Prof. Dr.-Ing. Thomas Borchert

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Schwingungs- und Schallreduktion technischer Systeme mit Resonatoren

Angewandtes Forschungs- und Entwicklungsprojekt

Borchert Forschungsprojekt


Übersicht:

 

Durch die Applikation balkenförmiger Resonatoren werden Schwingungsamplituden technischer Systeme reduziert. Neben Eigenfrequenzlagen lassen sich mit der Bandbreitenwirkung der Tilger Erregerfrequenzspektren und somit Betriebsgeräusche bezielen.


Projektbeschreibung:


Schwingungsamplituden technischer Systeme lassen sich durch Integration oder Adaption von Kleinstbauteilen, den Resonatoren, welche mit ihren ersten Eigenfrequenzen auf die Erregerfrequenzen oder auf die Systemeigenfrequenzen abgestimmt werden, deutlich reduzieren.

Durch die Bandbreitenwirkung, die einfache Konstruktion sowie die technologisch unproblematische Realisierbarkeit unter dem Aspekt der Kostenneutralität und der Ressourcenschonung durch die Substitution konventioneller Dämmmaterialien ist das Verfahren industriell interessant. Die Integration der Resonatoren in die Systemwandung vermeidet zudem Zusatzmassen.

Einsatzfelder sind grundsätzlich alle schwingenden elastischen Systeme in der Technik, beispielsweise Karosserie-Segmente, Motor- und Getriebegehäuse, Gebäudewände und -decken.

Die Wirkungsweise eines Resonators wird nachstehend prinzipiell mit der Finite-Elemente-Methode gezeigt:

 

Bild 1 zeigt die numerische Abbildung einer allseits fest eingespannten Rechteckplatte. Mit der ersten Eigenfrequenz tritt die im

Bild 2  dargestellte Schwingungsform auf. Ein auf diese Frequenz abgestimmter Resonator,

Bild 3  montiert auf die Platte,

Bild 4  beruhigt das Grundsystem.

Bild 5

Eine Abstimmung des Resonators auf ein Erregerfrequenzspektrum führt zur Systemberuhigung, falls dabei bestimmte Relationen der modalen Massen zwischen Grundsystem und Resonator beachtet werden.

Der Resonator minimiert die großflächigen Bewegungen des Systems und damit die Schwingungsfortpflanzung in die Umgebungsatmosphäre; dabei ist seine eigene Schallabstrahlungsfläche relativ klein, so dass die kinetische Energie akustisch unkritisch in Wärme umgesetzt wird.

Durch die Amplitudenreduktion des Grundsystems lässt sich zudem das Betriebs- bzw. Komfortverhalten sowie die Lebensdauer des Produkts deutlich steigern.


Projektstatus:


Mit den Studierenden des Maschinen- und Fahrzeugbaus wurde das Verfahren an einer dynamisch erregten Fahrzeugkarosserie erprobt und an einem VW Polo erfolgreich umgesetzt. Dabei konnten die mit Beschleunigungsaufnehmern registrierten Systemamplituden durch die Resonatoren um bis zu 80% reduziert werden; im Luftschallspektrum ergab sich eine Reduktion um ca. 6 dB.


Kontakt:

Prof. Dr.-Ing. Thomas Borchert
Fachhochschule Dortmund
Fachbereich Maschinenbau
Labor für Schwingungstechnik und Akustik
Tel.: 0231-9112-292
e-mail: thomas.borchert@fh-dortmund.de