Schwingungsminderung durch ein aktives hydropneumatisches Feder-Dämpfer-System : Entwicklung eines neuartigen Aktuators zur aktiven Schwingungsminderung im Automobilbereich

Aktive hydraulische Feder-Dämpfer-Systeme werden u.a. im Automobilbereich eingesetzt, beispielsweise als hydraulische Fußpunktverstellung im ABC-Fahrwerk (Active Body Control) von Daimler. Nachteilig an diesen Systemen ist die notwendige Hydraulikinfrastruktur im Fahrzeug, welche gerade bei alternativen Feder-Dämpfer-Systemen für eine Fahrzeugplattform aufwändig ist.

Im Rahmen des von der DFG geförderten Sonderforschungsbereiches 805 (SFB 805) "Beherrschung von Unsicherheit in lasttragenden Systemen des Maschinenbaus" wird ein innovatives, aktives hydropneumatisches Feder-Dämpfer-System (HFDS) entwickelt und erforscht, welches über eine Funktionsintegration die Reduktion der Bauteile sowie eine kompakte Bauweise erlaubt. Das Hauptaugenmerk in dieser Arbeit liegt auf konstruktiven Lösungen und deren experimenteller Validierung für die Aufgabe: geringe Coulombsche Reibung, keine zentrale Hydraulikversorgung sowie geringe Bauteilanzahl.

Als Lösung wird die aktive Verstellung der druckwirksamen Fläche A eines Rollbalges, wie er aus Luftfedern bekannt ist, untersucht. Damit ist es möglich, die resultierende Axialkraft F=(p-pₐ)A des Feder-Dämpfer-Systems aktiv und dynamisch zu verändern und Kräfte auch gegen die Bewegungsrichtung des Kolbens zu stellen (4-Quadranten-Betrieb). Ziel ist eine Kraftstellung mit einer Frequenz bis 15 Hz, was den Einsatz im PKW- Bereich unter den Gesichtspunkten Fahrdynamik, Fahrkomfort und Fahrsicherheit erlaubt.

Zur Validierung dieses Konzeptes wurde am Institut für Fluidsystemtechnik ein erster Versuchsträger aufgebaut. Über einen hydraulischen Schwenkmotor und ein mechanisches Nockenwellengetriebe wird die Veränderung der druckwirksamen Fläche dargestellt. Hierbei wird das vom Schwenkmotor auf die Welle aufgebrachte Moment über Zahnräder an die Nockenwellen übertragen. Diese drücken dann die Kolbensegmente nach Außen und verändern damit die druckwirksame Fläche des Rollbalges.