EU erzwingt leisere Werkzeugmaschinen

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Institut für Werkzeugmaschinen Universität Stuttgart

Die mit den rechtlichen und tarifvertraglichen Bedingungen entstehenden finanziellen Zusatzbelastungen für Maschinenbetreiber schallintensiver Anlagen sind Anreiz, mit zunehmender Priorität lärmarme Produktionseinrichtungen auszuwählen und zu beschaffen. Neben zahlreichen Qualitätskriterien werden Anwender sich zukünftig mit zunehmendem Augenmerk für die schallgeminderte Variante entscheiden.

Maschinenhersteller müssen leisere Maschinen konstruieren

Demnach sind vom Maschinenhersteller konstruktive Maßnahmen einzuleiten, um die Schallemission der Anlagen und Maschinen zu reduzieren. Die Umsetzung konstruktiver Lösungen verlangt zunächst Kenntnisse über schallemittierende Maschinenkomponenten.

In klassischen Werkzeugmaschinen gibt es zwei Arten der Geräuschentstehung — die direkte, strömungsmechanische, und die indirekte, mechanische Geräuschentstehung. Numerische Verfahren werden in der Maschinenakustik sowohl für die Berechnung von Körperschall- als auch von Luftschallfeldern verwendet.

Simulation ermittelt Geräusch-Abstrahlverhalten von Maschinenkomponenten

Die simulative Ermittlung des Abstrahlverhaltens von Maschinenkomponenten aufgrund indirekter, mechanischer Geräuschquellen beruht auf einer strukturdiskretisierenden Modellierung der Maschinenstruktur mit der FEM (Finite Element Method) und der BEM (Boundary Element Method). Ausgangspunkt für die Untersuchungen des Abstrahlverhaltens ist ein FE-Modell, das in einem Pre-Processor zur Diskretisierung aufbereitet wird.

Mit diesem Modell ist es in der Regel zunächst notwendig, die Modalparameter sowie die Schwingschnelle auf der Oberfläche der schallabstrahlenden Struktur zu ermittelt. Die ermittelten Kennwerte dienen im Weiteren als Anfangs- und Randwerte zur numerischen Bestimmung der Schallfeld bestimmenden Größen wie beispielsweise Abstrahlgrad, Schalldruck und Schallschnelle mit der BEM.

Ein bedeutender Vorteil der BEM ist dabei die Tatsache, dass nur die Oberfläche der betrachteten Struktur zu diskretisieren ist und nicht deren Volumen, was zu zügigen Lösungen mit ausreichender Genauigkeit führt. Die indirekte Geräuschentstehung einer Maschinenstruktur ist im Wesentlichen abhängig von ihren Geometrie- und Masseneigenschaften, Einspannungsbedingungen und Dämpfungseigenschaften.

Aeroakustische Simulation deckt Schallquellen auf

Ausgangspunkt der aeroakustischen Simulation ist die Simulation der Aerodynamik. Aus einer vollständigen CFD-Lösung (Computational fluid dynamics) können die aeroakustischen Quellen gewonnen werden. Bild 1 (siehe Bildergalerie) zeigt die Absolutdruckverteilung in einem Werkzeug-Absaughauben-System.

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