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E-Book

Praktische Maschinenakustik

AutorFranz G. Kollmann, Roland Angert, Thomas F. Schösser
VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2006
Seitenanzahl363 Seiten
ISBN9783540309758
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis84,99 EUR

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.

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Leseprobe

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.

Inhaltsverzeichnis
Vorwort5
Inhaltsverzeichnis7
1 Grundlegende maschinenakustische Begriffe11
1.1 Allgemeines11
1.2 Direkte und indirekte Schallabstrahlung13
1.3 Pegelrechnung14
1.5 Admittanz und Impedanz22
1.6 Berechnungen mit komplexen Zahlen24
1.7 Effektivwerte27
2 Frequenzanalyse von Zeitsignalen31
2.1 Frequenzanalyse harmonischer Zeitsignale31
2.2 Fourier-Reihen periodischer Zeitsignale33
2.3 Fourier-Transformation37
2.4 Diskrete Fourier-Transformation41
2.5 Eigenschaften der Fourier-Transformation43
3 Dämpfung von Körperschall47
3.1 Physikalische Dämpfungsmechanismen47
3.2 Das Kelvin-Voigt-Modell50
3.3 Dämpfende Beläge56
4 Das Körperschallverhalten einfacher Strukturen65
4.1 Der Einmasseschwinger66
4.2 Biegeschwingungen von Rechteckplatten75
4.3 Das Körperschallmaß89
4.4 Abschätzverfahren für das Körperschallmaß93
4.5 Auswirkung von Rippen auf das Körperschallmaß104
5 Abstrahlung von Luftschallwellen109
5.1 Luftschallwellen109
5.2 Der Abstrahlgrad110
5.3 Der Kugelstrahler112
5.4 Die Kolbenmembran115
5.5 Die Abstrahlung rechteckiger Platten117
6 Abkopplung von Körperschall133
6.1 Maschinendynamisches Modell der Abkopplung134
6.2 Maschinenakustisches Modell der Abkopplung135
7 Maschinenakustische Grundgleichung141
8 Finite Elemente für die Berechnung von Körperschallfeldern145
8.1 Grundlagen der Finiten Elemente145
8.2 Das Verfahren der Numerischen Modalanalyse155
8.3 Ein Beispiel für eine FEM-Berechnung160
9 Numerische Berechnung abgestrahlter Luftschallfelder163
9.1 Grundlagen des äußeren Abstrahlproblems163
9.2 Akustische Finite Elemente Methode für endliche Außengebiete166
9.3 Infinite ellipsoidale Elemente nach Burnett169
9.4 Randelemente178
9.5 Vergleich von Methoden zur Berechnung von Abstrahlproblemen184
10 Grundlagen der maschinenakustischen Meßtechnik189
10.1 Zielsetzungen maschinenakustischer Messungen189
10.2 Maschinenakustisch relevante Meßgrößen189
10.3 Die allgemeine maschinenakustische Meßkette192
10.4 Sensoren193
10.5 Meßdatenerfassung224
10.6 Fehlerursachen maschinenakustischer Messungen248
11 Meß- und Auswerteverfahren251
11.1 Schwingungsanregung technischer Strukturen253
11.2 Geräte für die Schwingungsanregung259
11.3 Ordnungsanalyse268
11.4 Experimentelle Modalanalyse278
11.5 Betriebsschwingformanalyse296
11.6 Meßmethoden für die Luftschalleistung298
12 Methoden für die Entwicklung lärmarmer Maschinen317
12.1 Einführung317
12.2 Anforderungen an konstruktive Maßnahmen zur Lärmminderung318
12.3 Werkzeuge für die Entwicklung lärmarmer Maschinen319
12.4 Methodisches Vorgehen beim Ableiten und Umsetzen von Maßnahmen zur Lärmminderung323
12.5 Allgemeine Maßnahmen für die Lärmminderung von Maschinen327
12.6 Regeln für die Minderung von Schall329
13 Ableitung von Maßnahmen zur Minderung von Geräuschen337
13.1 Anforderungen an konstruktive Maßnahmen338
zur Minderung von Geräuschen338
13.2 Schallentstehungskette339
13.3 Reduktion der Schallanregung340
13.4 Reduktion der Schallübertragung345
13.5 Reduktion der Schallabstrahlung348
13.6 Ein einfaches, systematisches Beispiel348
13.7 Typische Anregungs- und Resonanzfrequenzen359
Literatur363
Sachverzeichnis367

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