Bij veel technische construc-ties wordt een gedefinieerde stijfheid of veerelement gebruikt, bijvoorbeeld in onderstellen, lagering en trillingdempers. Het zou echter vaak gunstig zijn om tijdens de wisselende milieu- en bedrijfsomstandigheden de gedefinieerde stijfheid te kunnen aanpassen. Onder-zoekers van het Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) vonden de oplossing in een construc-tie waarbij een ringvormige schijf van staal als veer dient.
Met drie bevestigingspunten aan elke kant kunnen de betreffende onder-delen aan een ringvormige schijf worden bevestigd. De stijfheid in de richting van de centrale as verandert afhankelijk van de hoek waaronder de verbindingen ten opzichte van elkaar staan. De traploze verstelling loopt van ‘geblokkeerd’ (hard) tot aan een relatief soepele veer.
Traploze verstelling
Vergeleken met tot nu toe gebruikte alternatieven (met uitzondering van verstelbare luchtvering) maakt het principe een traploze verstelling van de axiale stijfheid over een groot gebied mogelijk. Dit grote bereik biedt diverse voordelen. Zo kan een bepaalde constructie door een verstelling van de rotatiehoek voor veel verschillende doeleinden worden gebruikt. Hierdoor kan met een gering aantal onderdelen een groot aantal mogelijkheden worden afgedekt. In vergelijking met luchtvering zijn de kosten voor de constructie en het instellen geringer, omdat geen pomp of dure afdichtingen noodzakelijk zijn.
Door handig gebruik te maken van de eigenschappen van het systeem kan een machine aanlopen en werken zonder dat hinderlijke resonantietrillingen optreden.
Bij het gebruik als trillingsdempers kan de schijf over een brede band van de trillingsfrequentie worden aangepast. De constructieve complexiteit en de kosten voor de productie van deze oplossing zijn relatief gering. De rotatie als verstelbeweging heeft geen complexe actuator noodzakelijk. Door de mogelijk configuraties zouden de actuatoren en de gebruikte sensoren bovendien ruimte besparen en mechanisch beschermd kunnen worden ondergebracht in het inwendige.
Een ingekapselde opbouw is eveneens mogelijk. Hierbij kan de complete dempermassa als behuizing dienen. In tegenstelling tot uitvoeringen, waarbij de verandering van de stijfheid wordt gerealiseerd door de vrije lengte van een bladveer te veranderen, verandert de constructieruimte door de ver-stelling niet. Er zitten geen actuator onderdelen aan de dempermassa zelf. Hierdoor zijn kleine afmetingen mogelijk, wat weer positief uitwerkt op de schaalbaarheid van de oplossing.
Van auto tot energieopwekking
De nieuwe constructie is overal toe te passen waar verstelbare stijfheid zinvol is en een voordeel heeft. Dempers in technische systemen, vooral in de autotechniek en de machine- en installatiebouw, zijn voorbeelden voor de toepassing. Ook dient de mogelijkheid zich aan voor het gebruik in actieve of passieve lagering van machines, machineonderdelen en aggregaten. De resonantiefrequentie ligt hier bij een harde instelling boven, bij een soepele instelling onder het bedrijfsniveau van de machine. De machine wordt gestart in de ‘harde’ instelling, voor het bereiken van het bedrijfstoerental wordt het lager op ‘soepel’ geschakeld, waardoor in het hele bedrijfsgebied praktisch zonder resonanties kan worden gewerkt.
Ook in het kader van testen van degelijkheid van de constructie en levens-duur van componenten is het ontwerp te gebruiken. Hierbij kunnen de in de praktische omgeving van de componenten aanwezige stijfheden bij de beproeving worden meegenomen. Dankzij de verstelbare stijfheid zijn de verbindingsmogelijkheden snel aan te passen.
Verder kan een boven op de ring geplaatste piëzo omvormer gebruik maken van de vervorming van de ring als energiebron voor het opwekken van energie. De verkregen energie kan bijvoorbeeld worden gebruikt door autonome systemen als sensorknooppunten.
