Demonstration auf der Hannover Messe Neue Potenziale im Leichtbau durch Vibroakustik

Vibroakustische Metamaterialien (VAMM) erzeugen Stoppbänder - Frequenzbereiche, in denen keine freie Wellenübertragung stattfindet - durch die Nutzung von Lokalresonanzen. Die lokalen Resonatoren werden periodisch auf einer Grundstruktur angeordnet. Jeder Resonator stellt ein Feder-Masse-System dar, welches auf eine oder mehrere Resonanzfrequenzen abgestimmt ist.

Durch das Schwingverhalten der Lokalresonatoren werden negative effektive Masseeigenschaften der Gesamtstruktur erzeugt. Es entsteht eine schwingungsarme Leichtbaustruktur mit reduzierter akustischer Abstrahlung. Dies ermöglicht die Umsetzung neuer Konzepte für die Lärm- und Schwingungsminderung in unterschiedlichen Produkten vieler Industriezweige und Branchen, die mit konventionellen Lösungen auf Grund beispielsweise besonderer Leichtbauanforderungen nicht realisierbar wären.

Einsatz von vibroakustischen Metamaterialien

In mehreren Projekten arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie an der Entwicklung einer Designsystematik von Metamaterialien und an deren Modellierungen für die Simulation und Optimierung von Materialkomponenten in einem virtuellen Fahrzeugprototyp. Die Leichtbau- und Komfortwirkung von VAMM wird anhand von Demonstratoren in realen Fahrzeugen evaluiert.

Auf der Hannover Messe demonstriert das Exponat die Funktion von VAMM an einfachen Beispielstrukturen und zeigt mögliche Varianten der produktnahen Umsetzung an einem ferngesteuerten Modellfahrzeug und einer Fahrzeugtür in Originalgröße. Auf Grund der Kleinskaligkeit der verwendeten Resonatoren lassen sich vibroakustische Metamaterialien bei großer Design- und Gestaltungsfreiheit gut integrieren und mit im Fahrzeugbau bedeutsamen statischen, fahrdynamischen und crashrelevanten Auslegungsanforderungen vereinbaren.

Sie ermöglichen eine starke Reduktion von Schwingungen in einem breiten Frequenzbereich bei gleichzeitig geringem Gewicht. So lässt sich der Zielkonflikt zwischen Leichtbau und Schwingungs- sowie Lärmbelastung lösen.