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.

ANZEIGE

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:

Brauchen Firmen noch ein Manufacturing Execution System, wenn sie ihre Maschinen und Anlagen im Sinne eines Industrial Internet of Things vernetzt haben? Auf den zweiten Blick wird klar: Ja, denn um aus Daten Information zu machen, braucht es Spezial-Software. Veteranen könnte dieser Diskurs an die 90er Jahre erinnern, als Business Intelligence-Systeme ihren Siegeszug feierten.‣ weiterlesen

Beim Mittelstand-Digital Zentrum Klima.Neutral.Digital sollen Unternehmen Hilfestellung auf dem Weg zur Klimaneutralität erhalten. Unternehmen erhalten dort neben Informationen auch Unterstützung bei konkreten Projekten.‣ weiterlesen

Trotz der aktuellen Krisen rechnet das Institut für Arbeitsmarkt- und Berufsforschung in seiner Prognose nicht mit einem Einbruch am Arbeitsmarkt. Für die Industrie prognostizieren die Forscher jedoch stagnierende Zahlen.‣ weiterlesen

Eine gemeinsame Lösung für sicherheitsorientierte Unternehmen und Behörden ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen Mendix und Stackit. Mendix Low-Code-Anwendungen können so auf der souveränen Stackit-Cloud betrieben werden.‣ weiterlesen

Effizienz und Cybersicherheit sind zwei wichtige Aspekte in der Softwareentwicklung. GitOps ist ein Ansatz, um beides zu verbessern. Zugleich wird die Handlungsfähigkeit von Entwicklungsteams gesteigert.‣ weiterlesen

Mit 84,3 Punkten ist der Ifo-Geschäftsklimaindex auf den tiefsten Stand seit Mai 2020 gefallen. Dabei betraf der Rückgang alle Wirtschaftsbereiche.‣ weiterlesen

Vom 18. bis zum 19 Oktober findet die In.Stand in Stuttgart statt. Fokusthemen der Fachmesse für Instandhaltung und Services sind in diesem Jahr Nachhaltigkeit und Sicherheit.‣ weiterlesen

Das DFKI und das Fraunhofer IML untersuchen in einem Forschungsprojekt, wie künstliche Intelligenz bei der Vergabe von Lehrstühlen und Institutsleitungen unterstützen kann. In der Folge soll ein Portal für Bewerber-Profile entstehen.‣ weiterlesen

Nachhaltigkeit wird oft von den Beteiligten eines Wertschöpfungsnetzwerkes erwartet - und sie kann sich als gewinn- und kostenrelevant darstellen. Um jene Unternehmen zu diesem Wandel zu befähigen, die über begrenzte Ressourcen verfügen, können diese Firmen Ökosysteme etwa mit Zulieferern, Vertragspartnern und Technik-Dienstleistern aufbauen, um kreative Lösungen zu erarbeiten.‣ weiterlesen

Motiviert von der Aussicht auf Effizienz im Produktionsprozess und damit verbundenen Kosten- sowie Wettbewerbsvorteilen, setzen immer mehr Unternehmen auf Technologien wie etwa Sensorik oder künstliche Intelligenz. Und oft fällt das Schlagwort ’Green Manufacturing’. Dabei schauen viele nur auf den unmittelbaren ökologischen und ökonomischen Nutzen. Was oft fehlt, ist die Berechnung der Gesamtbilanz dieser Digitalisierungsmaßnahmen und der Weitblick in Sachen Nachhaltigkeit.‣ weiterlesen

Auf dem Anwenderforum ’Einsatz mobiler Lösungen’ können sich Interessierte vom 8. bis zum 9. November über den Einsatz Technologien wie etwa KI und Augmented Reality in der Instandhaltung austauschen.‣ weiterlesen