Ingenieure arbeiten an intelligenten Materialien, die Vibrationen mindern und Energie aus der Umwelt gewinnen sollen. Diese elektroaktiven Elastomere könnten beispielsweise störende Schwingungen im Auto mindern.
Die Straße ist mit Kopfstein gepflastert, das Radeln macht nicht wirklich Spaß. Wenigstens hat das Fahrrad einen Sattel, der mit Silikon gefüllt ist. Der dämpft das Gerüttel und gleicht einen Teil der lästigen Vibrationen aus. In den Augen eines Fachmanns ist der Stoff im Sattel ein „Elastomer“ – ein Material, das nachgiebig und verformbar ist wie ein Gummiband. Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt arbeiten nun an einer neuen Generation: Sie entwickeln Bauteile aus Elastomeren, die aktiv auf unerwünschte Schwingungen reagieren und sie dadurch noch wirkungsvoller dämpfen als bislang.
Bislang wirken Elastomere bei Schwingungen und Stößen rein passiv. Effektiver wäre es, sie würden aktiv auf Vibrationen reagieren und gegensteuern. Ähnlich wie der Tennisspieler bei einem Stoppball seinen Schläger zurückzieht, um den Ball zu verlangsamen, würde ein aktives Elastomer der Vibration gezielt Energie entziehen – indem es exakt im Gegentakt schwingt. Theoretisch ließe sich damit eine Vibration vollständig eliminieren.
Materialien, die dazu taugen, gibt es bereits. „Sie heißen elektroaktive Elastomere“, erläutert LBF-Wissenschaftler William Kaal. „Das sind elastische Stoffe, die ihre Form ändern, wenn man sie einem elektrischen Feld aussetzt.“ Der Clou: Legt man eine Wechselspannung an, beginnt das Material zu vibrieren. Steuert zudem eine intelligente Elektronik das Elastomer so an, dass es genau im Gegentakt vibriert, kann es die unerwünschten Schwingungen einer Maschine oder eines Motors weitgehend auslöschen.
Um zu zeigen, dass das Prinzip funktioniert, haben die Darmstädter Forscher einen Demonstrator entwickelt. Er ist kleiner als eine Zigarettenschachtel und setzt sich aus 40 dünnen Elastomer-Elektroden-Schichten zusammen. Die Experten sprechen von einem Stapelaktor. Dieser kann sich auf Befehl um einige Zehntelmillimeter heben und senken – und zwar viele Male pro Sekunde.
Eine mögliche Anwendung für ihren Stapelaktor sehen die LBF-Ingenieure im Fahrzeugbau. „Aktive Elastomere könnten einen Beitrag zur weiteren Reduktion von Schwingungen im Auto leisten“, sagt William Kaal.
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