Entwicklung neuartiger Simulationsverfahren und Lagersysteme auf PUR‑Basis zur Dämmung von akustischen Störsignalen und Unterwasserschall durch Großkomponenten sowie einer Prüfmethode zur Auslegung akustisch hoch anspruchsvoller, elastischer Lagerelemente
Projektleiter THU: Prof. Dr.-Ing. Jochen Neher
Projektpartner: DW-Shipconsult GmbH
Projektlaufzeit: 15.11.2021 - 14.11.2023
Mittelgeber: Bund – BMWi
Programmname: ZIM
Projektbeschreibung:
Im vorliegenden Kooperationsprojekt werden Simulationsmodelle für hochbelastete Lagerungen schwerer Maschinen entwickelt, die die valide Auslegung elastischer Lagerelemente hinsichtlich ihrer akustischen Wirksamkeit unter verschiedenen Belastungsszenarien ermöglichen. Aufbauend auf den Simulationsmodellen zielt das Projekt auf die Entwicklung von Lagerelementen mit einer verbesserten akustischen Wirksamkeit im Vergleich zu klassischen Naturkautschuk Materialien. Die akustischen Eigenschaften von Probekörpern sollen an einem neu entwickelten Prüfstand experimentell nachgewiesen werden.
Entwicklung eines Verfahrens zur Schallabstrahlungsberechnung auf Basis von Mehrkörpersimulationen
Projektleiter THU: Prof. Dr.-Ing. Bernd Graf
Projektpartner: FunctionBay GmbH
Projektlaufzeit: 01.03.2020 - 28.02.2022
Mittelgeber: Bund – BMWi
Programmname: ZIM
Projektbeschreibung:
Für die effiziente Entwicklung von von Maschinen- und Fahrzeugkomponenten, wie z.B. Getriebe, ist die Berechnung der zu erwartenden Geräuschentwicklung unerlässlich. Schwingungen von nichtlinearen Bauteilen oder instationäre Betriebszustände werden überwiegend mit Mehrkörpersimulationsprogrammen (MKS) im Zeitbereich simuliert, während die Schallberechnung mit separater Software im Frequenzbereich berechnet wird. Um Transformationsfehler zu vermeiden, wird deshalb eine Cosimulationssoftware für das MKS-Programm RecurDyn entwickelt, für eine resourceneffizientere Schallberechnung direkt im Zeitbereich. Durch Applikation der Boundary-Element-Mothode kann die Anzahl an zu berücksichtigenden Freiheitsgraden extrem reduziert, der Luftschall parallelisiert zur Struktursimulation berechnet und nach jedem Simulationszeitschritt direkt analysiert werden.
Neben numerischen Nachweisen über die Stabilität, Effizienz und Genauigkeit des Verfahrens erfolgt eine Evaluierung mit Hilfe von Schallmessungen an Getriebegehäusen.
Untersuchungen zur Schallleistungsbestimmung an Fahrzeug-Schaltgetrieben
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Bernd Wender
Projektlaufzeit: 10.05.2016 - 09.05.2023
Projektart: Promotion
Projektbeschreibung:
Die Untersuchung des akustischen Verhaltens von Fahrzeuggetrieben bestand in der Vergangenheit aus mehreren aufeinander aufbauenden Schritten. Dabei wurde das abstrahlende Element, nämlich das Gehäuse, getrennt vom Anregungsmechanismus des Zahnrad-Welle-Lager-Systems betrachtet. Dies ist insbesondere der begrenzten Rechenleistung geschuldet. Durch die Einführung von sog. kondensierten Modellen für Gehäuse, Wellen und Zahnräder und Meta-Modellen für die Wälzlager, ist es nun möglich ein Mehrkörpersimulationsmodell des gesamten Getriebes aufzubauen und in einer realistischen Zeit zu berechnen. Allerdings wurde die Genauigkeit dieses Ansatzes noch nicht umfassend messtechnisch nachgewiesen, wozu Messungen entlang der gesamten Schallentstehungskette notwendig sind. Die Lagersitze stellen dabei eine entscheidende Schnittstelle dar, da dort die Schwingungen aus dem Inneren des Getriebes an das abstrahlende Gehäuse übertragen werden. Daher wurde ein spezielles Getriebe aufgebaut, bei welchem die Lagerkräfte im Betrieb direkt gemessen werden.
Die Sensoren zeichnen damit die Wechselwirkung zwischen Gehäuse und den Getriebestufen auf und liefern wertvolle Daten für die Validierung der Berechnung. Es werden zwei Typen von Sensoren benutzt. Bereits erprobt ist die Verwendung von Piezoelektrischen Die Sensoren zeichnen damit die Wechselwirkung zwischen Gehäuse und den Getriebestufen auf und liefern wertvolle Daten für die Validierung der Berechnung. Es werden zwei Typen von Sensoren benutzt. Bereits erprobt ist die Verwendung von Piezoelektrischen Kraftaufnehmern.Kraftaufnehmern.
ZudemZudem werden die Oberflächenbeschleunigungen und die abgestrahlte Schallleistung erfasst, die sich ebenfalls direkt mit den Simulationsergebnissen vergleichen lassen. Damit kann der Einfluss von Fehlern bei der Berechnung der Lagerkräfte auf die sich einstellende Gehäuseschwingung und -abstrahlung bewertet werden und Aussagen getroffen werden, an welchen Stellen der Berechnungsansatz genauer werden muss. Erst wenn die Berechnung der Schallleistung genau genug möglich ist, können die einzelnen Getriebekomponenten einer zielgerichteten, rein digitalen Optimierung unterzogen werden. werden die Oberflächenbeschleunigungen und die abgestrahlte Schallleistung erfasst, die sich ebenfalls direkt mit den Simulationsergebnissen vergleichen lassen. Damit kann der Einfluss von Fehlern bei der Berechnung der Lagerkräfte auf die sich einstellende Gehäuseschwingung und -abstrahlung bewertet werden und Aussagen getroffen werden, an welchen Stellen der Berechnungsansatz genauer werden muss. Erst wenn die Berechnung der Schallleistung genau genug möglich ist, können die einzelnen Getriebekomponenten einer zielgerichteten, rein digitalen Optimierung unterzogen werden.
Mehrkörpersimulation der Schwingungsanregung in Fahrzeuggetrieben
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Bernd Wender
Projektlaufzeit: 11/2012 - 06/2016
Projektbeschreibung:Ziel dieser Forschungsaufgabe ist es, die Schwingungsanregung, welche durch den Zahneingriff im Getriebe entsteht, zu simulieren. Als Schnittstelle zwischen dem Getriebegehäuse und den Getriebewellen ist der Sitz des Lageraußenrings definiert. Mit Hilfe der Mehrkörper-Simulation werden die dynamischen Kräfte berechnet, die durch die Drehmomentübertragung vom antreibenden auf das abtreibende Zahnrad entstehen und über den Kraftfluss „Zahnrad-Welle-Lager“ am Sitz des Lageraußenrings in das Getriebegehäuse eingeleitet werden.
Entwicklung eines Getriebeprüfstandes zur Messung der Geräuschentwicklung an Fahrzeuggetrieben
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Bernd Wender
Projektlaufzeit: 10/2012 - 06/2016
Projektbeschreibung:Ziel dieser Forschungsaufgabe ist es, einen Getriebeprüfstand zu entwickeln, mit dem die dynamische Lagerkraft im akustisch relevanten Frequenzbereich gemessen werden kann. Zur Untersuchung der Schwingungsanregung des Getriebegehäuses werden Messungen im Drehzahlbereich von 800 1/min bis 3500 1/min und bis zu einem Drehmoment von 120 Nm durchgeführt. Das Konzept sieht ein Serien-KFZ-Getriebe und ein selbstkonstruiertes Prinzipgetriebgehäuse mit einer schräg- und einer geradverzahnten Zahnradstufe vor. Zwischen Lageraußenring und Lagersitz im Getriebegehäuse ist ein piezoelektrisches Messsystem entwickelt worden, um die dynamischen Lagerkräfte in den drei Achsrichtungen aufzuzeichnen.
Entwicklung und Umsetzung von Schallreduzierungsmaßnahmen am Donauschiff „Ulmer Spatz“
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Bernd Graf
Projektlaufzeit: 05/2015 - 04/2016
Projektbeschreibung:Ausarbeitung und Überprüfung von Schallreduktionsmaßnahmen auf einem kleineren Passagierschiff auf der Donau, dem „Ulmer Spatz“, das der geltenden Verordnung zur zulässigen Geräuschemissionen nicht gerecht wurde. Um den Vorgaben des zuständigen Schifffahrtsamtes zu entsprechen war eine Reduzierung des Schalldruckpegels um ca. 6 dB(A) erforderlich.
Zur Reduzierung der Geräuschemissionen wurde folgendes Konzept entwickelt: Durch eine Ist-Aufnahme der akustischen Randbedingungen, basierend auf einer quantitativen Vermessung zur Ortung von Oberflächen und Bauteilen mit hohen Schallleistung/Schallabstrahlungen, sollen Rückschlüsse zu relevanten Schallquellen und der Schallverbreitung getroffen werden. Mit diesen Erkenntnissen wurden mögliche Maßnahmen zur Schallreduzierung erarbeitet und bewertet werden und damit eine Detailplanung zur Umsetzung der Maßnahmen erstellt werden.
Nach Umsetzung der Maßnahmen wurde eine Vergleichsmessung durchgeführt und damit die Wirksamkeit der Maßnahmen bestätigt, so dass akustischen Vorgaben des Schiffahrtsamtes nun eingehalten werden. [mehr]
