Methoden und Analyse der technischen und psychoakustischen Schallemission pneumatischer Komponenten

  • Methods and analysis of technical and psychoacoustic noise of pneumatic components

Waerder, Maximilian; Murrenhoff, Hubertus (Thesis advisor); Schmitz, Katharina (Thesis advisor)

Aachen : Shaker (2021)
Buch, Doktorarbeit

In: Reihe Fluidtechnik. D 107
Seite(n)/Artikel-Nr.: vi, 127 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Kurzfassung

Die pneumatische Antriebstechnik zeichnet sich durch eine kostengünstige und robuste Art zur Realisierung von Linearbewegung im mittleren Kraftbereich aus. Dennoch weist die systemimmanente Verwendung von komprimierter Luft Nachteile in Form einer unangenehmen Geräuschentwicklung auf. Dies tritt insbesondere an Ventilen auf, an welcher die Druckluft entspannt wird, was zur direkten Anregung der Umgebungsluft führt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, Verständnis der Schallentwicklung und -ausbreitung zu erlangen, um damit den wahrgenommenen Schall zu optimieren. Zum einen sollen gesetzliche Grenzwerte eingehalten werden und zum anderen soll die subjektive Wahrnehmung verbessert werden, ohne maßgeblich die dynamischen Eigenschaften der Systeme zu beeinträchtigen. Dazu werden zunächst die relevanten technischen und psychoakustischen Parameter vorgestellt und diskutiert. Anschließend werden die Schallursachen und mögliche Übertragungsmechanismen erörtert und hinsichtlich aktueller Methoden der Schallminderung bzw. -beeinflussung bewertet. Auf Basis dieser Erkenntnisse werden unterschiedliche Ansätze zur Analyse der Schallemission pneumatischer Standardkomponenten und Teilsysteme beschrieben, durchgeführt und ihre Ergebnisse validiert. Dafür kommen neben analytischen Ansätzen auch numerische Simulationsmethoden zur Strömungssimulation und der vibroakustischen Schwingungsanalyse sowie die messtechnische Untersuchung zum Einsatz. Anhand bestehender Schallmessnormen werden geeignete Verfahren ausgewählt und drei Prüfstände entwickelt, um die ausgewählten Systeme akustisch zu vermessen. Die Messungen dienen neben dem Erkenntnisgewinn der Schallanalyse auch der Validierung der analytischen und numerischen Methoden. Aufgrund aufgezeigter Anomalien innerhalb der Messergebnisse wird für den psychoakustischen Parameter Schärfe ein neues Modell entwickelt und validiert. Abschließend erfolgt ein Vergleich der vorgestellten Analysemethoden hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit, Effizienz und möglichen Hindernissen zur Beurteilung der Schallemission. Damit liefert diese Arbeit einen Leitfaden zur systematischen Analyse der Schallemission pneumatischer Komponenten unter Einbeziehung von technischen und psychoakustischen Randbedingungen.

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