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).
Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 61
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
0 10 20 30 40
Einfügungsdämpfung [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.
Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 63 a)
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.
Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 65
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.
Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 67
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
Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 68
0 5 10 15 20 25
rund angepasste Folie mit Folien-Würfel ohne Trenn-Membran
Einfügungsdämpfung [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.
Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 69
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
Einfügungsdämpfung [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.
Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 73
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
Einfügungsdämpfung [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.
Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 75
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000
0 10 20 30 40
Einfügungsdämpfung [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
Einfügungsdämpfung [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.
Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 76
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.
Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 77
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.
Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP IBP-Bericht B-TS 1/2011 78
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).