Schwingungsunterdrückung durch Parametererregung

Unerwünschte Schwingungen, welche akustisch unangenehm oder gar durch "Aufschaukelung" gefährlich werden können für Maschinen, Anlagen und Bauwerke, können durch den gezielten Einsatz von gegensätzlich wirkenden Schwingungen reduziert oder sogar völlig zum Verschwinden gebracht werden. Der Erforschung dieses neu entdeckten Phänomens ist dieses Projekt gewidmet. Sogenannte "selbsterregte" Schwingungen stellen in verschiedenen Bereichen der Technik ein grosses Problem dar. Sie sind dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsausschläge häufig sehr gross sein können. Dies führt zum Beispiel zu lauten und anhaltenden Geräuschen (Bremsquietschen) oder zu heftigen Schwingungen von Kabeln und Leitungen unter Windeinwirkung. In extremen Fällen haben selbsterregte Schwingungen schon zum Einsturz von Bauwerken (Brücken) geführt. Die Bekämpfung solcher Schwingungen bzw. deren Unterdrückung ist daher ein wichtiges Ziel bei der Planung und Entwicklung von gefährdeten Maschinen oder Bauwerken. In diesem Forschungsvorhaben wird eine völlig neue Methode zur Vermeidung selbsterregter Schwingungen entwickelt und untersucht. Dabei wird ein bestimmter Parameter der betroffenen Struktur (z.B. eine Steifigkeit) in geeigneter Weise zeitlich periodisch verändert. Erfolgt diese Parametererregung mit der richtigen Frequenz und Amplitude, dann können die unerwünschten selbsterregten Schwingungen völlig zum Verschwinden gebracht werden. Je nach Einsatz kann die Realisierung der Parametererregung auf klassische mechanische Weise erfolgen oder aber durch kombinierte "mechatronische" Aktuatoren. Die Untersuchungen im Rahmen des Projektes erfolgen mittels analytischer Methoden, durch Computersimulation aber auch im Experiment an einem dafür entwickelten Prüfstand. Die Anwendung dieser neuen Methode ist in verschiedenen Bereichen des Maschinenbaus und des Bauwesens denkbar. Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden auch Realisierungsmöglichkeiten untersucht und aufgezeigt werden. Strömungserregte Schwingungen an Rotoren und Turbinenschaufeln könnten z. B. auf diese Weise unterdrückt werden. Aber auch die Vermeidung von Schwingungen an Maschinenbauteilen sowie von reibungsinduzierten Vibrationen von Strukturen sind mögliche Anwendungsgebiete .

Störende mechanische Schwingungen, akustisch unangenehme Vibrationen oder gar gefährliche, sich aufschaukelnde Schwingungen in Maschinen, Anlagen und Bauwerken, können durch gezielte periodische Eingriffe in die schwingende Struktur reduziert oder sogar völlig zum Verschwinden gebracht werden. Da diese Eingriffe normalerweise selbst Schwingungen auslösen würden, könnte man überspitzt formulieren, dass bei dieser neuen Methode schwingungstechnisch der Teufel mit dem Beelzebub ausgetrieben wird. Schwingungen, insbesondere die sogenannten "selbsterregten" Schwingungen, stellen in verschiedenen Bereichen der Technik ein großes Problem dar. Sie sind dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsausschläge häufig sehr groß werden können. Dies führt zum Beispiel zu lauten und anhaltenden Geräuschen (Bremsquietschen) oder zu heftigen Schwingungen von Kabeln und Leitungen unter Windeinwirkung. In extremen Fällen haben selbsterregte Schwingungen schon zum Einsturz von Bauwerken (Brücken) geführt. In diesem Forschungsprojekt wurde eine völlig neue Methode zur Vermeidung selbsterregter Schwingungen entwickelt, untersucht und getestet. Dabei wird ein bestimmter Strukturparameter (z.B. eine Steifigkeit) in geeigneter Weise zeitlich periodisch verändert. Erfolgen diese Eingriffe mit der richtigen Frequenz und Amplitude, dann können die unerwünschten Schwingungen völlig zum Verschwinden gebracht werden. Je nach Einsatz kann die Realisierung der sogenannten Parametererregung auf klassische mechanische Weise erfolgen oder aber durch mechatronische Aktuatoren. Die Untersuchungen im Rahmen des Projektes erfolgten mittels analytischer Methoden, durch Computersimulation aber auch im Experiment an einem eigens dafür entwickelten Prüfstand. Die Anwendung dieser neuen Methode ist in den verschiedensten Bereichen der Technik denkbar, sowohl im Mikrotechnologiebereich wie auch im klassischen Maschinenbau bis hin zum Bauwesen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden deshalb auch Realisierungsmöglichkeiten untersucht und aufgezeigt. Strömungserregte Schwingungen an Rotoren und Turbinenschaufeln könnten z. B. auf diese Weise unterdrückt werden. Aber auch die Vermeidung von Schwingungen an Maschinenbauteilen sowie von reibungsinduzierten Vibrationen von Strukturen sind mögliche Anwendungsgebiete dieser neuartigen Methode.