Lärm gezielt bekämpfen: Intelligente Geräuschreduzierung für Maschinenkomponenten
Was Zulieferer von Maschinenkomponenten wissen sollten
Von Spindelantrieben über Elektromotoren bis hin zu Kompressoren – moderne Maschinenkomponenten müssen heute nicht nur leistungsstark, sondern auch besonders geräuscharm arbeiten. Während Systemintegratoren und OEMs immer strengere Vorschriften einhalten und gleichzeitig die Erwartungen der Endkunden steigen, wird auch von Zulieferern zunehmend eine optimierte akustische Performance im Lastenheft gefordert.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, reichen herkömmliche Geräuschtests oft nicht mehr aus. Gefragt sind präzise, effiziente und visuelle Werkzeuge, mit denen sich unerwünschte Schallquellen frühzeitig erkennen und gezielt eliminieren lassen – bereits in der Entwicklungsphase.
Dieser Artikel zeigt, wie Akustikkameras Ingenieure dabei unterstützen, Geräuschprobleme schnell und effektiv zu analysieren und zu beheben. Wir erklären die Funktionsweise der Technologie, ihre Vorteile in der Produktentwicklung bzw. Qualitätskontrolle und stellen drei konkrete Anwendungsfälle vor – von der Qualitätskontrolle bei Spindelantrieben über die gezielte Oberflächen-Schallabsorption bei E-Antrieben bis hin zur Geräuschlokalisierung bei kleinen Kompressoren.
Was sind akustische Kameras?
Akustische Kameras kombinieren hochentwickelte Mikrofonarrays mit visuellen Technologien, um Lärmquellen sichtbar zu machen. Sie erstellen akustische Heatmaps, die die Position und Intensität von Schallquellen präzise darstellen und eine schnelle Analyse ermöglichen.
Der Sound Scanner von Seven Bel ist die erste akustische Kamera, die auf dem Prinzip des „Sound Field Scanning“ basiert. Er kann Schallquellen im Frequenzband von 125Hz bis 44kHz lokalisieren und liefert hochwertige akustische Bilder direkt auf ein mobiles Endgerät zur Analyse.
Hauptvorteile von akustischen Kameras:
- Präzision: Punktgenaue Lokalisierung von Lärmquellen mit visueller Darstellung der Hotspots. Selbst komplexe Lärmprobleme lassen sich so effizient analysieren und lösen.
- Effizienz: Schnelle Datenerfassung und automatisierte Analysen sparen Zeit und senken Kosten im Vergleich zu manuellen Messungen.
- Flexibilität: Die Kameras sind vielseitig einsetzbar – von kleinen Komponenten bis zu großen Maschinen, von Kabinenmessungen bis hin zu Messungen im Außenbereich rund um die Maschine. Ihre Mobilität ermöglicht flexible Anpassungen an unterschiedliche Anforderungen.
Anwendungen im Bereich Maschinenkomponenten
1. Qualitätskontrolle von Spindelantrieben
In Branchen, in denen Präzision, Zuverlässigkeit und ein reibungsloser Betrieb entscheidend sind – etwa in der CNC-Bearbeitung oder in Automatisierungssystemen – kommt dem Spindelantrieb eine zentrale Bedeutung zu. Selbst kleinste Abweichungen im mechanischen Verhalten können zu unerwünschten Geräuschen, vorzeitigem Verschleiß oder Leistungseinbußen führen. Akustikkameras ermöglichen es Ingenieuren, Schallquellen exakt zu lokalisieren, selbst bei dynamischen, sich schnell bewegenden Komponenten wie der Spindelmutter – etwas, das mit herkömmlichen Sensoren kaum möglich ist.
Herausforderung:
Während der End-of-Line-Prüfung gibt ein Spindelantrieb deutlich hörbare Geräusche von sich, wenn sich die Spindelmutter mit hoher Geschwindigkeit von einer Seite zur anderen bewegt. Zwar bestätigen Standardmessungen einen erhöhten Gesamtschalldruckpegel, sie können jedoch nicht eindeutig klären, ob die Ursache mechanischer Natur ist (z. B. Spiel in der Mutter), durch eine fehlerhafte Montage oder durch strukturelle Anregungen des Prüfstands entsteht. Aufgrund der kurzzeitigen und impulsartigen Geräusche ist eine genaue Lokalisierung mit Mikrofonen oder Beschleunigungssensoren allein nicht möglich.
Lösung:
Akustikkameras identifizieren gezielt die Haupt-Schallquellen in Maschinenkomponenten. In Kombination mit einem tiefen Verständnis des Bauteildesigns und der angrenzenden Baugruppen können Ingenieure und Fertigungstechniker schnell und zuverlässig die Ursache der Geräusche identifizieren und gezielte technische Maßnahmen zur Behebung einleiten – effizient und ohne aufwändige Demontage.
Beispiel:
Eine Akustikkamera wird eingesetzt, um die Geräuschemissionen während der schnellen Bewegung der Spindelmutter von rechts nach links sichtbar zu machen. Die Messung zeigt deutlich, dass die dominante Schallquelle im rechten Bereich der Spindelmutter liegt – ein Hinweis auf übermäßiges Spiel oder Vibrationen in diesem Abschnitt. Durch diese gezielte Erkenntnis können Qualitätstechniker genau diesen Bereich überprüfen und anpassen – zum Beispiel durch das Nachjustieren des Vorspannung eines Lagers oder das Überprüfen der Bauteiltoleranzen – ohne dass die komplette Einheit demontiert werden muss.
2. Gezielte Geräuschreduzierung bei E-Antrieben
Elektrische Antriebe sind ein zentraler Bestandteil vieler moderner Maschinen und Fahrzeuge – sie überzeugen durch hohe Effizienz, kompakte Bauweise und geringen Wartungsaufwand. Mit zunehmend strengeren Lärmschutzvorgaben und steigenden Kundenerwartungen an leise Systeme rückt die Reduzierung von Oberflächengeräuschen immer stärker in den Fokus der Produktentwicklung. Obwohl E-Antriebe in der Regel leiser sind als verbrennungsmotorische Systeme, können sie dennoch hochfrequente, tonale Geräusche erzeugen – etwa durch elektromagnetische Kräfte oder strukturelle Resonanzen. Akustikkameras bieten eine schnelle und effektive Möglichkeit, diese Schallquellen am Gehäuse oder Rahmen zu identifizieren und dämpfende Materialien gezielt dort anzubringen, wo sie die größte Wirkung entfalten.
Herausforderung:
Ein gängiger Ansatz zur Reduktion von Körperschall in E-Antrieben ist das Aufbringen von PU-Absorbermaterial (Polyurethan) auf das Gehäuse. Diese Maßnahme ist jedoch mit einem Kompromiss verbunden: Zwar lassen sich dadurch akustische Emissionen dämpfen, gleichzeitig kann das Material bei großflächiger Anwendung die Wärmeabfuhr über die Oberfläche beeinträchtigen. Daher ist es entscheidend, die genauen Zonen mit maximaler Schallabstrahlung zu identifizieren, um das Dämpfungsmaterial nur dort anzubringen, wo es akustisch notwendig und thermisch unkritisch ist.
Lösung:
Mithilfe einer Akustikkamera können Ingenieure während des Prüfstandbetriebs in Echtzeit die Schallabstrahlung über die gesamte Oberfläche des Antriebs visualisieren. Die Kamera zeigt lokalisierte „Hotspots“ akustischer Energie, die mit herkömmlichen Sensoren aufgrund der schweren Zugänglichkeit von verrippten Strukturen oft nicht erfasst werden. Auf dieser Basis werden kleinflächige PU-Absorber gezielt an den kritischen Stellen angebracht, ohne unnötige Flächen zu bedecken oder die thermische Performance zu gefährden.
Beispiel:
Messungen mit der Akustikkamera zeigen, dass der Großteil der Schallabstrahlung von einem bereits verrippten Bereich des Gehäuses ausgeht (links im Bild). Das Entwicklungsteam brachte einen PU-Dämpfstreifen gezielt an dieser Stelle an – mit dem Ergebnis, dass der Geräuschpegel um 6 dB reduziert werden konnte, ohne einen messbaren Anstieg der Gehäusetemperatur (rechts im Bild). Die Wirksamkeit der Lösung wurde damit bestätigt, und die Fertigung der Werkzeuge für die PU-Absorber konnte risikofrei freigegeben werden.
3. Geräuschemissionen von Kleinkompressoren
In Haushaltsgeräten wie Kühlschränken ist ein geräuscharmer Betrieb ein entscheidendes Qualitätsmerkmal – insbesondere bei Produkten für den Einsatz in Wohnungen, Büros oder Hotelzimmern. Zwar stellt der Kompressor die Hauptquelle der Geräuscherzeugung dar, doch das vom Nutzer wahrgenommene Geräusch stammt oft nicht direkt vom Kompressor selbst, sondern von anderen Komponenten im System. Vibrationen des Kompressors können angrenzende Bauteile wie Kältemittelleitungen, Blechverkleidungen oder Kunststoffgehäuse anregen, die sich dann als sekundäre, aber dominante Schallquellen verhalten. Um strenge akustische Zielvorgaben einzuhalten und gleichzeitig ein hochwertiges Nutzererlebnis zu gewährleisten, ist es daher entscheidend, nicht nur den Kompressor zu testen, sondern auch zu verstehen, wie sich seine Vibrationen im gesamten System ausbreiten.
Herausforderung:
In diesem Anwendungsfall ist der Anreger – der Kompressor – bekannt, doch während der Prüfung eines vollständig montierten Kühlschranks wurden unerwartete Geräusche festgestellt. Mikrofonmessungen bestätigten erhöhte Schalldruckpegel, konnten jedoch nicht zuverlässig identifizieren, welches Bauteil tatsächlich für die Schallabstrahlung verantwortlich war.
Lösung:
Eine Akustikkamera wird eingesetzt, um die Geräuschemissionen des gesamten Kühlschranks während des Kompressorbetriebs sichtbar zu machen. Die hochauflösende Schallkarte zeigt unter anderem vibrierende Abschnitte der Kältemittelleitung – und somit maßgeblich zum Gesamtgeräusch beiträgt.
Beispiel:
Bei der akustischen Prüfung eines neuen Kühlschrankmodells wurde ein deutlich wahrnehmbares breitbandiges mittelfrequentes-Geräusch festgestellt – typisch für Strömungsgeräusche. Mit Hilfe der Akustikkamera konnte das Entwicklungsteam ermitteln, dass eine Kupferleitung die Geräusche abstrahlte. Durch eine einfache Änderung an der Halterung der Leitung – konkret das Einfügen eines Gummipuffers als Isolator – konnte der Gesamtschallpegel um 5 dB reduziert werden. Die Konstruktion des Kompressors blieb unverändert, und die Lösung verursachte weder zusätzliche Kosten noch erhöhten Montageaufwand.
Erfahren Sie mehr
Eine Akustikkamera ist ein modernes und wirkungsvolles Werkzeug zur Lösung komplexer Herausforderungen in der Entwicklung und Qualitätskontrolle von Maschinenkomponenten. Sie hilft nicht nur dabei, die Ursachen akustischer Probleme eindeutig zu identifizieren, sondern unterstützt auch dabei, Qualitätsvorgaben zuverlässig einzuhalten.
Ihr nächster Schritt:
Kontaktieren Sie und und erfahren Sie, wie die Akustikkamera Ihren Arbeitsalltag als Entwicklungsingenieur, Fertigungstechniker oder Servicetechniker nachhaltig verändern kann!