Metavib – Metamaterialien zur Beeinflussung der Vibroakustik mittels Resonatoreffekt

Herausforderung

Lärm, Vibrationen und Erschütterungen beeinträchtigen die Lebensqualität und den Komfort im Alltag. Nach neuesten Studien der Weltgesundheitsorganisation ist Lärm die zweitgrößte Gesundheitsgefahr für Menschen. Insbesondere der Mobilitätssektor ist dabei eine der maßgeblichen Lärmquellen. Mit den hier vermehrt eingesetzten Leichtbaustrukturen kann zwar ein geringerer Kraftstoffverbrauch und CO2-Ausstoß erreicht werden, jedoch bewirken diese Strukturen aufgrund der höheren Nachgiebigkeit größere Schwingungsamplituden, was ungünstige Betriebsbedingungen, Verschleiß und Lärm zur Folge hat.

Konventionelle Ansätze zur Schwingungs- und Lärmreduktion, wie z.B. der Einsatz von Dämmmaterial, einzelnen Tilgern und akustischen Resonatoren, können diese Probleme nur begrenzt lösen. Strukturen mit periodisch angeordneten Resonatoren können hingegen den Zielkonflikt zwischen Leichtbau und optimalem vibroakustischem Verhalten auflösen. Diese Strukturen werden als vibroakustische Metamaterialien (VAMM) bezeichnet.

Zielstellung

Ziel des Projekts »Metavib« ist die industrielle Nutzbarmachung dieser VAMM. Durch das Fraunhofer-Konsortium aus Spezialisten der Fachbereiche Strukturdynamik (Fraunhofer LBF, Fraunhofer IWU), Akustik (Fraunhofer IBP, Fraunhofer IDMT), Elektroakustik (Fraunhofer IDMT) und Fertigungstechnik (Fraunhofer IFAM, Fraunhofer IWU) wird erstmals die Betrachtung der gesamten Wertschöpfungskette von VAMM ermöglicht.

Insbesondere aktive Metamaterialien sind von großem Interesse. Während bei den passiven VAMM allein durch die Verwendung eines bestimmten Materials eine Schwingungsdämpfung erreicht wird, werden bei den aktiven VAMM zusätzlich kleine Aktoren verbaut, mit denen man die akustischen Eigenschaften des Materials ständig anpassen kann. Auf diese Weise kann ein Basismodul an eine Vielfalt von Anwendungsfällen adaptiert werden. Ebenso sind Alterungsprozesse und äußere Störungen im Betrieb kompensierbar. 

Aufgabenbereich Fraunhofer IWU

Das Fraunhofer IWU übernimmt im Projekt »MetaVib« schwerpunktmäßig die fertigungstechnische Umsetzung von vibroakustischen Metamaterialien aus metallischen Werkstoffen.

  • Entwicklung von großserienfähigen Herstellungsverfahren für vibroakustische Metamaterialien für metallische Werkstoffe (Stanzen, Umformen, etc.)
  • Fertigung und messtechnische Charakterisierung von Demonstratorbauteilen
  • Entwicklung und Umsetzung eines Fahrzeugtürdemonstrators
  • Leitung des Arbeitspakets »Umsetzung und Erprobung von Demonstratoren«

Einblicke in das Projekt

© Fraunhofer IWU
Ablauf des Metavib-Projekts
© Fraunhofer IWU
Beispiele für Metamaterialien

Eckdaten zum Projekt

  • Laufzeit
    2020 – 2022
  • Förderer
    Fraunhofer-internes Förderprogramm
  • Partner
    • Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT
    • Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
    • Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
    • Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP