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Leisere Technik erfordert neue Akustik-Konzepte

Zunehmend leisere Antriebe haben dazu geführt, dass heute unerwünschte Geräusche an Geräten oder Fahrzeugen immer stärker auffallen. Inzwischen müssen daher akustische Fragestellungen schon in einem sehr frühen Konzeptstadium eine wichtige Rolle spielen, wenn ein Produkt erfolgreich sein soll.

Bei ARRK|P+Z Engineering, einem der führenden Entwicklungsdienstleister Deutschlands, kümmert sich ein interdisziplinäres Expertenteam um dieses Thema. So werden etwa neue Berechnungstools für die Aeroakustik geschaffen oder die Schalleigenschaften innovativer Materialien untersucht. „Die Anforderungen des Endkunden und damit auch des Herstellers an die Akustik von Fahrzeugen und Maschinen sind mittlerweile sehr hoch“, berichtet Dr. Marinus Luegmair, Senior Engineer Akustiksimulation und Leiter des Center of Competence (CoC) Akustik bei ARRK|P+Z Engineering.

Hauptgrund dafür ist, dass jeder Nutzer Geräusche subjektiv beurteilen kann – während man beispielsweise für die Crashsicherheitsbewertung eines Fahrzeugs schon ein Experte sein muss.

Durch immer leisere Antriebe, insbesondere Elektromotoren, treten heute bislang übertönte Geräuschquellen plötzlich in den Vordergrund, so Luegmair: „Im VW Käfer etwa hätte das Surren der Lüftung niemanden gestört, man hätte es gar nicht hören können.“ Hinzu kommt, dass Leichtbaumaterialien wie Composite-Werkstoffe oder Aluminium sich nachteilig auf die Geräuschentwicklung auswirken können.

Um diesem neuen, sich ständig erweiternden Aufgabenfeld fachkundig begegnen zu können, setzt der Entwicklungsdienstleister auf Interdisziplinarität: Im Kernteam des CoC Akustik tauschen sich Spezialisten aller Bereiche von Simulation bis Versuch, von Strukturdynamik bis Sounddesign aus, so dass das Know-how der verschiedenen Abteilungen ineinander greift, wodurch Projekte schneller und gleichzeitig umfassender realisiert werden können. „Bei einem Auftrag für einen Nutzfahrzeughersteller trat beispielsweise zwischen Simulation und Versuch eine Abweichung um den Faktor 100 auf“, erzählt der Gruppenleiter Technische Berechnung und Simulation, Florian Seifferth. „Statt lange nach Fehlern zu suchen, hat sich in der Teambesprechung schnell herausgestellt, dass die Sensoren im Versuch auf Trägern stehen. Nachdem die Berechnung entsprechend ergänzt wurde, stimmten die Daten überein.“

Störgeräusche vor dem Prototypenstadium beseitigen

Ein Hauptthema in der Praxis der Akustikexperten ist die Störgeräuschvermeidung, da unerwünschte Geräusche meist mit mangelhafter Qualität verbunden werden. Werden derartige Probleme erst kurz vor der Serienproduktion beseitigt, fallen in der Regel hohe Kosten für Werkzeugänderungen und Nacharbeiten an. Allein eine klappernde Autotür mit Filz nachträglich zu dämpfen, würde bei 150.000 Türen pro Jahr Mehrkosten von rund 1,6 Millionen Euro bedeuten. Um das zu vermeiden, sollte die Akustik möglichst früh in der Entwicklung, idealerweise noch vor dem ersten Prototypen, betrachtet werden. „Durch unseren interdisziplinären Ansatz können wir hier Simulation und Versuch sehr eng verknüpfen und somit schnell Feedback geben“, erklärt Daniel Plum, Gruppenleiter bei ARRK|P+Z Engineering, der innerhalb des CoC Akustik für die Versuchs-/Projektbetreuung verantwortlich ist. 

Die Verbindung der beiden, sonst oft zeitgleich divergierenden Entwicklungsbereiche hat den Vorteil, dass jegliche Änderung, aber auch prozessbedingte, geometrische Probleme frühzeitig betrachtet werden können: „Beispielsweise verbleiben bei der kathodischen Tauchbad-Lackierung innerhalb der Karosserie Kernlöcher, um für eine ordentliche Beschichtung, aber auch für einen sauberen Abfluss von Restbeständen zu sorgen. In der weiteren Fahrzeugentwicklung können diese Löcher jedoch zu akustischen Problemen führen“, so Plum.

Neue Akustikfelder und neue Materialien

Ein anderes, noch relativ junges Themenfeld beschäftigt sich mit Psychoakustik und Sounddesign. Solche Fragestellungen, etwa wie der Nutzer welche Geräusche wahrnimmt oder welche Töne vielleicht sogar erwartet werden, gewinnen für die Hersteller zunehmend an Bedeutung – nicht nur in der Automobilindustrie. „Auch das Weiße-Ware-Segment befasst sich inzwischen mit Sounddesign. Fehlt beim Einschalten der Waschmaschine das Klicken, kann das den Anwender verunsichern und an der Zuverlässigkeit und/oder Wertigkeit des Geräts zweifeln lassen“, erklärt Plum. Je nach Situation entwickeln die Akustikexperten daher auch Strategien, um ein zum Einsatzgebiet passendes, angenehmes Schallspektrum künstlich zu erzeugen, das die Erwartungen des Kunden erfüllt.

Daneben engagieren sich die Akustik-Spezialisten bei ARRK|P+Z Engineering derzeit stark in der Aeroakustik, also der Betrachtung aerodynamisch erzeugter Geräusche. Da das Thema noch sehr neu ist, müssen jedoch zunächst zielführende Methoden entwickelt werden. „Versuche im Windkanal wären sehr teuer, weshalb eher die Simulation das Mittel der Wahl werden wird“, so CoC-Leiter Luegmair. „Allerdings müssen die Strömungsberechnungen hierfür um mehrere Zehner-Potenzen genauer sein als für andere Anwendungen. Um dennoch vertretbare Rechenzeiten zu erzielen, untersuchen wir momentan, inwieweit hier mit Näherungen gearbeitet werden kann.“ Erste Projekte laufen bereits, so wurde etwa eine CFD-Simulation eines ganzen Fahrzeugs erstellt, um das Fahrzeug im aktuellen Entwicklungsstand bewerten zu können.  

Gleichzeitig wird an der Integration neuer Werkstoffe gearbeitet. In diesem Rahmen erstellen die Ingenieure beispielsweise Materialkarten zu den Reaktionen verschiedener Stoffe untereinander. Das CoC Akustik kooperiert dabei eng mit den Expertenrunden für Composite und Interieur. Das gesammelte Wissen und die gewonnenen Erfahrungen werden zudem in Inhouse-Vorträgen wie auch in Zusammenarbeit mit Fachhochschulen und Universitäten in München und Ingolstadt an die Mitarbeiter sowie an interessierte Studenten weitergegeben.  

Medium

Hanser Automotive 

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Veröffentlichung

Sonderausgabe OEM Supplier 2015

03.09.2015

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