EU erzwingt leisere Werkzeugmaschinen

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Institut für Werkzeugmaschinen Universität Stuttgart

Mit der CFD-Lösung lassen sich auf Basis berechneter Druckschwankungen die Randbedingungen für die Bestimmung des Schalls im Fernfeld ermitteln. Sind die akustischen Quellen bekannt, ist als zweites die Schallausbreitung von der Quelle zum Beobachter zu berechnen. Gegenwärtig sind weitestgehend Hybridverfahren im Einsatz, die die Berechnung des abgestrahlten Schalls mit einem instationären CFD-Verfahren und anschließender Anwendung der Lighthill-Analogie integrieren. Dies umfasst sowohl die aerodynamische Schallerzeugung als auch die Wechselwirkung zwischen Strömungs- und Schallfeld.

Simulation analysiert strömungserzeugtes Schallfeld und Wechselwirkungen

Die Simulation des strömungserzeugten Schallfeldes und der Wechselwirkung von Schallfeldern mit Strömungen wird als Computational Aeroacoustics (CAA) bezeichnet. Das Feld der CAA kann prinzipiell als ein Bereich zwischen der CFD und der klassischen Akustik definiert werden.

Die Genauigkeit, im Vergleich zu bereits weit verbreiteten Simulationstools zu Festigkeits- und Steifigkeitsberechnungen mit der FEM, genügt bei den einfacheren Verfahren oft nur sehr geringen Anforderungen. Um systematisch Konstruktionsparameter zu optimieren, ist es üblich, akustische Messungen an Prototypen durchzuführen.

Akustisches Verhalten schon beim Rapid Prototyping untersuchen

Um den zeitlichen Vorzügen des Rapid Prototyping gerecht zu werden, sind zeitnah Konstruktionsvarianten auf ihr akustisches Verhalten zu untersuchen, dessen Erkenntnisse in den iterativen Optimierungsprozess eingehen. Neue praxistaugliche Möglichkeiten liegen dabei in der messtechnischen Lokalisation schalltechnisch dominanter Maschinenbaugruppen mit Mikrofonarrays.

Besonders bei der akustischen Untersuchung komplexer Objekte tritt das Problem auf, dass herkömmliche Messverfahren nur unbefriedigende Ergebnisse liefern, wenn es darum geht, Schallquellen zu orten. Die gleichzeitige Messung mit einer großen Anzahl von Mikrofonen ermöglicht es, Schallquellen innerhalb kurzer Zeit zu lokalisieren und voneinander zu trennen. Die Vorstellung, Schallfelder sichtbar zu machen und für die Entwicklung lärmarmer Konstruktionsvarianten von schallabstrahlenden Maschinenkomponenten zu verwenden, hat dabei zu immer fortschrittlicheren Analysetechniken geführt.

Verschiedene Messmethoden können angewandt werden

Abhängig von der Aufgabenstellung, den gewünschten Messparametern und dem Frequenzbereich kann der Anwender aus verschiedenen Methoden auswählen. Heutzutage haben sich besonders die Akustische Nahfeldholografie (NAH) und das Beamforming als praxistauglich erwiesen. Untersuchungen mit der Holographie sind vorrangig für das akustische Nahfeld kleinerer Objekte oder Objektausschnitte wie Elektrowerkzeuge konzipiert. Der Mikrofonabstand muss dabei kleiner als die halbe Wellenlänge sein, was den Einsatz im höheren Frequenzbereich aufwändiger macht [5].

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