CD-Labor für Weiche Strukturen für Schwingungsisolation und Stoßdämpfung

Elastomere sind durch ihre viskoelastische Eigenschaften in der Lage, Energie zu dissipieren. Meist werden sie passiv in Dämpfungselementen eingesetzt.

Dieses CD-Labor erforscht innovative Ansätze für einstellbare/aktive Dämpfungselemente aus Elastomeren zum Schutz von Fahrzeugen, Gebäuden oder Maschinen vor Beschädigung durch Stöße oder Vibrationen. Ausgangspunkt sind weiche Materialien wie Elastomere, die sich durch ihre inhärenten Dämpfungseigenschaften auszeichnen. Diese werden charakterisiert und modifiziert und auf dieser Basis Dämpfungsstrukturen mit integrierten Sensoren entwickelt.

Unerwünschte Vibrationen und Stöße gefährden Fahrzeuge, Gebäude oder Maschinen, indem sie zu deren Beschädigung oder gar Zerstörung führen können. Daher will man unerwünschte Bewegungen jeglicher Frequenz und Amplitude durch entsprechende Dämpfung reduzieren. Weiche Materialien, besonders Elastomere, d.h. elastisch und reversibel verformbare Kunststoffe, sind prädestiniert für die Vibrationsunterdrückung oder Stoßdämpfung. Ziel dieses CD-Labors ist es, geeignete Dämpfungsmaterialien zu verbessern und für additive Herstellungsprozesse – z.B. 3D-Druck – zugänglich zu machen. So sollen durch sorgfältige Materialauswahl, -kombination und -bearbeitung maßgeschneiderte, vielseitig einsetzbare Strukturen zur Vibrationsreduktion und Stoßdämpfung geschaffen werden. Weiters wird die Relevanz von Steifigkeitsgradienten, d.h. der Veränderung der Steifigkeit entlang einer Dämpfungsstruktur, sowie Mehrschichtverbundstrukturen aus harten und weichen Schichten erforscht. Ein besonderer Fokus liegt darauf zu erforschen, wie viel Energie an den Kontaktflächen zwischen den einzelnen Schichten – d.h. zwischen Werkstoff und Isolation bzw. zwischen den einzelnen Schichten einer Mehrschichtverbundstruktur – abgeleitet werden kann.

Die große Herausforderung ist, mit diesen per se passiven Materialien Dämpfungselemente herzustellen, bei denen sich die Stärke der Dämpfung einstellen lässt. Hierzu werden Füllstoffe eingebracht und durch externe Stimuli Steifigkeiten geändert.

Neben den Dämpfungselementen selbst, werden auch weiche Sensoren entwickelt, die sich mit dem Element mitverformen können, ohne in ihrer Funktionalität beeinträchtigt zu werden.

Das Ziel ist, einerseits von der Haut inspirierte, großflächige Isolationen herstellen zu können, die auf beliebig geformte Objekte aufgebracht werden und dort Vibrationen unterdrücken können. Andererseits sollen Kokon-artige Strukturen mit Steifigkeitsgradienten, die extreme Stöße absorbieren können und gleichzeitig eine hohe Bruchzähigkeit aufweisen, zugänglich gemacht werden. Um diese Zielstrukturen entwickeln zu können, kombiniert das CD-Labor Grundlagenforschung aus den Bereichen „Soft Matter Physics“ und „Polymer Product Engineering“ und liefert somit die Grundlage für neuartige, weiche Strukturen zur Vibrationsisolation und Stoßdämpfung.