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Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 58

Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 59

16 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170

Schalldruckpegel [dB]

Frequenz [Hz]

a) Mündungspegel in 0,5 m Abstand b) Berechneter Pegel im Abgasrohr aus a) 1300 U/min, mit Last, ohne Schalldämpfer

Bild 3:

Schalldruckspektrum a) gemessen in 0,5 m Abstand zur Abgasmündung eines 6-Zylinder-Motors mit zusammen 12,8 Liter Hubraum und einer Leistung von etwa 390 kW. Mit einer Rückrechnung aus dem Mündungspegel a) kann auf das Schalldruckspektrum b) im Abgasrohr geschlossen werden.

16 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170

1300 U/min, mit Last, mit Schalldämpfer

Schalldruckpegel [dB]

Frequenz [Hz]

a) Mündungspegel in 0,5 m Abstand b) Berechneter Pegel im Abgasrohr aus a) c) Pegel im Abgasrohr (Hydrophon)

Bild 4:

Schalldruckspektrum a) gemessen in 0,5 m Abstand zur Abgasmündung eines 6-Zylinder-Motors mit zusammen 12,8 Liter Hubraum mit Schalldämpfer und einer Leistung von etwa 390 kW. Mit einer Rückrechnung aus dem Mündungs-pegel a) kann auf das Schalldruckspektrum b) im Abgasrohr geschlossen wer-den. Der Pegel c) wurde mit einem Hydrophon im Abgasrohr bestimmt.

Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 60 Bild 5:

Rußpartikelfilter der Fa. Tehag von Typ CWF-600 (Catalysator-Wallflow-Filter).

Der Partikelfilter hat einen Außendurchmesser von 244 mm und eine Länge von 320 mm.

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1k

100 1k 10k

Druckdifferenz [Pa]

Volumenstrom [m³/h]

Filter 1, A->B Filter 1, B->A Filter 2, A->B Filter 2, B->A

Bild 6:

Druckverlust von zwei Rußpartikelfiltern gleichen Typs (CWF 600). Messung in Strömungsrichtung (A -> B) und gegen die Strömungsrichtung (B -> A).

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31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

0 10 20 30 40

Einfügungsmpfung [dB]

Frequenz [Hz]

DPF 1, gereinigt DPF 2, gereinigt

Bild 7:

Vergleich von zwei Rußpartikelfiltern gleichen Typs (CWF 600) nach der Reini-gung.

0 100

Schalldruckpegel

Temperatur

Kondensat niedriger Preis

Verfügbarkeit Anforderung

Kondensatormikrofon Elektretkapsel Silicon MEMS Sondenmikrofon Dyn. Drucksensoren

Bild 8:

Eigenschaften verschiedener Schallaufnehmer im Netzdiagramm.

Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 62 a)

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000

Frequenz [Hz]

-30 -20 -10 0 10 20 30

GRAS 40SA Monacor MCE 4000 Kistler 7261

Betrag [dB]

b)

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000

Frequenz [Hz]

-30 -20 -10 0 10 20 30

AMSYS 033A-002-D AMSYS SM5652 Bosch 0261230026

Betrag [dB]

Bild 9:

Betrag der Transferfunktion in dB zwischen den getesteten Schallaufnehmern und dem Messmikrofon B&K 4190.

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31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000

Frequenz [Hz]

-180 -120 -60 0 60 120 180

GRAS 40SA Monacor MCE 4000 Kistler 7261

Phase [°]

b)

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000

Frequenz [Hz]

-180 -120 -60 0 60 120 180

AMSYS 033A-002-D AMSYS SM5652 Bosch 0261230026

Phase [°]

Bild 10:

Phase der Transferfunktion in Grad zwischen den getesteten Schallaufnehmern und dem Messmikrofon B&K 4190.

Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 64 a)

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000

0 10 20 30 40

Einfügungsdämpfung [dB]

Frequenz [Hz]

passiv G.R.A.S Sondenmikrofon, Type 40SA (Sonde 20 mm) Monacor, MCE4000 B&K, Type 4190

b)

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000

0 10 20 30 40

Einfügungsdämpfung [dB]

Frequenz [Hz]

passiv Measurement Specialities 033A-002 D Bosch 0261230026 Measurement Specialities SM5652-003-D-3-F

Bild 11:

Einfügungsdämpfung im Aktivschalldämpfer mit den jeweiligen Mikrofonen und Drucksensoren im Vergleich zum ausgeschalteten (passiven) Zustand.

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Bild 12:

Aufbau eines dynamischen Lautsprechers in Konus-Bauform.

0 10 20 30 40

mit Edelstahlfolie 0,025 mm bei Maske rund d = 70 mm

rund d = 130 mm eckig a = 210 mm

Schalldämmung [dB]

Frequenz [Hz]

31,5 63 125 250 500

0 10 20 30 40

Durchmesser Maske d = 130 mm Edelstahlfolie 0,080 mm Edelstahlfolie 0,025 mm PTFE-Folie 0,050 mm

Schalldämmung [dB]

Frequenz [Hz]

31,5 63 125 250 500

Bild 13:

Messung der Schalldämmung im Kundt’schen Rohr bei reflexionsarmen Ab-schluss. Links: Edelstahlfolie (0,025 mm) mit unterschiedlichen Abmessungen.

Rechts: Maske mit 130 mm Durchmesser und Bespannung mit 3 verschiedenen Folien.

Magnet Polplatten Spinne

Abdeckkappe Membran

N S S N

Sicke

Korb

Schwingspule

Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 66 Bild 14:

Skizze der Membranhalterung mit Mikrofonkühlung und Foto der Membran-halterung ohne Alu-Kühler.

-15 -10 -5 0 5

Betrag [dB]

31,5 63 125 250 500 1000

Frequenz [Hz]

-30 -20 -10 0 10

ohne Folie NW30 NW20 NW12 (aufgelegt) NW12

Phase [°]

Bild 15:

Messergebnis der Übertragungsfunktion zu einem Mikrofon mit und ohne Membranabdeckung.

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Bild 16:

Testaufbau zur Messung der Mikrofonfunktion und der thermischen Entkopp-lung der Mikrofonhalterung. Links: Behälter mit heißem Fett, Mitte: Detail der Mikrofonhalterung mit Alukühler, Rechts: Aktivmodul auf dem Fettbehälter.

Bild 17:

Messung der Temperaturverteilung in einem aktiven Abzweigresonator mit Hit-zeschutzfolie und einem Stahlwollemantel als Strömungsführung.

190°C

160 °C 57 °C

74 °C

105 °C

58 °C

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0 5 10 15 20 25

rund angepasste Folie mit Folien-Würfel ohne Trenn-Membran

Einfügungsmpfung [dB]

Frequenz [Hz]

31,5 63 125 250 500 1k

Bild 18:

Aufbau mit »Folienwürfel« im Abzweig und Einfügungsdämpfung des Ver-suchsaufbaus bei aktiviertem Abzweigresonator.

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Längsschnitt Querschnitt

Bild 19:

Versuchsaufbau zur Messung der Einfügungsdämpfung des

Aktiv-Schalldämpfersystems mit Partikelfilter bei konstantem Rückvolumen und punk-tueller Abdichtung zwischen Resonatorkammer und Partikelfilter am Auslass.

16 31,5 63 125 250 500 1000 2000

Einfügungsmpfung [dB]

Frequenz [Hz]

-5 0 5 10 15 20 25 30 35

Mikrofonposition: 1 2 3 4

Bild 20:

Messung der Einfügungsdämpfung und Einfluss der Mikrofonpositionen für den Aufbau nach Bild 19.

1

2 3 4 Einlass

Abdichtung

Mikrofon-positionen

Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 70 Bild 21:

Technische Zeichnung des Gehäuses des aktiven Versuchsschalldämpfers: Sei-tenansicht des aktiven Versuchsschalldämpfers mit Rußpartikelfilter, Sekundär-membranwürfel, Resonatorkammer und einem Gehäuse für den aktiven Abzweigresonator.

Bild 22:

Technische Zeichnung des Gehäuses des aktiven Versuchsschalldämpfers: Vor-der- und Rückansicht des aktiven Versuchsschalldämpfers

Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 71 Bild 23:

Technische Zeichnung des Gehäuses des aktiven Versuchsschalldämpfers: De-tailansicht der Sekundärmembran-Halterung

Bild 24:

Links: Blick in die Abgasleitung mit Lochblechring und DPF. Mitte: Aufbau der Sekundärmembran-Halterung. Rechts: Abgasleitung mit Sekundärmembran und DPF.

Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 72 Bild 25:

Links: Foto der Sensorhalterung bestehend aus einer thermischen Trennung mit PTFE-Membran und mit PTFE-Hülse und einem passiven Kühlkörper aus Alumi-nium. Rechts: Skizze der Sensorhalterung.

Bild 26:

Links: Drucksensor Speisung mit Konstantstromquelle. Rechts: Signalvorverstär-ker mit einer 9V Block Batterie als Speisespannung.

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4

3 + 2

-7

6 LF351 IC1

C1, 2,2uF CAP

1k P1, Verstärkung 47k

R1

22 R5

10k R6

47k R2

180 R4

180k R3

10uF C3 100nF

C4

10uF

C2 2,2uF

C5

47k

P2, Ausgangspegel

GND Out +Uv

+Out

-Out

ICS33 002D Drucksensor

+Sup

-Sup 5

4 6

10

IC2B LM358N IC2A LM358N

7

9

1 2 3

5

6 7

100k R7 100k R6

8

4

IC2, LM358N Vcc+

GND

Constant Stromquelle

Out In

Adj

LM317

Vcc+ R**

Iout=1,25V/R**

0,8Ohm << R** <<120 Ohm

+Sup

Bild 27:

Schaltbild von Drucksensor und Vorverstärker.

Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 74 Bild 28:

Links: Foto des Versuchsschalldämpfers am kleinen Schalldämpfer-Prüfstand des IBP. Rechts: Schematischer Aufbau des aktiven Versuchsschalldämpfers.

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000

0 10 20 30 40

Einfügungsmpfung [dB]

Frequenz [Hz]

passiv, ohne Membrane passiv, mit Membrane

Bild 29:

Gemessene Einfügungsdämpfung des passiven Versuchsschalldämpfers nach Bild 28 mit und ohne Trenn-Membranen aus Edelstahl.

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31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000

0 10 20 30 40

Einfügungsmpfung [dB]

Frequenz [Hz]

aktiv, mit Drucksensor aktiv, mit Mirkofon passiv

Bild 30:

Am kleinen Schalldämpferprüfstand des IBP gemessene Einfügungsdämpfung des aktiven Versuchsschalldämpfers im passiven und aktiven Betrieb.

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000

0 10 20 30 40

Einfügungsmpfung [dB]

Frequenz [Hz]

aktiv, mit Drucksensor aktiv, mit Mikrofon passiv

Bild 31:

Am großen Schalldämpferprüfstand des IBP gemessene Einfügungsdämpfung des aktiven Versuchsschalldämpfers im passiven und aktiven Betrieb.

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Bild 32:

Links: Aktiver Versuchsschalldämpfer im Abgasstrang des Dieselmotors. Mitte:

Drucksensor und Lautsprechergehäuse. Rechts: Mikrofone an der Abgasmün-dung.

Position Temperatursensor:

Abgasstrom Kammer vor Lautsprecher

Kühlkörper des Drucksensors

Bild 33:

Lage der Temperatursensoren am aktiven Versuchsschalldämpfer.

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31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000

50 55 60 65 70 75 80 85 90

Mündungspegel [dB]

Frequenz [Hz]

600 RPM, aktiv 600 RPM, passiv 1000 RPM, aktiv 1000 RPM, passiv

Bild 34:

Am Motorprüfstand gemessener Mündungspegel eines Dieselmotors bei akti-vierten (aktiv) und ausgeschaltetem (passiv) aktiven Versuchsschalldämpfer bei Umdrehungen (RPM) von jeweils 600/min und 1000/min.

Bild 35:

Auswirkung der Motorbelastung. Links: Verformter Zierring des Lautsprechers, Mitte: Abgelöster Zierring auf PTFE-Membran, Rechts: Gerissene Sekundär-membran.

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00:00 00:20 00:40 01:00 01:20 01:40 02:00

0 500 1000 1500 2000 2500

Drehzahl [1/min] / Drehmoment [N]

Messzeit [hh:mm]

Drehzahl Drehmoment

Bild 36:

Drehzahl und Drehmoment während des Messzeitraums am Motorprüfstand.

00:00 00:20 00:40 01:00 01:20 01:40 02:00

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Temperatur [°C]

Messzeit [hh:mm]

Kühlkörper vor Lautsprecher Kammer Abgasstrom

Bild 37:

Temperaturverlauf während des Messzeitraums am Motorprüfstand.

Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 79 Bild 38:

Zylinder und Kolben (links) eines Benzinmotors für z. B. Mopeds und Kettensä-gen; elektrodynamischer Shaker als möglicher Antrieb des Kolbens (rechts).

32 63 125 250 500 1k 2k 4k 60

80 100 120 140 160 180

Feff / m = 1000 Feff / m = 10

Pegel [dB]

Frequenz [Hz]

32 63 125 250 500 1k 2k 4k 1E-7

1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0,01 0,1

160 dB 140 dB 120 dB 100 dB

Auslenkung ξeff [m]

Frequenz [Hz]

Bild 39:

Links: Schalldruckpegel über der Frequenz bei konstantem Verhältnis von effek-tiv anregender Kraft zur bewegten Masse (Feff / m). Rechts: Auslenkung des Kolbens über der Frequenz bei konstanten Schalldruckpegeln.

Zylinder

Kolben

Shaker

Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 80 Bild 40:

Laboraufbau Hubkolbenaktuator mit großem Shaker (links) und mit kleinem Shaker (rechts).

L/dB[SPL]

50 60 70 80 90 100 110 120

f/Hz

31.5 63 125 500 1000 4000

L/dB[SPL]

50 60 70 80 90 100 110 120

f/Hz

31.5 63 125 500 1000 4000

Bild 41:

Messung des Schalldruckpegels im Messrohr mit reflexionsarmen Abschluss.

Blau = Hubkolbenaktuator (Shaker klein), Grün = Hubkolbenaktuator (Shaker groß), Rot = Lautsprecher (W100S). Links: Anregung rosa Rauschen, Rechts:

Anregung linearer Chirp (20 Hz – 200 Hz).

L/dB[SPL]

60 70 80 90 100 110 120 130

f/Hz

31.5 63 125 500 1000 4000 Messung: Schalldruck

Rechnung: Schnelle in Schalldruck

v/m/s

20µ 50µ 0.2m 0.5m 2m 5m 20m 50m 0.2

f/Hz

31.5 63 125 500 1000 4000 Rechnung: Schalldruck in Schnelle Messung: Schnelle

Bild 42:

Vergleich von gemessenem Schalldruck mit großem Shaker (rosa Rauschen) im Messrohr zum berechneten Schalldruck aus der Kolbenschnelle (peff = veff ρ c).