AIProVE – Entwicklung eines einstallbaren Impedanzelementes zur Validierung von Produkten in nachgiebigen Systemen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dieter Krause; Professor Dr.-Ing. Sven Matthiesen
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 399922375

Bei der Validierung mechanischer Systeme unter dynamischen Lasten hat die Systemumgebung einen signifikanten Einfluss auf das Verhalten des untersuchten Systems. Für reproduzierbare Ergebnisse werden Versuchstests durchgeführt, um Auslegungsparameter zu definieren, prüfen und zu messen. Systematische Abweichungen treten auf, wenn die Impedanz der realen Systemumgebung variabel ist oder einen großen Einfluss hat und dies beim Validierungstest nicht berücksichtigt wird.In dem Projekt werden einstellbare Impedanzelemente (Adjustable Impedance Elements, AIEs) für den Einsatz für Tests beforscht. Als Beispiele dienen handgehaltene Geräte und Leichtbaustrukturen aus Flugzeugkabinen. Beim Testen von ersteren sind diese aufgrund individueller Hand-Arm-Konstitutionen, wie der Hand, Körperhaltung oder Muskulatur, unterschiedlichen Umgebungsimpedanzen ausgesetzt, was zu unterschiedlichen Ergebnissen führt und eine objektive Bewertung erschwert. Als zweite Anwendung ist das dynamische Verhalten von Kabinenkomponenten, wie Bordküchen oder Toiletten, aufgrund variabler Installationspositionen in der Kabine stark von der Impedanz der Anbindungselemente abhängig. In beiden Fällen können Tests durch die Einstellbarkeit von Dämpfung und Steifigkeit der AIEs realitätsnäher durchgeführt und systematische Untersuchungen ermöglicht werden, um Produktverbesserungen zu erzielen.AIEs stellen Maschinenelemente dar, die eine Anpassbarkeit der Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften zulassen. Verschiedene einstellbare Steifigkeitselemente (ASE) oder Dämpfer (ADE) existieren, jedoch weist der Stand der Forschung nur wenige Untersuchungen zur kombinierten und unabhängigen Einstellung beider Eigenschaften auf. Unterschiedliche Größenverhältnisse, Betriebszustände und Messverfahren erschweren einen Vergleich mit Literaturdaten.Das Projekt startet mit der experimentellen Untersuchung von unterschiedlichen Wirkprinzipien für ASEs und ADEs und deren statischen und dynamischen Eigenschaften. ASEs und ADEs werden kombiniert zu AIE-Prototypen und dann in Bezug auf ihre Dämpfung und Steifigkeit bei hohen und niedrigen Frequenzen untersucht.Darauf aufbauend wird ein Konstruktionskatalog für modulare AIEs entwickelt, der die Auswahl und Dimensionierung von AIEs zur Kombination von Wirkprinzipien für z.B. unterschiedliche Frequenz- und Lastbereiche ermöglicht. Der Katalog dient zur Unterstützung von Wissenschaftlern bei der Forschung zu AIEs und ihren Anwendungen.Zum Nachweis der Einsatzmöglichkeiten der AIEs, werden zwei AIEs ausgewählt und in den beiden genannten Prüfumgebungen untersucht. Die Testumgebungen erfordern AIEs mit unterschiedlichen Frequenz- und Lastanforderungen, und dienen dazu den systematischen Auswahl- und Dimensionierungsprozess zu validieren. Für die Testszenarien werden Leitfäden erforscht, um Validierungstests durch Berücksichtigung variierender Umgebungsimpedanzen realitätsnah durchzuführen und so neue Erkenntnisse für die Produktentwicklung zu erhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Mirko Meboldt