Anzeige
Anzeige
Anzeige
Beitrag drucken

Schall-Analyse in der Produktentwicklung

Zum guten Ton

Klang, Lärm oder Vibration: Wenn Produkte hör- oder spürbar werden, sind Entwickler gefragt, das Phänomen einzugrenzen, zu verstehen und zu optimieren. Auch Simulationstechnologien können dann einen wichtigen Beitrag leisten, um frühzeitig eventuelle 'Schwachstellen' zu erkennen und zu beseitigen.

Bild: MAN Diesel & Turbo SE

Schall begegnet uns in unterschiedlichen Formen und erreicht uns auf verschiedenen Wegen. Mal entsteht er als Strömungsgeräusch durch Wirbelablösung und Turbulenz, als sogenannte Aero- oder Hydroakustik, mal durch Vibration von Körpern, der sogenannten Vibroakustik. Der Schall breitet sich zum Beispiel in Gebäuden oder Fahrzeugen zunächst als Körperschall aus, bevor er von den Oberflächen in das umgebende Medium abgestrahlt wird. Durch die Kombination dieser Erscheinungsformen wurde der Begriff Noise, Vibration and Harshness (NVH) geprägt. Meist erreicht uns der Schall jedoch durch die Luft als Luftschall. Auf beiden Wegen hat der Ingenieur die Möglichkeit, die Schallwellen zum einen zu detektieren, zum anderen auch, sie zu beeinflussen oder zu dämpfen.

So kann auf dem Prüfstand die Vibration durch Beschleunigungsaufnehmer gemessen und, möglichst in einem reflexionsarmen Raum, der Schalldruck über Mikrofone aufgezeichnet werden. Um Aussagen über Herkunft, Verteilung und Schallleistung zu treffen, muss dabei mit einer hohen Anzahl von Mikrofonen und speziellen Auswerteverfahren gearbeitet werden. Akustische Messungen zur Bestimmung des Schalldrucks und Schallleistungspegels erfordern daher in der Produktentwicklung oft hohen Zeit- und Kostenaufwand. Mit Hilfe einer Simulation können Anwender schnell tiefe Einblicke in das akustische Feld erhalten, die mit traditionellen Messungen – wenn überhaupt – nur mit erheblichem Aufwand erzielt werden können.

Fast alle Disziplinen der Physik

Die große Bandbreite möglicher Aufgabenstellungen in der Akustik erstreckt sich über fast alle physikalischen Disziplinen. Eine Herausforderung, der beispielsweise mit der Ansys Workbench-Umgebung begegnet werden kann. Etwa im Instrumentenbau: Der Klang eines klassischen Musikinstrumentes basiert auf Resonanzen von Struktur und Luftvolumina, die gut aufeinander abgestimmt sein wollen. Eine Kombination aus modaler und harmonischer Analyse in dem Tool ‚Mechanical‘ ermöglicht dem Instrumentenbauer, sich bei gleichem Klang von klassischen Instrumentenformen zu lösen oder bekannte Formen weiterzuentwickeln. Ein Hörgerät arbeitet meist mit sehr dünnen Kanälen, die den Schall in das Ohr transportieren. Die viskothermischen Verluste in diesen Kanälen können durch Simulation bestimmt und optimiert werden. Die Lärmentwicklung an einem PKW-Außenspiegel aufgrund der Umströmung lässt sich mit Hilfe von ‚Ansys CFD‘ analysieren.

Dabei werden die akustischen Quellen mit Hilfe von Large Eddy Simulation-Turbulenzmodellen (LES) bestimmt. Bei einem Elektromotor führt die Anregung durch elektromagnetische Kräfte zur Strukturvibration und schließlich zur Schallemission. Nachdem die elektromagnetischen Kräfte in dem Tool ‚Maxwell‘ ermittelt wurden, werden diese in ‚Mechanical‘ auf die Struktur aufgeprägt und anschließend in die akustische Ausbreitungsrechnung übertragen. Der Prozess bildet den gesamten Weg von der elektronischen Ansteuerung bis hin zum Schallleistungspegel ab und bietet die Möglichkeit, diesen gezielt zu reduzieren. Erwünscht ist dagegen die Schallerzeugung in einem Lautsprecher. Das Zusammenspiel von elektromagnetischem Treiber, Membran, Gehäuse und Dämmmaterial kann ebenfalls durch die Simulation analysiert und verbessert werden. Zusätzlich lässt sich die Software ‚Optislang‘ zur parametrischen Sensitivitätsanalyse und multidisziplinären Optimierung nutzen.


Das könnte Sie auch interessieren:

Zum 30. Juni nächsten Jahres wird Finanzvorstand Harald Fuchs das Softwareunternehmen PSI verlassen.‣ weiterlesen

Der Technologieanbieter Abbyy hat kürzlich NeoML vorgestellt, eine Open-Source-Bibliothek für die Erstellung, das Trainieren und die Bereitstellung von Machine-Learning-Modellen.‣ weiterlesen

Gerade in einer wirtschaftlichen Flaute sollten Unternehmen ihre Position sichern, stärken, neue Angebote entwickeln und bestehende verbessern. Eine gute Datenbasis sorgt dafür, das die Geschäftsprozesse reibungsarm ablaufen und Manager gute Entscheidungen treffen. Doch wie misst man die Güte der Systemdaten?‣ weiterlesen

Im Rahmen einer Partnerschaft wollen Kuka und T-Systems Lösungen für mittelständische Fertigungsunternehmen zur Verfügung stellen.‣ weiterlesen

Schichtübergaben sind je nach Arbeitszeitmodell unvermeidbar und finden meist sogar mehrmals am Tag statt.‣ weiterlesen

Die Werkerführung Schlauer Klaus ist jetzt mit einem Laser erhältlich, der u.a. Bohrlöcher und Montagepunkte auf dem Werkstück anzeigt. Auch kompliziertere Handgriffe sollen in der Montage so schnell und fehlerfrei unterstützt werden.‣ weiterlesen

Rockwell Automation und PTC haben angekündigt, die gemeinsame Anwendung FactoryTalk InnovationSuite powered by PTC erweitert zu haben.‣ weiterlesen

RB Solutions nutzt schon seit Jahren die ERP-Lösung AP-plus zur Planung und Steuerung der Geschäftsprozesse. Um das System in Zeiten der Corona-Krise zu aktualisieren, verlagerten der Maschinen- und Anlagenbauer und sein IT-Dienstleister N+P Informationssysteme die Zusammenarbeit in die virtuelle Welt - mit Erfolg.‣ weiterlesen

Die Mait-Gruppe übernimmt das baden-württembergische IT-Systemhaus IT-On.NET Süd. Mit dem Erwerb will die Unternehmensgruppe ihr IT-Geschäftsfeld ausbauen.‣ weiterlesen

Adlink Technology bringt die Roscube-X-Serie in Position. Die Echtzeit-ROS-2-Robotik-Steuerung wird durch das Modul Nvidia Jetson AGX Xavier angetrieben. Darin sind eine Volta-GPU von Nvidia verbaut, zwei Deep Learning-Beschleuniger und verschiedene Schnittstellen.‣ weiterlesen

Die Simulation von roboterbasierten Anlagen und Prozessen hilft nicht nur in der Planungsphase. Auch bei der Inbetriebnahme lassen sich böse Überraschungen vermeiden. Daher bietet Roboterhersteller Yaskawa für seine Motoman-Systeme leistungsfähige Simulationstools und Offlineprogrammierung.‣ weiterlesen

Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige