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O+P Fluidtechnik 1-2/2018

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VERBINDUNGSELEMENTE

VERBINDUNGSELEMENTE FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG PEER REVIEWED 2.1 2.2 Schwinggeschwindigkeit v Ventilblock Ref.-Punkt FE-Modell des hydraulischen Gesamtsystems mit integrierter Schlauchleitung Tankoberwand Motor-Pumpen-Gruppe Schlauchleitung weise eine Übereinstimmung mit Tankeigenfrequenzen vorliegt. Anhand des offensichtlichen Unterschieds zwischen den Amplituden der beiden Frequenzgänge mit bzw. ohne Schlauchleitung macht sich das nicht ausgeschöpfte Potenzial zur Geräuschminderung durch die Systemkomponente Schlauchleitung besonders bemerkbar. Die Schwinggeschwindigkeit der oberen Tankwand bei der Rechnung ohne Schlauchleitung liegt deutlich niedriger im Vergleich zu der mit dem Geflechtschlauch; d. h. ein signifikanter Anteil der Strukturschwingung der Tankoberwand wird von dem durch die Schlauchleitung übertragenen Körperschall verursacht. Schwingt die Tankoberfläche mit einer höheren Amplitude, führt dies zu einer Schwinggeschwindigkeit der Tankoberwand mit und ohne Schlauchleitung aus der simulativen Betriebsschwingungsanalyse 1.0E–01 mm/s 1.0E–03 1.0E–04 1.0E–05 1.0E–06 1.0E–07 ohne Schlauchleitung mit Geflechtschlauch Grundfrequenz 1. Harmonische 2. Harmonische 0 250 500 750 1000 Frequenz f stärkeren Anregung der angrenzenden Luftteilchen und somit zu einer erhöhten Luftschallabstrahlung. D. h. ein relevanter Anteil des von der Tankoberfläche abgestrahlten Luftschalls wird durch den über die Schlauchleitung eingeleiteten Körperschall verursacht. Diese Einleitungsstelle bietet deshalb einen Angriffspunkt, um durch geeignete Maßnahmen zur Reduzierung der Körperschalleinleitung über den angebundenen Hydraulikschlauch einen möglichst hohen Grad an Geräuschminderung für das Gesamtsystem zu erreichen. 3. Harmonische 4. Harmonische p = 100 bar L = 940 mm Dn = 25 mm 1250 1500 Hz 2000 Die Einflussmöglichkeiten zur Reduzierung der Körperschallübertragung über die Hydraulikschlauchleitungen selbst sind die Schlauchparameter – die Schlauchlänge, der Schlauchnenndurchmesser und der Schlauchtyp. Der Schlauchtyp ist dabei der einzige Parameter, der ohne jeglichen Umbau des Hydraulikaggregats am Gesamtsystem verändert werden konnte. Wie aus den experimentellen Untersuchungen in [HSS12] hervor geht, weist der Spiralschlauch eine geringere Steifigkeit in longitudinaler und transversaler Richtung auf, als der Geflecht- 46 O+P Fluidtechnik 1-2/2018

VERBINDUNGSELEMENTE 2.3 Gegenüberstellung der Schwinggeschwindigkeiten der Tankoberwand mit Spiral- sowie Geflechtschlauch mit Spiralschlauch mit Geflechtschlauch p = 100 bar L = 940 mm Dn = 25 mm 1.0E–01 Grundfrequenz mm/s 1. Harmonische Schwinggeschwindigkeit v 1.0E–03 1.0E–04 1.0E–05 3. Harmonische 1.0E–06 2. Harmonische 4. Harmonische 1.0E–07 0 250 500 750 1000 Frequenz f 1250 1500 Hz 2000 schlauch. Diese Eigenschaft konnte gezielt zur Beeinflussung des Schwingungsverhaltens des betrachteten Aggregats angewandt werden. Bild 2.2 stellt die Ergebnisse aus der FE-Betriebsschwingungsanalyse des Hydraulikaggregats mit einem Spiralschlauch und einem Geflechtschlauch gegenüber. Bei allen Harmonischen der Pumpengrundfrequenz ist eine deutliche Reduktion der Schwinggeschwindigkeitsamplitude der Tankoberwand bei Einsatz eines Spiralschlauchs feststellbar. Die größte Amplitudenminderung ist im Frequenzbereich der vierten Harmonischen bei 1330 Hz zu beobachten. Bei der Grundfrequenz der Pumpe fällt die Minderung der Schwinggeschwindigkeitsamplitude etwas kleiner aus, wobei die Aussage durch die Amplitudenüberhöhung etwas erschwert wird. Die Effekte der obigen Beobachtungen sind noch deutlicher bei den in Bild 2.4 dargestellten errechneten Betriebsschwingungsformen des Aggregats erkennbar. Die Schwingungsmoden mit Geflechtschlauch (links) sind den gleichen Moden mit Spiralschlauch (rechts) gegenübergestellt. Der geringere Schwingweg der Tankoberwand ist bei den ausgewählten akustisch relevanten Frequenzen (d. h. bei den Harmonischen der Pumpengrundfrequenz) anhand des Farbverlaufs zu erkennen. Besonders stark ist dies bei der ersten (532 Hz), zweiten (798 Hz) und vierten (1330 Hz) Harmonischen ausgeprägt. Eine Reduzierung der Schwingungsamplitude der Tankoberwand führt direkt zu einer Minderung des vom Aggregat abgestrahlten Luftschalls. 3 GERÄUSCHMINDERUNG DES GESAMTSYSTEMS Um die auf Grundlage der FE-Simulationen erzielten Ergebnisse verifizieren zu können, wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Die zuvor ermittelten qualitativen Aussagen ließen sich somit quantifizieren. Hierzu wurden Messungen der Schallintensität nach DIN EN ISO 9614-1 [N1] durchgeführt. Die Anwendung des Schallintensitätsmessverfahrens ist besonders gut zur Quantifizierung der Schallabstrahlung von einzelnen Komponenten eines Gesamtsystems geeignet. Im Gegensatz zum Hüllflächenmessverfahren nach DIN EN ISO 3744 [N2], bei dem der gemittelte Schalldruck- oder Schallleistungspegel der gesamten Anlage als einzelne Geräuschquelle ermittelt wird, wird mit der Schallintensitätsmethode die separate Vermessung und Bewertung einzelner Abstrahlflächen, wie im vorliegenden Fall der oberen Tankwand, ermöglicht. Als Ergebnisgröße wurde der A-bewertete Schallleistungspegel L WA herangezogen, da dieser als Produkt der vektoriellen Schallintensität in direktem Bezug zu dem von den zu messenden Flächen abgestrahlten Luftschall steht. Der interessierende Frequenzbereich wurde in Form von 1/12 Oktav Frequenzbändern von 100 Hz bis 2740 Hz vollständig abgedeckt. Alle relevanten Abstrahlflächen des Aggregats wurden in kleinere Messflächen eingeteilt und bei der Messung mit der Schallintensitätssonde einzeln abgetastet. Die Messung selbst wurde anlagenbedingt bei einem Systemdruck von 100 bar durchgeführt. Das Ergebnis der durchgeführten Schallintensitätsmessung ist in Bild 3.1 in Form einer Schallleistungsverteilung an der Oberfläche des Hydraulikaggregats dargestellt. Als Referenz dient das Aggregat mit dem Geflechtschlauch (Bild 3.1, links), welches mit dem Aggregat mit Spiralschlauch (Bild 3.1, rechts) verglichen wird. Auffällig ist die niedrigere Schallabstrahlung der oberen Tankwand bei dem Aggregat mit dem Spiralschlauch. Eine Pegelminderung der von der Tankoberwand abgestrahlten Teilschallleistung von nahezu 3 dB(A) O+P Fluidtechnik 1-2/2018 47

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