Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
L\u00e4rmbelastung macht krank. Im Extremfall verursacht sie Geh\u00f6rsch\u00e4den, beeintr\u00e4chtigt die Konzentrationsf\u00e4higkeit und damit die Arbeitsleistung, und es k\u00f6nnen durch L\u00e4rm auch psychische Sch\u00e4den gesetzt
\nwerden. Diese sch\u00e4dliche Wirkung des L\u00e4rms war Ausl\u00f6ser f\u00fcr eine Vielzahl von gesetzlichen Regelungen speziell f\u00fcr den L\u00e4rmschutz am Arbeitsplatz. Hier werden die Grenzwerte f\u00fcr die L\u00e4rmbelastung der Arbeitnehmer am Arbeitsplatz stetig versch\u00e4rft, um die Situation f\u00fcr den Menschen am Arbeitsplatz zu verbessern.
\nBisher wurden zur Bek\u00e4mpfung dieser L\u00e4rmquellen jedoch nur konventionelle Methoden wie z. B. Unter-brechung der \u00dcbertragungswege durch Schwingungsisolierung oder Kapselung von L\u00e4rmquellen angewendet. In Verbindung mit Smart Materials wurden in den letzten Jahren jedoch zusammen mit moderner
\nRegelungstechnik aktive Methoden der L\u00e4rmreduktion untersucht.
\nW\u00f6lfel Beratende Ingenieure m\u00f6chte deshalb die im Projekt AKUSTIK gewonnenen Erkenntnisse \u00fcber das Potenzial aktiver Methoden der Schallminderung nutzen, um eine Technologie zu entwickeln, bei der aktive Tilger zur Verbesserung des Abstrahlverhaltens sowohl konventioneller Maschineneinhausungen als auch von Schallschutzkabinen mit bereits hoher passiver D\u00e4mmwirkung eingesetzt werden. Aktive Tilger sind mechanische Bauteile mit einem Aktor, der von einer Elektronik auf Basis gemessener Signale gesteuert wird und dadurch eine Tilgermasse derart in Schwingung versetzt, dass die eine Schallabstrahlung
\nerzeugende Schwingung kompensiert wird. Mit geeigneten Regelverfahren des Tilgers l\u00e4sst sich eine breitbandige Wirkung gegen Schallabstrahlung erzeugen. Die wichtigsten Einsatzgebiete aktiver Tilger zum L\u00e4rmschutz sind Produktionsst\u00e4tten, an denen schallabstrahlende Maschinen Dienst tun. Das Projekt soll Modellcharakter haben und die \u00dcbertragbarkeit auf verschiedenste Produktionsmaschinen unter Nutzung einer standardisierten Technologie erm\u00f6glichen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZun\u00e4chst wird die Bauform eines aktiven Tilgers festgelegt und im Detail konstruiert. Neben den mechanischen Komponenten sind die Regelalgorithmen des aktiven Tilgers entscheidend. Diese Algorithmen werden unter Verwendung eines Strukturmodells der passiven mechanischen Komponenten simulationsgest\u00fctzt entwickelt und auf ein echtzeitf\u00e4higes Regelsystem portiert. Hier stellt insbesondere die anzustrebende Bandbreite ein Auswahl- und Anforderungskriterium dar. Deshalb werden unter Anwendung des akustischen Nahfeld-Holographie-Systems SenSound strukturakustische Grundlagen der Schallabstrahlung von Schallschutzkabinen und Maschineneinhausungen messtechnisch ermittelt. Auf Basis dieser Ergebnisse k\u00f6nnen dann die funktionellen Rahmenparameter eines f\u00fcr
\ndieses konkrete Anwendungsfeld geeigneten aktiven Tilgers abgeleitet werden und es kann ein Demonstrator aufgebaut werden. Hierzu soll als Objekt, dessen Abstrahlung zu mindern ist, eine demonstrationsartige Schallschutzkabine in transportablen Abmessungen beschafft und verwendet werden. Ferner ist die passive Mechanik gem\u00e4\u00df Konstruktion zu beschaffen und mit den aktiven Komponenten, der Sensorik und der Elektronik zum aktiven Tilger zu komplettieren. Am Ende steht die Inbetriebnahme des aktiven Tilgers mit Probebetrieb.
\nDaran anschlie\u00dfen wird sich eine sehr umfangreiche Phase des Tests mit dem Ziel einer zyklischen Optimierung der praktischen Funktion des aktiven Tilgers unter dem Aspekt der akustischen Wirksamkeit.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Ein Demonstrator f\u00fcr einen aktiven Tilger wurde entsprechend der Planung entwickelt, gefertigt, getestet und optimiert. Zun\u00e4chst wurde ein Konzept mit Beschleunigungssensoren in Kombination mit unterschiedlichen Regelungsstrategien untersucht und bewertet. Um die Luftschallminderung zu verbessern, wurden in der Optimierungsphase die auf der Blechstruktur befestigten Beschleunigungssensoren durch Mikrofon-arrays ersetzt. Und es wurde zus\u00e4tzlich ein Regelungskonzept untersucht, welches als Sensorgr\u00f6\u00dfe direkt den abgestrahlten Luftschall misst. Hierf\u00fcr wird ein Filtered-X Least Mean Square (FXLMS) Algorithmus verwendet. Dadurch lie\u00df sich im Versuch eine deutliche Schallminderung von bis zu 20 dB an allen Mikrofonen erreichen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
\u00dcber das Projekt wurde bislang ein Vortrag auf der VDI-Tagung Maschinenakustik 2008 – Wettbewerbsvorteil durch ger\u00e4uscharme Produkte in B\u00f6blingen gehalten: J. Engelhardt, S. Pankoke: Aktiver Tilger zur Schallminderung fl\u00e4chenhafter Strukturen, basierend auf piezoelektrischen Querwandlern.
\nZus\u00e4tzlich wurde der aktive Tilger auf der Hannover Messe 2008 ausgestellt. F\u00fcr 2009 ist dies ebenfalls geplant.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Aktive Methoden sind sehr gut geeignet, um Schwingungen von gro\u00dfen Blechstrukturen zu reduzieren. Diese Effekte sind messtechnisch gut nachweisbar, allerdings f\u00fchrt eine Reduzierung dieser Schwingungen nicht zwangsl\u00e4ufig auch zu einer gut h\u00f6rbaren Verminderung der Schallabstrahlung. Offensichtlich kann mit dem Denkmodell K\u00f6rperschall zwar ein Erregungsmechanismus gut beschrieben werden, die Zusammenh\u00e4nge zwischen Strukturschwingungen einerseits und der \u00dcbertragung zum menschlichen Ohr in Form von Luftschall andererseits sind jedoch wesentlich komplexer. Deshalb muss die Sensorik den Luftschall mit erfassen. Wenn dies der Fall ist, k\u00f6nnen mit einem aktiven Masseaktor sehr beachtliche Erfolge erzielt werden. Die Schallminderung betr\u00e4gt bis zu 20 dB! Damit besitzt der aktive Tilger ein gutes Schallminderungspotenzial im betrachteten Frequenzbereich.<\/p>\n
Um f\u00fcr den aktiven Tilger einen gr\u00f6\u00dferen Markt zu erschlie\u00dfen, wird er im Rahmen eines EU-Projektes unter F\u00fchrung der Firma Knauf KG weiter entwickelt mit dem Ziel, den Preis pro Einheit deutlich zu reduzieren (EU, DG Research, FP 6, Priority 3, I-SSB, IP 026661-2). Dazu werden die derzeit 16 PZT-Keramik-Aktoren (PZT-Patches) durch 8 PZT-Faseraktoren ersetzt. So wird es m\u00f6glich, eine Leistungselektronik zu verwenden, die pro Einheit wesentlich kosteng\u00fcnstiger wird. Damit w\u00e4re ein Einsatz des Akustiktilgers im Leichtbau z. B. f\u00fcr die Schallisolation von Konferenzr\u00e4umen und anderen, aus raumakustischer Sicht anspruchsvollen R\u00e4umen denkbar.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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