Angert Praktische Maschinenakustik

1. Auflage 2005
ISBN: 978-3-540-30975-8
Verlag: Springer-Verlag
Format: PDF
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)

E-Book, Deutsch, 365 Seiten

Praktische Probleme der Maschinenakustik sind komplex. Aus diesem Grund wird im vorliegenden Buch vorrangig die indirekte Kette der Schallabstrahlung behandelt. Es werden Berechnungsgleichungen, akustische Messverfahren und konstruktive Maßnahmen zur Reduzierung der indirekten Abstrahlung von Geräuschen vorgestellt. Ausgehend von den im Inneren einer Maschine wirkenden dynamischen Kräften werden die Anregung von Körperschall und dessen Abstrahlung von der Oberfläche der Maschine behandelt.

Professor Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Franz Kollmann war nach Studium des Maschinenbaus und Promotion in München mehrere Jahre verantwortlich in der Industrie tätig. Nach Berufung als ordentlicher Professor für Maschinenelemente an der Technischen Universität Braunschweig wurde er ordentlicher Professor für Maschinenelemente und Maschinenakustik an der Technischen Universität Darmstadt sowie Gastprofessor an der Cornell University, Ithaca, USA. Seit 1991 ist Prof. ProfessorKollmann ordentliches Mitglied der Akademie der Wissenschaften und der Literatur in Mainz. Professor Dr.-Ing. Roland Angert hat Allgemeinen Maschinenbau an der TU Darmstadt studiert und dort promoviert. Nach mehrjähriger Industrietätigkeit ist Dr. Angert Professor im Fachbereich Maschinenbau an der Fachhochschule Darmstadt. Dr.-Ing. Thomas F. Schösser studierte Allgemeinen Maschinenbau an der TU Darmstadt und promovierte dort. Er ist Gründer und Inhaber der Firma TFS Technische Akustik. Seit dem Jahr 2000 ist Dr. Schösser an der Technischen Akademie Esslingen als Referent tätig.

Autoren/Hrsg.

Angert, Roland

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;5
2;Inhaltsverzeichnis;7
3;1 Grundlegende maschinenakustische Begriffe;11
3.1;1.1 Allgemeines;11
3.2;1.2 Direkte und indirekte Schallabstrahlung;13
3.3;1.3 Pegelrechnung;14
3.4;1.5 Admittanz und Impedanz;22
3.5;1.6 Berechnungen mit komplexen Zahlen;24
3.6;1.7 Effektivwerte;27
4;2 Frequenzanalyse von Zeitsignalen;31
4.1;2.1 Frequenzanalyse harmonischer Zeitsignale;31
4.2;2.2 Fourier-Reihen periodischer Zeitsignale;33
4.3;2.3 Fourier-Transformation;37
4.4;2.4 Diskrete Fourier-Transformation;41
4.5;2.5 Eigenschaften der Fourier-Transformation;43
5;3 Dämpfung von Körperschall;47
5.1;3.1 Physikalische Dämpfungsmechanismen;47
5.2;3.2 Das Kelvin-Voigt-Modell;50
5.3;3.3 Dämpfende Beläge;56
6;4 Das Körperschallverhalten einfacher Strukturen;65
6.1;4.1 Der Einmasseschwinger;66
6.2;4.2 Biegeschwingungen von Rechteckplatten;75
6.3;4.3 Das Körperschallmaß;89
6.4;4.4 Abschätzverfahren für das Körperschallmaß;93
6.5;4.5 Auswirkung von Rippen auf das Körperschallmaß;104
7;5 Abstrahlung von Luftschallwellen;109
7.1;5.1 Luftschallwellen;109
7.2;5.2 Der Abstrahlgrad;110
7.3;5.3 Der Kugelstrahler;112
7.4;5.4 Die Kolbenmembran;115
7.5;5.5 Die Abstrahlung rechteckiger Platten;117
8;6 Abkopplung von Körperschall;133
8.1;6.1 Maschinendynamisches Modell der Abkopplung;134
8.2;6.2 Maschinenakustisches Modell der Abkopplung;135
9;7 Maschinenakustische Grundgleichung;141
10;8 Finite Elemente für die Berechnung von Körperschallfeldern;145
10.1;8.1 Grundlagen der Finiten Elemente;145
10.2;8.2 Das Verfahren der Numerischen Modalanalyse;155
10.3;8.3 Ein Beispiel für eine FEM-Berechnung;160
11;9 Numerische Berechnung abgestrahlter Luftschallfelder;163
11.1;9.1 Grundlagen des äußeren Abstrahlproblems;163
11.2;9.2 Akustische Finite Elemente Methode für endliche Außengebiete;166
11.3;9.3 Infinite ellipsoidale Elemente nach Burnett;169
11.4;9.4 Randelemente;178
11.5;9.5 Vergleich von Methoden zur Berechnung von Abstrahlproblemen;184
12;10 Grundlagen der maschinenakustischen Meßtechnik;189
12.1;10.1 Zielsetzungen maschinenakustischer Messungen;189
12.2;10.2 Maschinenakustisch relevante Meßgrößen;189
12.3;10.3 Die allgemeine maschinenakustische Meßkette;192
12.4;10.4 Sensoren;193
12.5;10.5 Meßdatenerfassung;224
12.6;10.6 Fehlerursachen maschinenakustischer Messungen;248
13;11 Meß- und Auswerteverfahren;251
13.1;11.1 Schwingungsanregung technischer Strukturen;253
13.2;11.2 Geräte für die Schwingungsanregung;259
13.3;11.3 Ordnungsanalyse;268
13.4;11.4 Experimentelle Modalanalyse;278
13.5;11.5 Betriebsschwingformanalyse;296
13.6;11.6 Meßmethoden für die Luftschalleistung;298
14;12 Methoden für die Entwicklung lärmarmer Maschinen;317
14.1;12.1 Einführung;317
14.2;12.2 Anforderungen an konstruktive Maßnahmen zur Lärmminderung;318
14.3;12.3 Werkzeuge für die Entwicklung lärmarmer Maschinen;319
14.4;12.4 Methodisches Vorgehen beim Ableiten und Umsetzen von Maßnahmen zur Lärmminderung;323
14.5;12.5 Allgemeine Maßnahmen für die Lärmminderung von Maschinen;327
14.6;12.6 Regeln für die Minderung von Schall;329
15;13 Ableitung von Maßnahmen zur Minderung von Geräuschen;337
15.1;13.1 Anforderungen an konstruktive Maßnahmen;338
15.2;zur Minderung von Geräuschen;338
15.3;13.2 Schallentstehungskette;339
15.4;13.3 Reduktion der Schallanregung;340
15.5;13.4 Reduktion der Schallübertragung;345
15.6;13.5 Reduktion der Schallabstrahlung;348
15.7;13.6 Ein einfaches, systematisches Beispiel;348
15.8;13.7 Typische Anregungs- und Resonanzfrequenzen;359
16;Literatur;363
17;Sachverzeichnis;367

Leseproben

11 Meß- und Auswerteverfahren (S. 241-242)
Zielsetzung und Inhalt dieses Kapitels:
– Systematische Einordnung von Meß- und Auswerteverfahren
– Schwingungsanregung technischer Strukturen (Abschn. 11.1)
– Geräte für die Anregung von Schwingungen (Abschn. 11.2)
– Ordnungsanalyse (Abschn. 11.3) ,
– Experimentelle Modalanalyse (Abschn. 11.4)
– Betriebsschwingformanalyse (Abschn. 11.5)
– Methoden für die Messung der Luftschalleistung (Abschn. 11.6)
In den vergangenen Jahren sind die akustischen und schwingungstechnischen Anforderungen an Maschinen und Fahrzeuge kontinuierlich gestiegen. Dies steht einerseits in Zusammenhang mit gesetzlichen Vorgaben sowie der erhöhten Erwartungshaltung der Kunden. Andererseits werden die meisten Komponenten aktueller Produkte bereits hinsichtlich ihrer akustischen Eigenschaften optimiert. Die Beseitigung einer bisher dominanten Geräuschquelle läßt häufig andere, bisher weniger relevante Geräuschquellen in denVordergrund rücken. Hieraus resultieren neue Aufgabenstellungen mit erhöhten Anforderungen. Diese Anforderungen können nur unter Einsatz aktueller Meß- und Auswertungsverfahren erfüllt werden.
Der Markt bietet eine recht unübersichtliche Vielfalt an experimentellen Werkzeugen (Meßsysteme und Softwarepakete) an. Eine nicht zu unterschätzende Aufgabe des Akustikingenieurs besteht deshalb darin, eine problemangepaßte Meß- und Auswertungsstrategie zu formulieren sowie geeignete experimentelle Werkzeuge auszuwählen, mit denen eine schnelle, zuverlässige und kostengünstige Lösung der Aufgabenstellung erreicht werden kann.
Die Meß- und Auswertungsverfahren lassen sich nach unterschiedlichen Kriterien ordnen:
Anregung / Körperschall / Luftschall
Entsprechend der Maschinenakustischen Grundgleichung besteht die Schallentstehungskette aus den Gliedern Anregung, Körperschallfeld, Luftschallfeld.
– Die im Betriebszustand wirkenden Anregungskräfte lassen sich an einer Maschine kaum messen, weil die Anregung selten an de.nierten, gut zugänglichen Stellen erfolgt, in die Sensoren eingebaut werden könnten. Häu.g erfolgt die Anregung über größere Kontakt.ächen oder mehrere Verbindungselemente, so daß keine de.nierten Kräfte und Momente, sondern meßtechnisch nicht direkt zugängliche Flächenlasten wirksam sind. Auch bei Zugänglichkeit der realen Anregungsstellen verändert der Einbau von Sensoren in der Regel die Struktureigenschaften des Untersuchungsobjekts. Eine Ausnahme bilden die in Abschn. 10.4.3 beschriebenen Dehnungsmeßstreifen (DMS), wobei die Anregungskräfte indirekt durch das Messen von Dehnungen erfaßt werden können. Häufig angewendet wird die Kraftmessung bei Fremderregung von Untersuchungsobjekten. Hierbei werden Anregungskräfte an de.nierten Anregungsorten und Richtungen in die Struktur eingeleitet und meßtechnisch erfaßt.
– Wie in Kap. 13 erläutert, stellt ein Eingriff in das Körperschallverhalten einer Maschine meistens die ef.zienteste Maßnahme zur Lärmminderung dar. Deshalb werden von der Mehrheit der Meß- undAnalyseverfahrenKörperschallmeßgrößen verarbeitet. Vereinfacht ausgedrückt besteht das Ziel dieser Meß- und Auswertungsverfahren darin, dem Anwender aufzuzeigen, in welchen Betriebs- oder Anregungszuständen auf welchen Strukturbereichen hohe Körperschallamplituden auftreten. Diese Ergebnisse erlauben Rückschlüsse auf die Ursache des Problems bzw. eine Beurteilung der maschinenakustischen Qualität / Eigenschaft des Untersuchungsobjekts.
– Die Messung und Auswertung von Luftschallfeldgrößen ist deshalb wichtig, weil sie häu.g das relevante Beurteilungskriterium für die akustische Qualität des Untersuchungsobjekts darstellen. Zu beachten ist, daß die Messung des örtlichen Schalldruckes stark von den Umgebungseigenschaften der untersuchten Struktur abhängt und praktisch nur unter de.nierten Raumeigenschaften sinnvoll ist. Eine objektive, von den Raumeigenschaften weitgehend unabhängige Meßgröße ist die von einer Maschine abgestrahlte, aktive Schalleistung. Sie kann durch Schallintensitätsmessungen ohne besondere Anforderung an den Meßraum erfaßt werden.Auch erlaubt die Schallintensitätsanalyse Rückschlüsse auf die lokaleAbstrahleigenschaft des Untersuchungsobjekts und auf die Körperschallverteilung. Die Schallintensitätsmeßtechnik kann für die Identi.kation dominanter (Teil-) Schallquellen genutzt werden.