Lärmminderung und reflexionsarme Auskleidungen in aero … · 2011. 11. 16. · ** Poster „Noise...

G. Babuke, P. Brandstätt, D. Eckoldt, A. Lecheler*

Einleitung

Der zunehmende Bedarf von Lärmminderung und akusti-schem Design an Fahrzeugen benötigt entsprechende Prüf-bedingungen in Windkanälen und Prüfständen. Der speziellentwickelte breitbandige Resonanzabsorber BKA [1] weisthohe Absorptionsgrade ab 20 Hz auf, hat eine ebene Ober-fläche und ist nur 250 mm dick.

Absorptionsprinzip und Aufbau

Der Aufbau des zugrunde liegenden Verbund-Platten-Reso-nators VPR ist in Bild 1 dargestellt. Er besteht aus einer an ei-

ner harten Wand befestigten rechteckigen Schaumstoffplat-te und einer Stahlplatte, die auf der Oberseite aufgeklebt ist.Der komplette Absorber wird in Modulen mit einer Größevon mindestens 1,5 m mal 1 m und einer typischen Dicke von100 mm produziert. Die Absorptionseigenschaften des VPRberuhen auf einem Feder-Masse-Resonator mit der Stahl-platte als Masse und dem Schaumstoff als Feder sowie aufden freien Biegeschwingungen der Platte, die beispielsweisemit Raummoden gekoppelt sein können und dadurch dieAbsorption bei diesen Moden deutlich erhöhen. Der Breit-band-Kompakt-Absorber BKA wird durch eine 150 mm dickezweite Schaumschicht hergestellt (Bild 1) und ist über dengesamten Frequenzbereich wirksam. Der VPR kann mit einerstrukturierten Schicht kombiniert werden, wodurch derAsymmetrische Struktur-Absorber ASA entsteht, der für spe-zielle akustischen Anforderungen [2] einsetzbar ist.

Anwendungen in Windkanälen

Das erste vollständig mit BKA-Modulen ausgestattete Ple-num befindet sich im aero-akustischen Windkanal von AUDI[3]. Das Foto in Bild 2 zeigt die BKA-Module hinter einerSchutzschicht aus Lochblech und im Hintergrund die beweg-

Lärmminderung und reflexionsarme Auskleidungen inaero-akustischen Windkanälen**

45131 (2004) Neue Forschungsergebnisse, kurz gefasst

IBP-Mitteilung

** Faist Anlagenbau GmbH, Krumbach** Poster „Noise reduction and anechoic linings in aeroacoustic wind

tunnels”, CFA / DAGA 04, Strasbourg, März 2004, Abstr. p. 418

Bild 1: Aufbau des Verbund-Platten-Resonators (VPR), Breitband-Kompakt-Absorbers (BKA) und Asymmetrischen Struktur-Absorbers (ASA) nach[1].

Bild 2: Plenum des aero-akustischen Windkanals von AUDI mit BKA-Modulen als Wandverkleidung [4].

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liche Absorberwand vor den Fenstern des Kontrollraums. DasPlenum erfüllt die Anforderungen an einen Halbfreifeldraumder Klasse 1 in Terzbandbreite ab 63 Hz. Die BKA-Modulewurden ebenfalls in Kulissenschalldämpfer integriert, die inzwei Umlenkecken des AUDI Windkanals diagonal eingebautwurden und die tieffrequente Dämpfung [4] erhöhen. Ana-log zum FKFS Windkanal an der Universität Stuttgart [5] wur-den die beiden verbleibenden Ecken mit Umlenkschaufeln,belegt mit verhautetem Schaumstoff, ausgestattet, die zu-sätzliche Dämpfung und eine Reduzierung des Druckverlu-stes bewirken. All diese Maßnahmen und ein sorgfältig aus-gewähltes Gebläse führten zum weltweit mit Abstand leise-sten Windkanal [6]. Aufgrund der hohen Anforderungen andie Abriebfestigkeit der angeströmten Oberflächen empfahlsich der Einsatz des BKA im aero-akustischen Windkanal vonDaimlerChrysler in Detroit [7] ebenfalls. Vergleichbar zum

AUDI Windkanal wurde nicht nur das Plenum (Bild 3) mitBKA-Modulen ausgestattet, sondern auch ein Großteil derKanalwände, sowie der Nabenschalldämpfer des Gebläsesmit ALFA-Modulen (Alternative Faserfreie Absorber) herge-stellt. Die Freifeldeigenschaften nach [8] wurden im erwei-terten Frequenzbereich bis hinab zu 50 Hz und für einenMessradius von 7 m nachgewiesen (Anforderung: 80 Hz, Ra-dius 5,5 m). Freifeldeigenschaften nach [8] ab 80 Hz warenunentbehrlich für die Eigner des kürzlich fertig gestelltenWindkanals von PSA Peugeot Citroën, Renault und CNAMbei Paris (Bild 4). Die nachgewiesenen Freifeldeigenschaftengestatten sogar Messungen ab 50 Hz in einem Radius von 6 m um die Mitte des Bodens.

Ausblick

Die Anwendung der BKA-Technologie deckt ein breitesSpektrum von akustischen Messräumen und Plenums vonWindkanälen ab, in denen Freifeldeigenschaften erforderlichsind. Darüber hinaus sind sie als Kulissenschalldämpfer undKanalauskleidungen einsetzbar, vorausgesetzt die Kanalab-messungen haben mindestens die Größe der Absorbermo-dule. Zusätzlich zu ihren akustischen Eigenschaften bieten sieweitere Vorteile, wie die enorme Platzersparnis aufgrund dergeringen Dicke und ihr faserfreier Aufbau. Bis jetzt wurdenmehr als 70 Freifeld-Messräume und Plenums mit Raumvolu-men von 45 m3 bis 2200 m3 [9] erstellt. Weiterhin werden zurZeit Vorbeifahrt-Messhallen und akustische Prüfräume fürAntriebsstränge mit diesen Absorbern bei First AutomotiveWorks FAW in Changchun, China, der Tongji Universität, Automotive Department, Shanghai und bei DAF Eindhoven,Niederlande hergestellt.

Literatur

[1] Fuchs, H.V.: Alternative fibreless absorbers – New tools and ma-terials for noise control and acoustic comfort. ACUSTICA 87(2001), H. 3, S. 414–422.

[2] Dreyer, H. et al.: The new Volkswagen acoustic centre in Wolfs-burg, Part 1: Test Beds, ATZ worldwide 105 (2003), H. 3, S. 250–260.

[3] Schneider, S. et al.: Das Audi-Windkanalzentrum. In: Aerodyna-mik des Kraftfahrzeugs, Haus der Technik, Essen, 1998.

[4] Brandstätt, P. et al.: Novel silencers and absorbers for wind tun-nels and acoustic test cells. Noise Control Eng. J. 50 (2002), H. 2,S. 41–49 and 51 (2003), H. 1, S. 60–61.

[5] Potthoff, J. et al.: The aero-acoustic wind tunnel of Stuttgart Uni-versity. SAE Paper 950625, Detroit, 1995.

[6] Hucho, W.-H.: Leise Autos aus flüsterndem Windkanal. VDINachrichten, 10. Nov. 2000, S. 37.

[7] Walter, J. et al.: The DaimlerChrysler full-scale AeroacousticWind Tunnel. SAE Paper 0426, Traverse City, 2003.

[8] ISO 3745-2003: Acoustics–Determination of sound power levelsof noise sources–Precision methods for anechoic and semi-ane-choic rooms.

[9] Fuchs, H.V. et al.: Schallabsorber und Schalldämpfer: InnovativeAkustik-Prüfstände. Berlin, Springer, 2004.

FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR BAUPHYSIK IBPInstitutsleitung: Prof. Dr. Gerd Hauser

Prof. Dr. Klaus SedlbauerD-70569 Stuttgart, Nobelstr. 12 (Postfach 80 04 69, 70504 Stuttgart), Tel. 07 11/9 70-00D-83626 Valley, Fraunhoferstr. 10 (Postfach 11 52, 83601 Holzkirchen), Tel. 0 80 24/6 43-0

Herstellung und Druck: Fraunhofer-Informationszentrum Raum und Bau IRB, Satz- und DruckzentrumNachdruck nur mit schriftlicher Genehmigung des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik

Bild 3: Blick vom Kollektor zum Plenum des aero-akustischen Windkanalsvon DaimlerChrysler in Detroit.

Bild 4: Ansicht des Plenums im aero-akustischen Windkanal von PSAPeugeot Citroën, Renault und CNAM in Montigny le Bretonneux bei Paris.