Der elektrorheologische Resonanzdämpfer V.1 --- Schüler Experimentieren 2008

Wir haben festgestellt, dass es bis jetzt nur wenige technische Anwendungen einer ERF (Elektrorheologischen Flüssigkeit) gibt. Da wir wissen, dass Resonanzschwingungen von z.B. den Tragflächen eines Flugzeuges manchmal unerwünscht oder gerne beeinflussbar wären, haben wir uns dazu eine technische Lösung unter Anwendung einer ERF ausgedacht.ERFs sind Flüssigkeiten, die ihre Viskosität verändern, wenn man sie in ein elektrisches Spannungsfeld gibt. Wir wollten herausfinden, ob durch die Viskositätsänderung der ERF auch eine Veränderung des Schwingverhaltens möglich ist.

Um genaueres Wissen über das Verhalten einer ERF in der Praxis zu bekommen, haben wir zuerst ein einfaches Kugelfall-Experiment durchgeführt. Eine schwere Kugel wurde in eine ERF mit unterschiedlich starker angelegter Spannung fallen gelassen. Wir haben dann die Zeit gemessen mit der die Kugel bei den unterschiedlichen Spannungen in der ERF gesunken ist.

Neben dem Kennenlernen der Eigenschaften von ERFs mussten wir uns auch mit Schwingungen und Resonanzen vertraut machen. Dazu haben wir uns ein Modellflächen-Experimentausgedacht. Bei diesem Experiment geht es um das sichtbar machen einer vorliegenden Resonanz. Dafür haben wir ein einfach schwingendes Modell konstruiert: Eine PVC Platte (1mm Dick) wurde in ein Stativ über einen Sinus-Generator eingespannt. Auf der Platte wurde gleichmäßig Vogelsand verteilt und der Sinus-Generator wurde eingeschaltet.Wir haben die Frequenz langsam verändert bis der Vogelsand auf der Platte ein Muster gebildet hat. Die Frequenz, bei der das Muster entstand war folglich eine Resonanzfrequenz.

Um die technische Ausführung unseres Resonanzdämpferszu entwickeln, haben wir ein ERF-Simulationsflächen-Experiment durchgeführt. Dazu haben wir verschiedene Simulationsflächen gebaut und getestet. Die besten Ergebnisse haben wir mit einer Simulationsfläche erzielt, bei der sich der Kanal für die ERF auf der Unterseite der Simulationsfläche befand. Der Kanal besteht aus einem der Länge nach halbierten Plastikrohr mit zwei Elektroden aus Metallfolie. Eine Elektrode wurde innerhalb des Kanals auf der Unterseite der Simulationsfläche angebracht, die andere Elektrode wurde auf den Boden der Röhre geklebt. In den Kanal wurde die ERF so eingefüllt, dass sie sich zwischen den beiden Elektroden befand. Eine Öffnung des Kanals wurde mit Fensterkitt verschlossen. Durch die Öffnung auf der anderen Seite wurde mit einer Spritze die ERF eingefüllt. Danach wurde auch diese Öffnung mit Fensterkitt verschlossen.Mit einem Sinusfrequenz-Generator haben wir eine Resonanzschwingung der Simulationsfläche erzeugen können. Dafür haben wir wie im Modellflächen-Experiment Vogelsand aufdie Tragfläche gegeben und so die Resonanzknoten sichtbar gemacht. Sowohl die Resonanzfrequenz als auch die Schwingungsstärke haben sich in Abhängigkeit von der an die ERF angelegten Spannung verändert.Diese von uns entwickelte Anwendung einer ERF zur Schwingungsdämpfung und Resonanz-unterdrückung ist bisher nicht beschrieben worden (Experten vermuten aber, das das DLR an so etwas arbeitet). Diese Resonanzdämpfende Anwendung könnte in vielen technischen Bereichen, in denenunerwünschte Schwingungen auftreten, wichtig werden, beispielsweise bei Flächen und Bauteilen wie:, Kfz-Karosserieteilen und Kfz-Innenraumflächen, Computerlaufwerken, Gehäusen von elektrischen Geräten, z.B. Lautsprechergehäuse, aber auch bei größeren Bauteilen wie Flugzeugtragflächen und Brücken ist die Anwendung von statischen ERF-Schwingungsdämpfern denkbar.

Wir haben für unseren Resonanzdämpfer Gebrauchsmusterschutz beantragt.

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