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Professur Maschinenelemente und Produktentwicklung
Nachgiebige Systeme

Für viele Anwendungen stellen nachgiebige Mechanismen (Englisch: Compliant Mechanisms) eine vorteilhafte Alternative zu Mechanismen der konventionellen Art dar. Während konventionelle Mechanismen ihre Verformbarkeit den gleitenden oder rollenden Schnittstellen in den Gelenken verdanken, erfüllen nachgiebige Mechanismen ihre Funktion durch elastische Dehnungen an Stellen, die beim Entwurf bewusst flexibel gestaltet werden. Im Gegensatz zu konventionellen, muss bei nachgiebigen Mechanismen der Stoffschluss also nicht unterbrochen werden. Nachgiebige Mechanismen sind deshalb tendenziell monolithische Systeme.
Zu den Vorteilen von nachgiebigen Mechanismen gehören die Reduktion der Einzelteile, die Spiel-, Verschleiß- und Reibungsfreiheit, der reduzierte Wartungsaufwand, die erhöhte Präzision, ein günstigeres Verhältnis zwischen Belastbarkeit und Masse, eine geringe Schmutzempfindlichkeit und eine erhöhte Sauberkeit des Betriebs.
Neben der Substitution klassischer Gelenke eignen sich nachgiebige Mechanismen insbesondere für den Einsatz in formadaptiven Systemen. Diese Systeme haben keine beschränkte Anzahl an diskreten Ein- und Ausgängen, wie es bei konventionellen Getrieben der Fall ist, sondern sind durch komplexe Oberflächenänderungen infolge einer aufgeprägten Eingangsgröße gekennzeichnet.

In vielen Fällen, und insbesondere bei formadaptiven Strukturen, sind nachgiebige Mechanismen komplex interagierende Balkentragwerke, bei denen eine klassische, intuitions- oder erfahrungsbasierte manuelle Auslegung nach dem Vorgehen der klassischen Ingenieurkunst kaum möglich ist. An der Professur wird das Ziel verfolgt, die Synthese rechnergestützt zu automatisieren. Hierfür kommen Methoden der formellen Optimierung sowie des maschinellen Lernen zum Einsatz. Die so entworfenen Strukturen finden neben der Formadaption z.B. auch in der Softrobotik Anwendung. Natürlich können die entwickelten Methoden auch auf klassische Problemstellungen der nachgiebigen Getriebesynthese angewendet werden.

Das in Bild dargestellt Schema zeigt den Ablauf einer Strukturoptimierung einer nachgiebigen, formadaptiven Struktur. Im konkreten Fall ist dies ein formadaptiver Flügel, welcher im Englischen auch unter dem Begriff "Morphing Wing" geführt wird. Strukturoptimierung eines nachgiebigen Mechanismus für die Formadaption Der Mechanismus wird durch die optimierungsbasierte Vergabe höherer und niedrigerer Werte der lokalen Steifigkeiten in einem vorgegebenen, parametrisierten Bauraum generiert. Besonderes Augenwerk wurde hier auf die Formulierung des Optimierungsproblems gelegt, welches in der jetzigen Form allein die Vorgabe der Zielkinematik fordert.

Vibrationsdämpfung durch Energietransfer mittels Formadaption

Vibrationsdämpfung durch Energietransfer mittels Formadaption
Fördermittelgeber: DFG
Forschungsvereinigung: SPP 1897
Laufzeit: -
Startzeitpunkt:-
Bearbeiter: Alexander Nowak
Logo:Spp 1897

Presseartikel