Das DFG-Projekt befasst sich mit der Entwicklung anpassbarer Impedanz Elemente (AIE) zur Anwendungen in dynamischen Prüfständen. Eines der untersuchten Testszenarien ist mit dem DFG-finanzierten multiaxialen Hexapod an der TUHH gegeben. An diesem sollen realistische Testumgebungen durch AIE für Flugzeugkabinensysteme und Leichtbaustrukturen erzeugt werden.

Ausgangssituation

Das dynamische Verhalten eines Systems wird durch die Randbedingungen an der Systemgrenze zwischen Objekt und Umgebung beeinflusst. Insbesondere das dynamische Verhalten von Systemen unter Vibrationsbelastung ist abhängig von den mechanischen Eigenschaften, wie Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften, an den Systemgrenzen. In der dynamischen Versuchstechnik müssen die mechanischen Eigenschaften der Systemgrenze möglichst realitätsnah nachgebildet werden, um verlässliche und exakte Versuchsergebnisse zu ermöglichen. Die nicht statischen Eigenschaften der Systemgrenzen für alle Testszenarien abzubilden ist extrem aufwendig, da für jedes Szenario individuelle Verbindungselemente zu konstruieren sind, welche die realen mechanischen Eigenschaften abbilden.

Ein Ansatz dieser Problematik zu begegnen ist die Entwicklung von Verbindungselementen mit anpassbaren Steifigkeits- und Dämpfungsverhalten. Ziel des vorgestellten AIProVE Projekts ist es anpassbare Impedanz Elemente (AIE) zu entwickeln. Anpassbare Impedanz Elemente sind passive Maschinenelemente, welche aus einem anpassbaren Steifigkeitselement (ASE) und einem anpassbaren Dämpfungselement (ADE) bestehen und damit die Einstellung ihrer dynamischen Eigenschaften an der Grenzfläche ermöglichen. 

Anforderungen an anpassbare Impedanz Elemente (AIE)

Systeme und Strukturen im Luftfahrtbereich, wie sie am PKT untersucht werden, und Produkte im Bereich Power Tools, welche am IPEK untersucht werden, sind Beispiele bei denen das dynamische Verhalten signifikant abhängig von den mechanischen Eigenschaften der Systemgrenzen sind. Leichtbaustrukturen in der Passagierkabine eines Flugzeugs, wie z.B. Galleys, Lavatories und Overhead Bins, müssen dynamische Lasten halten. Aktuell besteht die Schwierigkeit, dass Anbindungselemente zur Validierung von Leichtbaustrukturen im Bereich der Luftfahrt möglichst steif ausgelegt werden. Zur Untersuchung von realitätsnahem dynamischen Verhalten müssen für jeden Testfall individuelle Anbindungselemente verwendet werden, womit ein hoher Versuchsaufwand einhergeht.

Abbildung: Darstellung der Verbindungselemente zwischen Hexapod und Flugzeug-Galley am PKT

Die vorgestellten AIEs können zu realitätsnäheren Systemgrenzen führen, ohne Verwendung von individuellen Verbindungselementen für jedes Testszenario. Die Validierung von dynamischen Modellen kann durch direkte Vorgabe der dynamischen Eigenschaften ermöglicht werden. Außerdem kann der Aufwand bei der Optimierung von Verbindungselementen durch in situ Variation der Grenzflächeneigenschaften drastisch reduziert werden.

Vorgehen zur Entwicklung der AIEs

1.Definition der Anforderungen hinsichtlich Steifigkeit, Dämpfung, Last und Frequenz
2. Entwicklung von anpassbaren Steifigkeits- und Dämpfungselementen und deren mechanische Analyse
3. Synthese zu anpassbaren Impedanz Elementen
4. Verbesserung der Versuchsbedingungen im Bereich Leichtbaustrukturen und Power Tools.

Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Dieter Krause

Projektmanagement und -bearbeitung: Emil Heyden, M.Sc.

Dieses Projekt ist Teil des PKT-Anwendungsfelds Luftfahrt.

Projektförderung und Verbundpartner

Das Projekt AIProVE wird an den Instituten PKT (TUHH), IPEK (KIT) und pd|z (ETHZ) von der deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und vom Schweizer Nationalfonds (SNF) gefördert. Der Projektzeitraum ist von Juli 2018 bis Dezember 2021.