Lager in Einbauumgebung

E-Mobility liegt im Trend, aber mit der Elektrifizierung der Fahrzeuge entstehen auch neue Herausforderungen:

So werden durch verschiedenste Aggregate, wie zum Beispiel  Bremskraftverstärker oder Klimakompressoren, Schwingungen erzeugt, die durch den Resonanzkörper des Chassis zu unangenehmen Nebengeräuschen führen. Diese wurden bis dato nicht wahrgenommen, da der Verbrennungsmotor sie übertönte. Nun treten durch die vermeintlich angenehme Stille moderner E-Motoren gerade diese Geräuschquellen stärker in den Vordergrund und schränken den Komfort in der Fahrgastzelle ein. Bisher angebotene Lösungen bestehen ausschließlich in der Vermeidung der Laufgeräusche der Kugellager durch präzise gefertigte Hochgenauigkeitslager und den Einsatz von Spezial- Schmierstoffen. Allerdings hilft dies nicht gegen Vibrationen oder das sogenannte Heulen von Zahnrädern, deren Körperschall durch die Lagerstellen in das Gehäuse weitergeleitet wird. Bevor solche Vibrationen zu Luftschall und damit zu  einer störenden Lärmquelle werden, müssen sie frühzeitig abgedämpft werden. Die ROLLAX GmbH & Co. KG bietet hierfür beispielsweise Speziallager mit passiver Körperschallentkopplung an, die die Geräuschemissionen um bis zu 10 dB(A) reduzieren.

Zusätzliche Aktuatoren, Stellmotoren und zahlreiche elektrische Fahrzeugfunktionen erzeugen Vibrationen in Fahrzeugen, die bisher von Verbrennungsmotoren überdeckt wurden. Fällt ein solcher Antrieb weg, werden diese Nebengeräusche deutlicher wahrgenommen und können den Fahrgast stören. Um den Komfort moderner E- und Hybridfahrzeuge zu verbessern, muss dies bereits frühzeitig in der Konstruktion von Fahrzeugen bedacht werden. Schon kleine Veränderungen wie akustisch abgestimmte Speziallager können das Fahrerlebnis wesentlich verbessern.

Eindämmung resonanzfähiger Körper verhindert störende Geräusche

Um unerwünschte Geräuschemissionen zu reduzieren, muss man  zuerst verstehen, wie diese Geräusche in einem Fahrzeug entstehen. Entscheidend ist hierbei der wesentliche Unterschied zwischen Körperschall und Luftschall. Beim Körperschall wird ein Festkörper  in Schwingung versetzt: Beispiele hierfür sind Trittschall, Erdbeben oder (als technische Anwendung) das Ultraschallschweißen.  Kommen Resonanzkörper ins Spiel – wie zum Beispiel Türverkleidungen, Spritzwände oder ein Blechgehäuse – wird dieser Körperschall durch die Schwingungen des Resonanzkörpers in hörbaren Luftschall gewandelt. Üblicherweise geschieht dies in Fahrzeugen erst, wenn der Körperschall über einen der vorher genannten Resonanzkörper in die Fahrgastzelle eindringt. Ein erfolgversprechender und effektiverer Ansatz, den Rollax verfolgt, ist die Entkopplung von Resonanzkörper und Oszillator (Schwingungserzeuger). So kann die Entstehung von Luftschall im Keim erstickt werden.

Das Grundprinzip kann an einem gängigen Beispiel aus dem Bereich der Musik veranschaulicht werden: Bei einer Geige stellt der Holzkorpus den Klangkörper dar, auf dem Saiten zwischen zwei Enden gespannt sind. Werden die Saiten durch den Geigenbogen in Schwingung gebracht, so übertragen sich diese Schwingungen auf den Resonanzkörper (Körperschall) und die Vibrationen werden anschließend an die Luft übertragen (Luftschall), wodurch ein Ton entsteht. Wären die Saiten aber in weichem Gummi gelagert, verlöre sich die Schwingung in dem Elastomer und ein Großteil des Klangs würde überhaupt nicht in den Resonanzkörper eindringen. Auf diese Weise erklingt kein Ton, obwohl die Saite angeregt wurde. Dieses Prinzip kann auch auf die Eindämmung von Körperschall in Fahrzeugen übertragen werden. Indem die jeweils schwingende Komponente (Oszillator) vom restlichen Klangkörper entkoppelt wird, lassen sich Schwingungen und damit der hörbare Schall effektiv unterdrücken.

 Anwendungsbeispiel: Speziallager für Bremskraftverstärker

Eine Anwendungsmöglichkeit dieses Prinzips stellt die Dämpfung der Geräuschemissionen von Bremskraftverstärkern dar. Diese Hilfsaggregate bestehen gerade bei Hybridfahrzeugen üblicherweise aus elektrohydraulischen Pumpen und werden oftmals vorne an der sogenannten Spritzwand (Trennung von Motor zum Fahrgastraum) direkt am Bremspedal angebaut. Von dort übertragen sich die entstehenden Vibrationen durch das Gehäuse und die Spritzwand in den Innenraum und es entstehen störende Geräusche. Bisher wurde daran gearbeitet, Bremskraftverstärker mit möglichst geringen Vibrationen zu konstruieren. Doch das starre Blechgehäuse in Verbindung mit der Spritzwand ist ein idealer Resonanzkörper und leitet die Schwingungen ungehindert ins Fahrzeuginnere. Rollax empfiehlt in solchen Fällen deshalb eine Entkopplung des Erregers zum Resonanzkörper durch ein akustisch abgestimmtes Speziallager mit Elastomerringen, das störende Schwingungen entkoppelt.

Bei dieser Lösung werden die Schwingungen durch den inneren Aufbau des Lagers mit Hilfe einer Schicht aus temperaturresistenten Elastomeren abgefangen, bevor sie in den Resonanzkörper – in diesem Fall das Gehäuse – gelangen. Um solche Speziallager optimal für den jeweiligen Anwendungsfall entwickeln zu können, analysiert Rollax den Frequenzeingang und berechnet daraus die erforderlichen Dämpfungsparameter. Diese Technik ist überaus flexibel und kann auf viele Frequenzen und Umgebungsbauteile eingestellt werden. Auch das Verhältnis aus Dämpfung und Steifigkeit lässt sich optimal an die jeweiligen Anforderungen anpassen. Damit entspricht das Speziallager den üblichen Normen, ist bauraumneutral und kann in jede Produktionskette problemlos eingefügt werden, da es sich in Größe und Funktion nicht von herkömmlichen Lagern unterscheidet.

Fazit: Höherer Komfort für die Fahrgastzelle der Zukunft

Elektrische Antriebe – aber auch das autonome Fahren – werden auf lange Sicht einen entscheidenden Einfluss auf die zukünftigen Transportgewohnheiten von Personen haben. Umso wichtiger wird Ruhe für unsere moderne Mobilität werden, denn der Insasse nimmt dort weniger die Rolle des Fahrers ein als vielmehr die des Fahrgastes. Dadurch rücken viele Aspekte und Tätigkeiten während der Fahrt in den Vordergrund, für die er sich mehr Ruhe wünscht. Daher sollte der Komfort in der Fahrgastzelle durch eine möglichst geringe Lärmbelästigung stets gewährleistet sein. Des Weiteren wird nach dem Wegfall des Verbrennungsmotors die akustische Optimierung des Fahrzeugs als Markenidentität der OEMs und auch als Alleinstellungsmerkmal deutlich an Bedeutung gewinnen. Diesen Herausforderungen muss sich die Automotive-Branche frühzeitig stellen und ein erster Schritt in diese Richtung fängt im Kleinen an – beispielsweise mit akustisch abgestimmten Speziallagern.

Quellle: ROLLAX GmbH & Co. KG

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