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Optimierung der Dämpfung von schwingfähigen Systemen mit Piezokeramiken
Steffen Mutschler Zusammenfassung Einleitung Das Quietschen von Fahrzeugbremsen ist eine Problematik, die sich durch rein konstruktive Maßnahmen an der Bremse bisher nicht beheben lässt. Das Interesse an einer geräuschlosen Bremse ist jedoch sowohl von Seiten der Automobilindustrie, als auch von Kundenseite, sehr hoch. Die geräuschlose Bremse erhöht den qualitativen Wert des Fahrzeugs und gibt dem Fahrer das Gefühl von Zuverlässigkeit und Sicherheit. Ferner wird die Umwelt entlastet, indem eine unangenehme Geräuschquelle des Verkehrs eliminiert wird. Problemdarstellung Beim Bremsenquietschen handelt es sich um eine hochfrequente Schwingung im Bereich zwischen 1,5 und 2,5 kHz. Diese Schwingung entsteht durch einen Slip-Stick-Effekt im Kontakt Bremsbelag-Bremsscheibe. Eine Schwingung, deren Ursache sich nicht beseitigen lässt, kann man entweder dämpfen oder tilgen. Bei einer exakt bekannten Frequenz ist Tilgung die effektivere Lösung, bei unbekannter oder schwankender Frequenz lassen sich durch Dämpfung bessere Ergebnisse erzielen. Technologie In der Baugruppe Bremse ist kein Platz für mechanische Dämpfer oder Tilger. Daher werden im Rahmen dieser Arbeit elektrische Schwingkreise verwendet, in denen die Schwingungsenergie aus dem mechanischen System dissipiert wird. Als Energiewandler zwischen dem mechanischen und dem elektrischen System wird ein Piezoelement verwendet. Das Piezoelement ist im mechanischen System eine Feder sehr hoher Steifigkeit und damit gut geeignet für die Handhabung hoher Frequenzen. Durch Kompression entsteht eine Spannung auf den Oberflächen. Inhalte In dieser Arbeit werden die Grundlagen für die Anwendung eines Piezoelements mit Netzwerk für die Schwingungsdämpfung beschrieben. Es werden analytische Modelle vorgestellt, die die Grundlage für die Simulation des schwingfähigen Systems und die Auslegung eines Dämpfungssystems in der Anwendung Bremse darstellen. Das Systemverhalten wird analytisch simuliert. Dabei werden verschiedene Optimierungsansätze untersucht. Ein hervorzuhebender Ansatz ist die Verwendung mehrerer Piezoelemente mit Netzwerken, die jeweils verschiedene Eigenfrequenzen aufweisen. Dabei entspricht jede Eigenfrequenz einer Tilgungsfrequenz. Auf diese Weise lässt sich künstlich ein verbreitertes Dämpfungsspektrum erzeugen. Es wird ein Versuchsstand zur Verifikation der verwendeten Modelle konstruiert. Die Versuchsergebnisse zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit den Simulationsergebnissen. Heutiger Stand der Forschung Auf dem Bremsenprüfstand werden Piezoelemente in der Anwendung untersucht. Im Rahmen der Versuche ist es möglich, die Bremse durch gezieltes Steuern der Rotationsgeschwindigkeit des Rades und der Bremskraft zum Quietschen zu bringen. Dieses Quietschen lässt sich durch Ein- und Ausschalten des am Piezoelement angebrachten elektrischen Netzwerks für beliebige Zeiträume erfolgreich eliminieren. < zurück |
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