Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines Methodenbaukastens zur ganzheitlichen akustischen Simulation von

baumaschinen- und fördertechnischen Systemen.

Das Erreichen der bestehenden sowie der im Rahmen der Aktualisierung der Outdoor Noise Richtlinie 2000/14/EG zu erwartenden verschärften Grenzwerte sind eine große Herausforderung insbesondere für die KMUs der Baumaschinen- und Fördertechnikbranche.

Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer methodischen Vorgehensweise zur zuverlässigen Abschätzung der Gesamtschallemission einer komplexen Maschine bereits während der Entwicklungsphase und zur Bewertung von Maßnahmen zur Lärmminimierung. Dabei findet die direkte Luftschallemission der Aggregate und Komponenten als Primär- in gleicher Weise Berücksichtigung, wie der Strukturkörperschall als Sekundärquelle. Als Lösungsansatz wird die Simulation des Luftschalls auf Basis der Raytracing-Methode angestrebt. Damit entsteht unter Einbeziehung der Ergebnisse der vorangegangenen IGF-Projekte ein vollständiger Methodenbaukasten.

Dieser Methodenbaukasten ist maschinentypunabhängig einsetzbar. Der vorgesehene Rückgriff auf einen Open-Source-Rechenkern sowie die Bereitstellung geeigneter Schnittstellen für das Pre- und Postprocessing mit Standardtools und spezifischer Bibliotheken sichert die Anwendbarkeit, insb. für die KMUs der Branche. Durch die im zu erarbeitenden Leitfaden gegebenen systematischen und praxisorientierten Hinweise zur Anwendung werden die entwickelnden Ingenieure erstmals in die Lage versetzt, in einer frühen Entwicklungsphase ein vollständiges, virtuelles, akustisches Maschinenmodell zu generieren und aus akustischer Sicht geeignete Komponenten, Materialien und konstruktive Lösungsansätze zur gezielten Beeinflussung der Luftschallausbreitung auszuwählen. Auf diesem Weg werden Iterationsschleifen im Vergleich zu den heutigen, insbesondere bei den KMUs empirisch geprägten Ansätzen reduziert und Entwicklungskosten gesenkt. Insb. die KMUs der Branchen werden so unterstützt, zukünftig Maschinen in den Markt zu bringen, die den steigenden akustischen Anforderungen gerecht werden.

Ergebniszusammenfassung:

Ergebnis des Vorhabens ist eine methodische Vorgehensweise auf Basis der Geometrischen Akustik, die es den Herstellern, insbesondere KMUs der Baumaschinenindustrie ermöglicht, die Gesamtschallemission einer komplexen Maschine bereits während der Entwicklungsphase zuverlässig abzuschätzen und Maßnahmen zur Lärmminderung zu bewerten.

Dazu wurde ein vollständiger Methodenbaukasten aufgestellt und in Form eines Programmsystems auf Basis von Matlab implementiert. Der Quellcode wurde vollständig und systematisch kommentiert zur Verfügung gestellt.

Zur effizienten Anwendung entstand ein Leitfaden zur Anwendung der Methoden sowie eine Bibliotheksstruktur zur Auswahl und Parametrierung typischer Schallquellen und geeigneter akustischer Dämmmaterialien.

Dieser Leitfaden arbeitet weiterhin die akustischen Grundlagen branchenspezifisch unter Einbezug des Wissens des typischen Anwenders (Entwicklungsingenieur Maschinenbau) auf, um insbesondere für KMUs die Anwendung im eigenen Haus oder als externe Dienstleistung ohne eigene Akustikfachabteilung zu ermöglichen.

Zum Befüllen der Bibliothek wurden beigestellte Schallemitter vermessen und hinsichtlich der akustischen Richtungswirkung bewertet. Die Ergebnisse stehen als Spektren zur Verfügung.

Eine Verifikation wurde zunächst anhand von einfachen Demonstratoren durchgeführt, da diese einen Abgleich einzelner Effekte erlauben.

Final wurde mittels eines vollständigen Demonstrators ein vollständiger Bagger-Oberwagen hinsichtlich der akustischen Emissionen vermessen und mit den entsprechenden Simulationsergebnissen verglichen. Dieses auch im Leitfaden und Schlussbericht gut dokumentierte Beispiel ermöglicht eine differenzierte Einschätzung der zu erwartenden Simulationsgenauigkeit bei verschiedenen Modellierungsstrategien und gibt gleichzeitig einen guten Einblick in die verschiedenen akustischen Effekte, auf die bei einer typischen Baumaschine geachtet werden muss.