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Schwingungsdämpfung Kreisringscheibe als Feder mit verstellbarer Steifigkeit

| Autor/ Redakteur: Josef Kraus / Josef-Martin Kraus

Hauptbestandteil einer Federkonstruktion mit verstellbarer Steifigkeit ist eine Kreisringscheibe. Durch Drehbewegung erfolgt die stufenlose Federeinstellung von hart bis weich. Das erschließt der Entwicklung ein großes Substitutionspotenzial zu Lasten konventioneller Schwingungsdämpfer und -tilger.

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Bild 1: Basis für das Federelement mit verstellbarer Steifigkeit ist eine Kreisringscheibe aus Stahl, deren Verstellbereich von hart bis weich reicht. (Bild: Fraunhofer-LBF)
Bild 1: Basis für das Federelement mit verstellbarer Steifigkeit ist eine Kreisringscheibe aus Stahl, deren Verstellbereich von hart bis weich reicht. (Bild: Fraunhofer-LBF)

Auch eine Scheibe kann eine Feder sein. Mit dieser Idee vor Augen, haben Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF), Darmstadt, ein Funktionselement mit verstellbarer Steifigkeit entwickelt, das auf einer einfachen Konstruktion basiert und einen sehr großen Verstellbereich zulässt (Bild 1).

Anpassung der Steifigkeit an wechselnde Bedingungen

Viele technische Baugruppen und Systeme erfordern Federelemente oder Funktionsteile mit definierter Steifigkeit. Man findet sie beispielsweise in Fahrwerken, Lagerungen und Schwingungstilgern. Vielmals wäre jedoch eine Anpassung der Steifigkeit an die wechselnden Umgebungs- und Betriebsbedingungen vorteilhafter. Das Fraunhofer-LBF fand die Lösung in einer Konstruktion, bei der eine Kreisringscheibe aus Stahl als Feder verwendet wird.

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Über drei Anbindungen je Seite werden die zu verbindenden Teile an der Kreisringscheibe befestigt (Bild 2). Die Steifigkeit in Richtung der Hauptachse verändert sich je nach Größe des Winkels zwischen den Anbindungen auf beiden Seiten. Der stufenlose Verstellbereich reicht von „blockiert“ (hart) bis zu einer relativ weichen Feder.

Abdeckung vieler Anwendungen mit wenigen Variationen

Verglichen mit konventionellen Lösungen – ausgenommen der verstellbaren Luftfeder – ermöglicht das Ringscheibenprinzip eine stufenlose Verstellung der Axialsteifigkeit über einen sehr großen Bereich. Der weite Verstellbereich bietet eine Reihe von Vorteilen. So lässt sich die Ringscheibe derart konfigurieren, dass sie durch einfaches Verstellen des Rotationswinkels für unterschiedliche Anwendungen geeignet ist. Daher reichen wenige Varianten aus, um ein breites Spektrum abzudecken. Im Vergleich zur Luftfeder sind nach Angaben des Fraunhofer-LBF der Konstruktions- sowie der Verstellaufwand niedriger, weil Abdichtungen und Druckluftanschluss entfallen.

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