Strukturdynamik I Akustik
Anwendung sensor-, kamera- und laserbasierter Messtechnik
Nutzung moderner Messmethoden und Analyseverfahren
Mobil und schnell vor Ort einsetzbar
Weshalb sind Strukturdynamik und Akustik so wichtig?
Strukturdynamik und Akustik sind entscheidend für die Bewertung der Funktionalität, Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von Maschinen und Anlagen. Durch die Analyse von Schwingungen und Geräuschen lassen sich Schwachstellen in Konstruktion, Fertigung, Montage oder Betrieb frühzeitig erkennen und gezielt beheben.
Mit modernen Mess- und Analyseverfahren untersucht EVO akustische und strukturdynamische Zusammenhänge, identifiziert Ursachen von Schwingungs- und Geräuschproblemen und entwickelt fundierte Optimierungsmaßnahmen. Unser Leistungsspektrum deckt unterschiedlichste Aufgabenstellungen der Maschinenakustik und Strukturdynamik praxisnah und effizient ab.
Strukturdynamik
Schwingungen beeinflussen Funktion, Lebensdauer und Komfort technischer Systeme. Daher untersuchen wir das dynamische Verhalten von Bauteilen, Baugruppen und Maschinen unter realen Betriebsbedingungen.
Mittels 2d-Schwingungsmessungen, Betriebs- und 3d-Modalanalysen identifizieren wir Eigenfrequenzen, Modenformen und kritische Lastzustände. Die Ergebnisse bilden die Grundlage für fundierte Optimierungen und belastbare Entwicklungsentscheidungen.
Technische Akustik
Geräusche entstehen durch das Zusammenspiel von Anregung, Struktur und Schallabstrahlung. Deshalb analysieren wir diese Zusammenhänge, um Schallquellen und Übertragungswege eindeutig zu identifizieren.
Von Luft- und Körperschallmessungen über Transfer-Pfad-Analysen bis zur vibroakustischen Bewertung entwickeln wir technisch fundierte Maßnahmen zur nachhaltigen Geräuschreduzierung.
Messung. Analyse. Bewertung.
Unsere Arbeit verbindet moderne Messtechnik mit numerischer Simulation und fundierter physikalischer Interpretation. So entstehen belastbare Aussagen zum dynamischen und akustischen Verhalten technischer Systeme.
Wir unterstützen Entwicklung, Validierung und Fehleranalyse – von der ersten Untersuchung über die Ursachenidentifikation bis zum Nachweis der Wirksamkeit konstruktiver Maßnahmen.
Strukturdynamik I Akustik
Lasermesstechnik
Eine der zentralen Messtechniken, die EVO einsetzt, ist die Laser-Scanning-Vibrometrie (Doppler-Vibrometrie). Wenn sich das Untersuchungsobjekt aufgrund von Vibrationen bewegt, ändert sich die Frequenz des reflektierten Laserlichts aufgrund des Doppler-Effekts. Der Laser erfasst die Frequenzverschiebung und wandelt sie softwareseitig in Spektren und Schwingformen um.
Gegenüber sensorbasierten Messverfahren bietet die Laservibrometrie verschiedene Vorteile. Sie ermöglicht eine berührungslose und bildgebende Messung von out-off-plane Schwingungen mit hoher Empfindlichkeit und Präzision. Da keine direkte Kontaktierung des Objekts erforderlich ist, werden mögliche Störungen oder Verfälschungen der Messergebnisse durch zusätzliche Masseeinträge vermieden. Zudem kann das Verfahren sowohl an starren Oberflächen als auch an empfindlichen Materialien (heiß, rotierend) angewendet werden.
Strukturdynamik I Akustik
Aufnehmerbasierte Verfahren
Eine weiteres bedeutendes Verfahren, das von EVO angewendet wird, ist die experimentelle Modalanalyse (3D). Hierbei bestimmen wir mithilfe von Beschleunigungsaufnehmern die Eigenfrequenzen und Eigenformen von Bauteilen. Dieses Verfahren spielt eine wesentliche Rolle bei der Identifikation struktureller Probleme und der strukturdynamischen Optimierung von Bauteilen.
Durch die präzise Analyse der Modalparameter erkennen wir potenzielle Schwachstellen und beheben diese gezielt. Die experimentelle Modalanalyse stellt somit ein unverzichtbares Verfahren dar, um das Bauteil strukturdynamisch zu verstehen, einhergehend zu analysieren und grundlegende Eigenschaften zu identifizieren. Zudem liefert sie Eingangsgrößen und Größen zum Modellabgleich für FE-Simulationen, die zur weiteren Analyse und Vorhersage des dynamischen Strukturverhaltens, der Zuverlässigkeit und Langlebigkeit genutzt werden.
Strukturdynamik I Akustik
Bildgebende Verfahren
Hochgeschwindigkeitskameras sind hochentwickelte Technologien, die die präzise Erfassung und Analyse von sich sehr schnell bewegenden/rotierenden Bauteilen in Maschinen oder Prozessen ermöglichen. Dadurch können potenzielle Probleme wie Vibrationen, Verformungen und Dehnungen identifiziert und gezielt untersucht werden. Zur Auswertung der Bilddaten hinsichtlich Verformungen und Dehnungen nutzt die EVO die Software VEDDAC der Chemnitzer Werkstoffmechanik GmbH.
Hochgeschwindigkeitsaufnahmen ermöglichen es uns, komplexe Bewegungsabläufe zu erfassen und somit detaillierte Einblicke in die Dynamik von Maschinenkomponenten zu gewinnen.
Wir sind Ihr zuverlässiger Partner für Strukturdynamik und technische Akustik
Wenn Sie auf der Suche nach Experten auf dem Gebiet der Strukturdynamik und Technischen Akustik sind oder Unterstützung bei der Fehlerfrüherkennung, Lebensdauerprüfung oder Zuverlässigkeitsanalyse von Mikro- und Makrostrukturen benötigen, wenden Sie sich an uns.
Sie haben ein Schwingungs- oder Geräuschproblem? Wir unterstützen Sie bei der Ursachenanalyse vor Ort oder im Prüffeld.
FAQ
3d-Modalanalyse - was muss man sich darunter vorstellen?
Kurz gesagt: Ein Verfahren zur Untersuchung der dynamischen Eigenschaften von Strukturen, um deren Eigenfrequenzen, Schwingungsformen und Dämpfungseigenschaften zu bestimmen.
Die experimentelle Modalanalyse ist ein Messverfahren, das mittels Beschleunigungssensoren im Ergebnis das Schwingungsverhalten einer mechanischen Struktur durch die modalen Parameter – Eigenfrequenz, Dämpfung und Eigenschwingungsform – beschreibt. Aus den Messergebnissen lassen sich Maßnahmen zur Schwingungsoptimierung ableiten, die schwingungs- und / oder lärmmindernd und im Fahrzeugbau komforterhöhend wirken.
Das dynamische Verhalten einer angeregten Struktur wird generell durch das Vorhandensein von Eigenschwingungen bestimmt. Diese Eigenschwingungen treten bei diskreten Frequenzen, den sogenannten Eigenfrequenzen auf. Im Rahmen einer Modalanalyse wird das dynamische Verhalten einer angeregten Struktur gemessen und analysiert und in ein modales Modell überführt. Die Basis des modalen Modells bilden die gemessenen Übertragungsfunktionen aus Anregungs- und Messsignal. Für deren Ermittlung wird die Struktur mit einem bekannten und messbaren Anregungsspektrum beaufschlagt und die resultierenden Systemantworten gemessen. Durch Auswertung der Übertragungsfunktionen werden die modalen Parameter zur analytischen Beschreibung der Struktur berechnet und im Ergebnis als Struktureigenschwingformen mit ihren Dämpfungen wiedergegeben.
Darüber hinaus können die experimentell ermittelten Modalparameter mit numerischen Modellen, beispielsweise Finite-Elemente-Modellen (FEM), abgeglichen werden. Die Bewertung erfolgt anhand etablierter Vergleichskriterien wie MAC- oder COMAC-Kennwerten. Dadurch wird die Qualität der Simulation verifiziert und gegebenenfalls optimiert.
Die Ergebnisse der Modalanalyse liefern somit nicht nur eine fundierte Bewertung des Schwingungsverhaltens, sondern dienen auch als wichtige Eingangsgrößen für weiterführende numerische Berechnungen und Simulationen. Insbesondere Eigenfrequenzen, Eigenformen und Schwingungsamplituden bilden eine belastbare Grundlage für die virtuelle Produktentwicklung und die gezielte Optimierung technischer Systeme.
Welche Luft- und Körperschallmessungen bietet die EVO an?
Das Durchführen und Bewerten von mobilen und stationären Schall- und Schwingungsmessungen:
- Eigenfrequenz- und Schalldruckmessungen
- FFT- und n-tel-Oktavanalysen
- Ordnungsanalysen
- Transfer-Pfad-Analysen
Stationäre Schall- und Schwingungsmessungen
Stationäre Messungen werden an einem festen Ort oder in einem speziell dafür eingerichteten Labor durchgeführt. Sie dienen der Überwachung und detaillierten Analyse von Schall- und Schwingungsemissionen. In solchen Umgebungen werden hochpräzise Sensoren und Messgeräte eingesetzt, um genaue Daten von z.B. Schallpegeln, Frequenzspektren, Schwingungsamplituden etc. zu sammeln.
Anwendungen für stationäre Messungen sind vielfältig und reichen von der Qualitätssicherung in der Produktion über die Untersuchung von Lärmauswirkungen bis hin zur Analyse von Maschinen- oder Gebäudevibrationen. Die gewonnenen Daten ermöglichen die Identifikation von Problemen, die Ergreifung von Vorbeugungsmaßnahmen und die Optimierung der Effizienz der Messobjekte.
Mobile Schall- und Schwingungsmessungen
Mobile Messungen führen wir direkt vor Ort durch. Dadurch können wir flexibel zwischen verschiedenen Standorten wechseln. Mobile Messungen sind ideal, um Schall- und Schwingungsquellen in unterschiedlichen Umgebungen und unter veränderlichen Bedingungen zu erfassen. Dabei werden tragbare oder in Fahrzeugen montierte Messgeräte verwendet, um Daten in Echtzeit zu sammeln. Diese Methode ermöglicht es, flexibel zwischen verschiedenen Standorten zu wechseln und eine breite Palette von Anwendungen abzudecken.
Mobile Schall- und Schwingungsmessungen setzen wir in der Fahrzeugentwicklung ein, um Geräusche und Schwingungen während des Betriebs zu messen und zu analysieren. Außerdem werden sie zur Bewertung von Lärmbelastungen oder bei der Untersuchung von Umweltauswirkungen in urbanen Räumen von uns durchgeführt.
Was ist eine Alpha-Kabine? Und wie kann man damit den Schallabsorptionsgrad von Materialien bestimmen?
Die Alpha-Kabine ist ein miniaturisierter Hallraum zur zerstörungsfreien Messung der Schallabsorption von Materialien, Formteilen oder kompletten Modulen.
TECHNISCHE DATEN zu unserer Alpha-Kabine:
Abmaße: 3,22×2,37×2,03 m (LxBxH)
Volumen: 6,44m³
Musterfläche: 1,2m²
Frequenzbereich: 400-10.000 Hz
Normen: Basierend auf ISO 354:2003
In einer Alpha-Kabine wird die Nachhallzeit T (in Sekunden) der leeren Kabine und die Nachhallzeit der Kabine mit dem platzierten Messobjekt ins Verhältnis gestellt. Die Nachhallzeit selbst gibt an, wie lange es dauert, bis der vorherrschende Schalldruckpegel in der Kabine um 60 dB (T60) oder um 30 dB (T30) abnimmt. Aus ihr wird anschließend für ausgewählte Frequenzbereiche zwischen 400 Hz und 5 kHz der sogenannte Sabine´sche Absorptionsgrad αs berechnet. Aus diesen spezifischen Werten ergibt sich der bewertete Absorptionsgrad αw, der die Absorptionseigenschaften eines Schallabsorbers in einer einzigen Kennzahl zusammenfasst. Diese αw-Werte werden in sechs Kategorien (A bis E und nicht klassifiziert) eingeordnet. Der Vorteil des bewerteten Absorptionsgrads αw liegt darin, dass er das Gesamtverhalten eines Schallabsorbers in einer Zahl zusammenfasst. Bei stärkeren Überschreitungen der Bewertungskurve kann dieser Einzahlwert noch mit Indizes versehen sein.
Schallabsorption und Schalldämmung
In der Bau- bzw. Raumakustik wird der Schallabsorptionsgrad von Akustikelementen gemessen, um festzustellen, wie gut diese Elemente Schallenergie absorbieren und somit den Schallpegel in einem Raum reduzieren können. Die Akustikelemente werden dabei einer bestimmten Schallabsorberklasse (A, B, C, D, E und nicht klassifiziert) gemäß den Vorgaben nach der DIN EN 11654 zugeordnet. Diese Zuordnung basiert auf dem jeweiligen Schallabsorptionsgrad, den das Akustikelement während der Messung erreicht. Welche Kategorie letztlich gewählt wird, um die akustischen Erfordernissen eines Raumes zu erfüllen, hängt auch vom Raum selbst ab, denn die Materialien in den verschiedenen Kategorien ergänzen die bereits vorhandene Schallabsorption. Somit ist die richtige Wahl der passenden Absorberklassen entscheidend für die Optimierung der Raumakustik, die Lärmminderung und die Schaffung einer angenehmen akustischen Umgebung in Gebäuden, Konzertsälen, Büros und anderen Räumlichkeiten.
Zur Messung des Schalldämm-Maßes einer Probe verwenden wir in unserem Labor eine spezielle Messbox. Der Prüfkörper wird auf die Messbox gelegt, fixiert und abgedichtet. Die Messfläche des Prüfkörpers beträgt ca. 0,6 x 0,5 m². Wir regen den Raum innerhalb der Box mit Lautsprechern an und messen den Schalldruckpegel – sowohl innerhalb als auch außerhalb der Box – im Frequenzbereich von 250 Hz bis 4 kHz. Dies geschieht nach den Vorgaben der DIN EN 20140-3. Aus diesen Messergebnissen berechnen wir das entwicklungsbegleitende Labor-Schalldämm-Maß. Aufgrund der Größe der Messbox kann erst oberhalb von 800 Hz ein diffuses Schallfeld erreicht werden, daher verwenden wir die Messwerte im tieffrequenten Bereich nur, um allgemeine Tendenzen zu erkennen.
Vibrometrische Schwingungsanalysen - wie und wozu?
Um schwingende Systeme aus Natur und Technik zu analysieren, sind hochpräzise, flexible und idealerweise rückwirkungsfreie Messwerkzeuge unverzichtbar. Die Laser-Scanning-Vibrometrie erfüllt diese Anforderungen in hervorragender Weise. In der industriellen Forschung und Entwicklung kommen Vibrometer vielfältig zum Einsatz. Sie dienen dazu, die dynamischen und akustischen Eigenschaften von Objekten unterschiedlichster Größe zu untersuchen. Dies reicht von der Schwingungsanalyse großer Flugzeugteile, Produktionsanlagen, Fahrzeugkarossen und Gebäuden bis hin zu winzigen mikroelektronischen Komponenten.
Prinzipiell wird bei der vibrometrischen Schwingungsanalyse der Prüfling mittels eines Shakers oder eines piezoelektrischen Erregers zum Schwingen angeregt. Der Prüfling antwortet mit seinen Eigenfrequenzen bzw. bei gekoppelten Bauteilen mit Relativbewegungen.
Auf der Basis eines vordefinierten Messgitters scannt der Laser die Strukturoberfläche des Prüflings ab und misst am jeweiligen Messpunkt die Schwinggeschwindigkeit. Bei Schwingungsmaxima (Eigenfrequenzen oder Relativbewegungen) wird daraus softwareseitig die Schwingform berechnet. Ein Vorteil des Verfahrens ist die Animation der Schwingformen, die auf ein hinterlegtes Kamerabild projiziert werden und dadurch zum besseren Verständnis des Schwingverhaltens und der jeweiligen Struktur beitragen.
Aus den Schwingformen lassen sich gezielt Strukturmodifikationen zur Verbesserung des Schwingungsverhaltens bzw. zur Verringerung von Relativbewegungen ableiten.
- Berührungslose Messtechnik
Da die Laser-Scanning-Vibrometrie ohne physischen Kontakt mit dem Messobjekt arbeitet, wird die Messung nicht durch die Masse oder Steifigkeit von Sensoren beeinträchtigt. Das interessierende Objekt muss allerdings optisch zugänglich sein. - Hohe räumliche Auflösung
Die LSV ermöglicht die Erfassung von Vibrationen mit hoher räumlicher Auflösung, was bedeutet, dass feine Details der Schwingungen auf der Oberfläche eines Objekts genau gemessen werden können. - Echtzeitmessungen
Moderne Laser-Scanning-Systeme ermöglichen oft Echtzeitmessungen, was wichtig ist, um dynamische Veränderungen in Schwingungen sofort zu erfassen und zu analysieren. - Quantitative Ergebnisse
Die Laser-Scanning-Vibrometrie liefert quantitative Ergebnisse, die numerisch interpretiert werden können. Dies ermöglicht eine präzise Charakterisierung der vorherrschenden Schwingungen.
Diese hochentwickelte Messtechnik ermöglicht es, auch unter extremen Bedingungen zu arbeiten, sei es an heißen Objekten oder an rotierenden Bauteilen. Selbst in der Produktionslinie und bei schwingenden Ultraschallwerkzeugen kann sie eingesetzt werden. Darüber hinaus bietet die Laser-Scanning-Vibrometrie die Möglichkeit, komplexe und empfindliche Strukturen umfassend zu erfassen, wahlweise sogar in Form von dreidimensionalen Schwingformen.
Transfer-Pfad-Analyse - was ist das?
Eine Transfer-Pfad-Analyse ist eine Methode zur Untersuchung und Bewertung von Geräusch- und Schwingungsübertragungen in komplexen Systemen. Sie ermöglicht es, die Wege und Mechanismen zu identifizieren, über die Geräusche oder Vibrationen von einer Quelle zu einem bestimmten Ziel übertragen werden.
Die EVO wendet die Transfer-Pfad-Analyse als eine sehr effiziente Methode an, um die Übertragung von Luft- und Körperschallenergie von einer oder mehreren Quellen zu einem bestimmten Ziel, oft dem menschlichen Ohr, in komplexen Systemen zu untersuchen und zu analysieren. Häufig wird sie in der Fahrzeug- und Maschinenakustik sowie in der Bauakustik eingesetzt.
Die Analyse wird in mehreren Schritten durchgeführt: Identifikation der Quellen – zunächst werden die in einem System vorhandenen Luft- oder Körperschallquellen identifiziert. Messung der Übertragungswege – Messung der Übertragungswege, über die die Luft- oder Körperschallenergie von den identifizierten Quellen zum Ziel gelangt. Berechnung der Beitragspfade – auf der Grundlage der gemessenen oder bewerteten Daten werden die einzelnen Beiträge der verschiedenen Übertragungspfade zum Gesamtschalldruckpegel oder zum Gesamtkörperschallpegel ermittelt. Optimierung – schließlich können Maßnahmen zur Luft- und Körperschallminderung geplant und umgesetzt werden, um die gewünschten Luft- und Körperschallminderungsziele zu erreichen.
Welche Schocktests und Schwingprüfungen bietet die EVO an?
Schocktests und Schwingprüfungen werden gemäß den Prüfnormen DIN EN 60068-2-6 und DIN EN 60068-2-27 durchgeführt. Darüber hinaus bieten wir kombinierte Belastungsprüfungen nach DIN EN 60068-2-29, DIN EN 61373, BMW Group Standard GS 95003-3 und ISO/WD 16750-3 an.
Die hier aufgeführten Prüfungen führen wir in Kooperation mit Partnerfirmen durch:
DIN EN 60068-2-6 (2008-10): Umgebungseinflüsse, Teil 2-6: Prüfverfahren – Prüfung Fc: Schwingen (sinusförmig)
DIN EN 60068-2-27 (1995-03): Umweltprüfungen, Teil 2: Prüfungen; Prüfung Ea und Leitfaden: Schocken
DIN EN 60068-2-29 (1995-03): Umweltprüfungen, Teil 2: Prüfungen; Prüfungen Eb und Leitfaden: Dauerschocken
DIN EN 61373: Betriebsmittel von Bahnfahrzeugen – Prüfungen für Schwingen und Schocken
BMW Group Standard GS 95003-3: Elektrik-/Elektronik-Baugruppen in Kraftfahrzeugen, Mechanische Anforderungen
ISO/WD 16750-3 Road Vehicles: Environmental conditions for electrical and electronic equipment, Part 3: Mechanical loads
Beim Schocktest wird das Produkt oder System abrupt und intensiv einer stoßartigen Belastung ausgesetzt. Dies dient dazu, die Fähigkeit des Produktes zu überprüfen, Stöße und Erschütterungen zu widerstehen, wie sie beispielsweise während des Betriebs (Herabfallen) auftreten können. Durch Schocktest können Schwachstellen und Designfehler identifiziert werden und die Robustheit und Langlebigkeit des Produktes verbessert werden.
Bei der Schwingprüfung wird das Produkt oder die zu untersuchende Struktur oftmals normgerechter Vibrationen ausgesetzt, um die Lebensdauer, Haltbarkeit bzw. Strukturfestigkeit zu überprüfen und sicherzustellen, das es den erwarteten Beanspruchungen bzw. den realen Betriebsbedingungen standhalten kann.
Sie können uns über unsere Website kontaktieren oder uns eine E-Mail senden. Wir stehen Ihnen gerne bei Fragen zur Verfügung.