Forschungsprojekte

Leichtbau-Kardan-Antriebswelle

Zielbranchen

Fahrzeug- und Verkehrstechnologien, auch: Antriebstechnik

Problemstellung

Kardanwellen werden mit hohem Materialeinsatz gefertigt, damit die akustischen Auswirkungen von Schwingungen möglichst gering bleiben. Aus dem gleichen Grund sind nahezu alle Kardanwellen zweiteilig mit Mittellager ausgeführt. Zum Teil werden zusätzlich passive Schwingungstilger eingesetzt, die Biegeschwingungen in einzelnen Resonanzen verringern.

Welche Möglichkeiten gibt es, den Leichtbaugedanken auch hier zu verwirklichen?

Lösung

Die Verringerung des Materialeinsatzes und das Einsparen der Lagerstelle sowie der Tilger führen zu deutlichen Verschlechterungen des Schwingungsverhaltens und somit zu einer schlechten Akustik im Fahrzeuginnenraum. Dies kann durch eine aktive Reduktion der Schwingungen an der Welle ausgeglichen werden. Dazu werden Aktoren und Sensoren aus piezokeramischen Fasern auf der Welle appliziert. Mit den Sensoren können auftretende Schwingungen gemessen werden. Aus diesem Signal wird mit einem Regler und geeigneter Verstärkertechnik ein Stellsignal ermittelt, das an die Aktoren gegeben wird. Diese leiten dann ein Biegemoment in die Welle ein. Die dadurch erzeugte Schwingung überlagert sich destruktiv mit der störenden Schwingung. Eine Schwingungsauslöschung ist die Folge.

Das Fraunhofer IWU hat in mehreren Projekten in Zusammenarbeit mit namenhaften Automobilherstellern gezeigt, welche Möglichkeiten zur aktiven Schwingungsreduktion an Antriebswellen bestehen. Dabei wurde die Wirksamkeit des Konzeptes sowohl an einteiligen Gelenkwellen als auch an zweiteiligen Kardanwellen nachgewiesen. Die Schwingungen auf den Wellen konnten massiv verringert und die Akustik im Fahrzeuginnenraum deutlich verbessert werden.