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O+P Fluidtechnik 1-2/2018

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VERBINDUNGSELEMENTE

VERBINDUNGSELEMENTE FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG PEER REVIEWED 2.4 Gegenüberstellung simulierter Betriebsschwingungsformen bei ausgewählten, akustisch relevanten Frequenzen mit Geflechtschlauch (links) und mit Spiralschlauch (rechts) –.250E–06 –.150E–06 –.500E–07 .500E–07 .150E–06 .250E–06 f = 532 Hz Geflechtschlauch p = 100 bar Skala: mm –.350E–06 –.210E–06 –.700E–07 .700E–07 .210E–06 .350E–06 f = 798 Hz Geflechtschlauch p = 100 bar Skala: mm –.500E–07 –.300E–07 –.100E–07 .100E–07 .300E–07 .500E–07 f = 1330 Hz Geflechtschlauch p = 100 bar Skala: mm konnte anhand des vorgenommenen Schlauchtypwechsels erreicht werden. Der Gesamtpegel konnte somit um 1,5 dB(A) reduziert werden. Die Schallleistungspegel der Aggregate in spektraler Form sind in Bild 3.2 dargestellt. Besonders interessant ist die spektrale Verteilung der Pegelreduktion bei den unterschiedlichen Frequenzbändern. Die Aussagen der FE-Berechnungen wurden von den experimentellen Untersuchungen bei fast allen akustisch relevanten Frequenzen sehr genau bestätigt. Bei allen Anregungsfrequenzen (266 Hz, 532 Hz, 798 Hz, 1064 Hz und 1330 Hz), bei welchen eine Geräuschminderung erwartet wurde, konnte eine Reduktion des Schallleistungspegels nachgewiesen werden. Lediglich bei der dritten Harmonischen (Mittenfrequenz 1090 Hz) konnte die von der simulativen Untersuchung erwartete Minderung des Schallleistungspegels nicht vollständig erfüllt werden. Die größte Pegelreduktion ist bei der vierten Harmonischen (1330 Hz) der Pumpengrundfrequenz zu verzeich- –.250E–06 –.150E–06 –.500E–07 .500E–07 .150E–06 .250E–06 f = 532 Hz Spiralschlauch p = 100 bar Skala: mm –.350E–06 –.210E–06 –.700E–07 .700E–07 .210E–06 .350E–06 f = 798 Hz Spiralschlauch p = 100 bar Skala: mm –.500E–07 –.300E–07 –.100E–07 .100E–07 .300E–07 .500E–07 f = 1330 Hz Spiralschlauch p = 100 bar Skala: mm nen. Bei der Mittenfrequenz 1370 Hz beträgt diese etwa 8 dB(A). Bei der Pumpengrundfrequenz wurde die geringste Minderung des Schallleistungspegels festgestellt. Ein Grund dafür liegt in der Tatsache, dass sich die obere Tankwand in diesem Frequenzbereich kaum anregen lässt und somit nicht die gesamte Schwingungsenergie des Körperschalls in Luftschall umgesetzt wird [FiW97]. In dem niederfrequenten Bereich um die Pumpengrundfrequenz weisen manche Frequenzbänder teilweise eine Pegelerhöhung auf, die auf die herrschenden schlauchtypenbedingten Leitungseigenschwingungen zurückzuführen sind. Wie aus [HSS12] bekannt, weist der Spiralschlauch deutlich niedrigere Eigenfrequenzen im Gegensatz zum Geflechtschlauch auf. Der Mittenfrequenz 387 Hz liegt die Lüftergrundfrequenz des Antriebsmotors (16 Schaufeln) zugrunde, die allerdings keinen Einfluss auf die von den Tankoberflächen abgestrahlte Schallleistung ausübt. Die leicht erhöhten Werte des gemessenen Schallleistungspegels beim Aggregat mit dem Spiralschlauch sind möglicherweise 48 O+P Fluidtechnik 1-2/2018

VERBINDUNGSELEMENTE auf Störeinflüsse der Luftströmung auf die Schallintensitätsmesssonde im Bereich des Lüfterrades zurückzuführen. 4 FAZIT Basierend auf den hier dargestellten und in [Sla17] veröffentlichten, weiteren simulativen und experimentellen Untersuchungsergebnissen lässt sich zusammenfassen, dass die Hydraulikschlauchleitung einen deutlichen Einfluss auf das Schwingungsverhalten aller angeschlossenen Komponenten eines hydraulischen Aggregats ausübt und somit gezielt zur Geräuschminderung beitragen kann. In diesem Zusammenhang ist es sinnvoll, die Phänomene der gegenseitigen Beeinflussung des strukturdynamischen Verhaltens auf Komponenten- und Systemebene hinsichtlich der Vibroakustik im Detail zu untersuchen. Hierfür ist eine ganzheitliche Betrachtung des Systemverhaltens in Abhängigkeit der relevanten Schlauchparameter (z. B. mittels der Systemsimulation) L für eine effektive WA dB(A) Geräuschminderung am hydraulischen Frequenz: Gesamtsystem als Gegenstand weiterer Forschungsaktivitäten unerlässlich. 103 – 2740 Hz > 74 Literaturverzeichnis 72 74 [FiW97] Fiebig, W.; Wernz, Ch.: Untersuchung 70 des Geräusch- 72 68 70 und Schwingungsverhaltens von hydraulischen Systemen. Teil 166 Experimentelle 68 Untersuchungen. O+P Ölhydraulik und Pneumatik 41, 1997, Nr. 64 5, S. 66 62 64 368 - 372 [FiZ97] Fiebig, W.; Zirkelbach, T.: Simulation des 60 Körperschallverhaltens 62 von hydraulischen Systemen. Teil 2 Rechnergestützte 58 Strukturoptimierung 60 56 58 O+P Ölhydraulik und Pneumatik 41, 1997, Nr. 8, S. 54 610 - 5614 [HSS12] Heisel, U.; Stehle, T.; Slavov, V.: Structure-borne 52 54 50 52 noise transmission behaviour of hydraulic hoses. In: Conference Proceedings, 48 50 8th International Fluid Power Conference, Dresden 2012, Fluid Power 46 Drives, – 48 < 46 Vol. 2, pp. 289 - 295 [HSS14] Heisel, U.; Stehle, T.; Slavov, V.: Simulation of the dynamic behaviour of hydraulic hoses. In: Conference Proceedings, 9th International Fluid Power Conference, Aachen 2014, Modern Fluid Power, Vol. 1, pp. 532 - 541 [MüG07] Müller, G.; Groth, C.: FEM für Praktiker – Band 1: Grundlagen, expert verlag, 2007 [Sla17] Slavov, V.: Geräuschminderung an hydraulischen Systemen mittels numerischer Simulation des dynamischen Körperschallübertragungsverhaltens von Hochdruck-Hydraulikschlauchleitungen. Dissertation, Universität Stuttgart, 2017 [N1] DIN EN ISO 9614-1, Akustik - Bestimmung der Schallleistungspegel von Geräuschquellen aus Schallintensitätsmessungen - Teil 1: Messungen an diskreten Punkten (ISO 9614-1:1993); Deutsche Fassung EN ISO 9614-1:2009 3.1 Gemessener Schallleistungspegel mit Geflechtschlauch (oben) und mit Spiralschlauch (unten) L WA dB(A) Frequenz: 103 – 2740 Hz > 74 72 74 70 72 68 70 66 68 64 66 62 64 60 62 58 60 56 58 54 56 52 54 50 52 48 50 46 – 48 < 46 Geflechtschlauch Geflechtschlauch Spiralschlauch [N2] DIN EN ISO 3744:2011-02, Akustik - Bestimmung der Schallleistungs- und Schallenergiepegel von Geräuschquellen aus Schalldruckmessungen - Hüllflächenverfahren der Genauigkeitsklasse 2 für ein im Wesentlichen freies Schallfeld über einer reflektierenden Ebene (ISO 3744:2010); Deutsche Fassung EN ISO 3744:2010 Autoren: Dipl.-Ing. Vasil Slavov, Dr.-Ing. Thomas Stehle, Prof. Dr.-Ing. Hans-Christian Möhring, Institut für Werkzeugmaschinen, Universität Stuttgart 3.2 Schallleistungsspektrum der beiden untersuchten Aggregate mit Geflechtschlauch und Spiralschlauch Schlauchtyp: Spiral Geflecht p = 100 bar 90 89,0 Schallleistungspegel LWA dB(A) 80 75 70 65 60 55 50 45 40 259 274 290 307 325 345 365 387 410 434 460 487 516 546 579 613 649 688 729 772 818 866 917 972 1,03k 1,09k 1,15k 1,22k 1,30k 1,37k 1,45k 1,54k 1,63k 1,73k 1,83k 1,94k 2,05k 2,18k 2,30k 2,44k 2,59k 2,74k Hz LwA 1/12 Oktav-Mittenfrequenz f 87,5 O+P Fluidtechnik 1-2/2018 49

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