n einem Serienfahrzeug haben Forschende neuartige Strukturen eingesetzt,
die zu einer spürbaren Steigerung des akustischen Verhaltens im
Fahrzeuginnenraum führen. Diese vibroakustischen Metamaterialien haben im
Fahrbetrieb ihre hervorragenden Eigenschaften unter Beweis gestellt. Ein
neuentwickelter Gehäusedeckel, ein Leichtbaurahmen und ein
neukonstruiertes Motorlager demonstrieren die industrielle
Herstellbarkeit. Die Komponenten wurden eins zu eins im Originalbauraum
des Serienfahrzeugs integriert und getestet. Auf der Teststrecke wurde die
Wirkung gewichtssparender Metamaterialien mit konventionellen
Versteifungen und Schwerdämmbelägen zur Schwingungsminderung verglichen.
Im Forschungsprojekt »viaMeta« kooperieren Hersteller, Zulieferer und
Forschungseinrichtungen, um das Leichtbaupotenzial zukünftiger Fahrzeuge
zu erschließen. Die Produktion und der Betrieb von Fahrzeugen spielen eine
entscheidende Rolle bei der Bewältigung der globalen Herausforderung, den
Klimawandel einzudämmen. Die strukturdynamische Optimierung von
Leichtbaustrukturen stellt eine zentrale Herausforderung für das
materialsparende Design dar. Konventionelle Maßnahmen zur
Schwingungsminderung, wie Dämmbeläge, Entkopplungselemente oder Tilger,
stehen im Widerspruch zum Ziel des Leichtbaus und können die
erforderlichen Frequenzbereiche, insbesondere bei elektrischen
Antriebssystemen, oft nicht ausreichend abdecken.
Vibroakustische Metamaterialien gegen den Klimawandel
Vibroakustische Metamaterialien bieten eine innovative Möglichkeit,
Schwingungen in schlanken Strukturen zu kontrollieren. Durch periodisch
angeordnete Resonatoren können spezielle Bauteileigenschaften erreicht
werden. Innerhalb eines gezielt adressierbaren Stoppbandbereichs wird die
Ausbreitung von Schwingungen im Material effektiv und breitbandig
reduziert.
Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
geförderten Projekts »viaMeta« haben die Mercedes-Benz AG, BOGE
Elastmetall GmbH, Novicos GmbH, das Institut für Kraftfahrzeuge (ika) der
RWTH Aachen und das Fraunhofer LBF basierend auf Forschungsergebnissen zu
den Gestaltungsprinzipien der Metamaterialien konkrete, industriell
herstellbare Lösungen für Fahrzeugbauteile entwickelt. Durch neue
Maßnahmen im Bereich der Triebstrangintegration wurde die
Schallabstrahlung aus dem Aggregat in die Luft sowie die Übertragung von
Vibrationen über die Motorlager und den Motortragrahmen in die Karosserie
wirksam beeinflusst.
Ziel erreicht: Von der Grundlagenforschung zum praktischen Einsatz
Das gerade abgeschlossene Projekt »viaMeta« hat nicht nur konkrete und
effektive Lösungen für seriennahe Fahrzeugbauteile geliefert, sondern auch
praxistaugliche virtuelle Entwurfsmethoden für vibroakustische
Metamaterialien, einschließlich KI-basierter Ansätze, erbracht sowie
skalierbare industrietaugliche Herstellungsprozesse und den Nachweis der
Wirksamkeit dieser Maßnahmen im Fahrzeug gezeigt. Dadurch wird die Brücke
von der Grundlagenforschung zum praktischen Einsatz vibroakustischer
Metamaterialien in zukünftigen Fahrzeugen geschlossen.
Die Forschungsergebnisse des Projekts werden bei der
Abschlussveranstaltung am 17. April 2024 am Fraunhofer LBF in Darmstadt
der interessierten Öffentlichkeit präsentiert. Im Rahmen dieser
Veranstaltung besteht auch die Möglichkeit zur Diskussion mit Experten aus
Industrie und Forschung.
