MetaVib Projekt
Ziel des Projektes ist
die Umsetzung der wissenschaftlich notwendigen Arbeiten für die industrielle Nutzbarmachung von vibroakustischen Metamaterialien (VAMM).
Die Vorteile von VAMM werden an einem vibroakustisch optimierten Schalldämpfer für Luftungskanäle (passive und aktive VAMM) sowie einer schwingungsoptimierten Fahrzeugtür (passive VAMM) demonstriert.
Für die industrielle Nutzbarmachung von VAMM sollen folgende Teilziele erreicht werden:
- Erstellung eines Auslegungstools zu einer ganzheitlichen virtuellen Auslegung von VAMM in ihrem Anwendungsszenario
- Erprobung von Herstellungsverfahren zur Eignung für Serienfertigung (Stanzen, Umformen, Kunststoff-3D-Druck, Hybrid-Guss)
- Erstellung einer vereinfachten und effizienten Signalverarbeitung für aktive VAMM
Demonstrator "Fahrzeugtür"
Schematische Darstellung einer Fahrzeugtür mit integrierten passiven VAMM
Das vibroakustische Verhalten von Fahrzeugtüren hat Relevanz im Bereich des Insassenkomforts, welches sich aktuell über die Erhöhung der flächenbezogenen Massen verbessern lässt. Die Verwendung von VAMM für die Reduktion von Roll- und Windgeräuschen sowie für die Reduktion der Schwingungsanregung beim Türzuschlagen bietet die Möglichkeit, Leichtbaupotenziale und Leistunggsteigerungen zu erreichen.
Demonstrator „Schalldämpfer“
Um Schalldämpfung bei tiefen Frequenzen zu erzeugen, sind für konventionelle Schalldämpferkulissen große Schichtdicken poröser Absorbermaterialien notwendig, wodurch die Schalldämpfungsleistung beeinträchtigt wird. Durch die Anwendung von VAMM wird es möglich, kompakte Schalldämpferkulissen herzustellen, die dennoch bei tiefen Frequenzen effektiv sind.
Schematische Darstellung eines passiven Schalldämpferdemonstrators (grün) mit aktivierten Einheitzellen (orange)
Aktive VAMM
Um eine weitere Steigerung der tieffrequenten Wirksamkeit bei kompaktem Bauraum umzusetzen sind aktive Schallschutzmaßnahmen notwendig. Die Herausforderung bei der Ansteuerung des Einzelresonators aktiver VAMM gliedert sich in die Bereiche Linearisierung und Stabilisierung. Konventionelle Ansteuerungskonzepte beruhen aud der Annahme eines idealen, linearen Sensor- und Aktorverhaltens. Durch ein intelligentes Wandler- und Systemmonitoring, in Verbindung mit adaptiven Signalverarbeitungsstrategien, kann das Aufkommen instabilder Zustände im praktischen Anwendungsfall verhindert werden. Da die Einheitszellen im Verbund aufeinander rückwirken, muss durch einen zusätzlichen Ansteuerungsansatz, das Idealverhalten auch hier gewährleistet werden. Der Verbund idealisierter Einheitszellen wird schließlich durch eine anwendungsspezifische Signalverarbeitung für die konkrete Anwendung nutzbar gemacht.
Herstellungsverfahren
Im Projekt werden Herstellungsverfahren für eine industrielle Anwendung von VAMM untersucht. Für metallische Strukturen werden neue umformtechnische Fertigungsprozessketten zur hochgenauen Fertigung von filigranen Strukturen sowie zur Integration von VAMM in Blech- und Karosseriebauteile erarbeitet. Im Bereich Blechumformung ist vorgesehen, den Stanzprozess für die Herstellung von VAMM-Blechhalbzeugen dahingehend weiter zu entwickeln, dass die Streuung der Resonatorgeometrien auf ein definiertes Minimum reduziert und dies auch reproduzierbar gefertigt werden kann. In Bereichen, in denen diese Verfahren bspw. hinsichtlich des Materials oder der erzeugbaren Geometrien an ihre Grenzen stoßen, ist vorgesehen, diese geschickt mit typischerweise lanfsameren Verfahren, insbesondere 3D-Druckverfahren (Kunststoff und Metall), zu kombinieren.