Betrieb ausgesetzt sind, Schwingungseigenschaften bestimmen lassen.
Ein Rotationstilger dient der Schwingungsberuhigung einer mechanischen rotatorischen Struktur. Durch eine Kraft-/Momentenkoppelung eines Schwingungstilgers mit der eigentlichen mechanischen Struktur lässt sich eine Schwingungsamplitudenminderung erreichen. Dieses System nutzt das Prinzip der gegenphasigen Schwingung der Tilgermassenträgheit/Tilgerdrehträgheit und der Trägheit/Drehträgheit der eigentlichen mechanischen Struktur. Dieses Prinzip erlaubt eine Schwingungsreduktion einer mechanischen Struktur nur in einem schmalen Frequenzbereich um die Eigenfrequenz.
Die Methode der Elektromechanischen Impedanz (EMI) ermöglicht die Detektion von Schäden an einer Struktur durch Einsatz eines einzelnen piezoelektrischen Flächenwandlers (Abb. 1). Der auf die Struktur applizierte Flächenwandler leitet in einem definierten Frequenzbereich Schwingungen in die Struktur ein. Simultan wird die elektrische Impedanz im Piezo gemessen. Aufgrund der elektromechanischen Kopplung im Piezo spiegeln sich die mechanischen Eigenschaften der Struktur im gemessenen Spektrum der elektrischen Impedanz wieder. Abweichungen zwischen einem gemessenen Impedanzspektrum und einem hinterlegten Referenzspektrum signalisieren einen Schaden im Nahbereich des Piezos.
Kompetenzen:
Materialherstellung, -charakterisierung, -integration
Anpassung der Materialeigenschaften an kundenspezifische Anforderungen
Entwicklung und Einsatz von speziellen Mess- und Prüfverfahren
Aufbau von Funktionsmustern, Machbarkeitsnachweise
Technologieentwicklung, Systemauslegung
Lebensdaueruntersuchungen
Fraunhofer-Gesellschaft