Schallleistungsmessung
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- Lennart Holtzer
- vor 7 Jahren
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1 Schallleistungsmessung Prüfverfahren an Heizkessel bei Bosch Thermotechnik GmbH mit Dipl.-Ing. Alexander Eberl, Werk Lollar Smart und effizient Bosch Thermotechnik bietet seinen Kunden weltweit Lösungen für Raumklima, Warmwasser und dezentrales Energiemanagement. Ob Brennwerttechnik, Solarthermie, Wärmepumpen oder Kraft-Wärme- Kopplung mit umfassendem Know-how ermöglicht Bosch Thermotechnik die Reduzierung von CO²-Emissionen. Einleitung Die Bestimmung des Schallleistungspegels ist ein immer wichtiger werdendes Qualitätsmerkmal von Maschinen, Geräten und Baugruppen. Dieses betrifft auch die von der Bosch Thermotechnik GmbH hergestellten Heizkessel, da umweltbewusste und qualitätsorientierte Kunden einen möglichst geräuscharmen Dauerbetrieb der bodenstehenden Geräte erwarten. Auch die Optimierung der Geräuschentwicklung von Produkten setzt voraus, dass alle schalltechnischen Größen als zuverlässige Messwerte erfasst werden. Zur Sicherstellung der bestehenden hohen Qualitätsanforderungen, wurde bei Bosch Thermotechnik im Werk Lollar ein akustisches Prüfverfahren gemäß der internationalen Norm EN ISO 3744 eingeführt. Die praktische Umsetzung des akustischen Prüfverfahrens im Werk Lollar der Bosch Thermotechnik erfolgte unter der Federführung von Herrn Dipl.-Ing. Alexander Eberl. Die gesamte Messtechnik für den neuen Schallmessraum, inklusive 12-Kanal OR36 Multi-Analysator, Software für Schallleistungsmessung, ICP Messmikrofone, flexible Mikrofonanordnung und Verbindungskabel wurde von OROS geliefert. _ Im Werk Lollar befindet sich der Sitz des Produktbereichs Heizen Boden, das Kompetenz-Zentrum für Kraft- Wärme-Kopplungsanlagen, die Buderus Akademie sowie das Zentrallager für Ersatzteile. Der Standort Lollar ist auf die Entwicklung, Fertigung und Prüfung bodenstehender_heizkessel spezialisiert. OROS Sound Power ISO 3744, 3745, 3746 IEC Erweiterung Flexible Messoberflächen Korrekturfaktoren Wiederholbarkeitsprüfung Schallleistungsberechnung Schallleistungsreport 1
2 Grundlagen Zur Klassifizierung der Geräuschemission von Maschinen, Geräten und Baugruppen, und zur Vergleichbarkeit der Schallabstrahlung verschiedener Geräte, wird auf die entsprechende Norm zurück gegriffen. Die Norm beschreibt die Voraussetzungen für reproduzierbare und vergleichbare Messungen bei unterschiedlichen Messobjekten. Solche Bedingungen betreffen u.a. den Messraum, die Anzahl und Anordnung der Mikrofone um den Prüfling, sowie die Anforderungen an die Messtechnik. Ein Auszug aus den hier zuständigen Normen zeigt z.b. die unterschiedlichen Genauigkeitsklassen auf. Die ISO 3744 beschreibt die Genauigkeitsklasse 2, nach welcher bei der Bosch Thermotechnik GmbH gemessen wird. Aus der Vorgabe ergibt sich unter anderem, dass die Messung des Schalldruckpegels an mindestens 9 Stellen nötig und die Messtechnik (Messmikrofone, Analysator etc.) nach Klasse 1 spezifiziert ist. Die Anforderung an den Raum sind nicht sonderlich hoch, ein schallarmer Raum mit einem K 2 Faktor von weniger als 4dB ist ausreichend. Für die Positionierung der Messmikrofone um das Messobjekt gibt es verschiedene, nach der Norm gültige Möglichkeiten. Als Beispiel ist eine Halbkugel- als auch eine Quaderförmige Anordnung zulässig, solange diese eben mindestens 9 Messpunkte aufweisen. Aus den später gemessenen Schalldruckpegeln der einzelnen Messmikrofone wird mit einem normativen Verfahren der Schallleistungspegel der Quelle berechnet. Dabei handelt es sich um die abgestrahlte Schallleistung im Verhältnis zu der Bezugsschallleistung als Angabe in Dezibel. Sowohl die Messmikrofone als auch der Analysator müssen für jede Messdurchführung kalibriert werden. 2
3 Messaufbau Für die Schallleistungsmessungen wurde von Bosch Thermotechnik in Lollar ein schallarmer Raum eingerichtet, der sowohl Fremdgeräusche von außen als auch Rückwirkungen minimiert. Zusammen mit den Klasse 1 Messmikrofonen und der OROS Analysator Hardware und Software, entstand ein messbereiter Schallleistungsprüfstand, in dem verschiedenste Prüflinge bewertet werden können. Die Anordnung der Mikrofone um das Messobjekt wird aus den von der Norm vorgegebenen Möglichkeiten gewählt. Aus praktischen Gründen wird die quaderförmige Anordnung mit 9 Positionen verwendet. Die genaue Position der Messmittel wird durch die Größe des Prüflings bestimmt. Von diesem ausgehend ergeben sich die Abstände der einzelnen Mikrofone im Schallmessraum. Angefangen bei der Position 9, die sich einen Meter oberhalb des zu vermessenden Objekts befinden muss, richten sich auch die anderen Positionen nach dem Abstand zum Objekt. Damit die Anordnung der Messmikrofone bei wechselnden Messobjekten, die sich vor allem in der Größe unterscheiden, schnell angepasst werden können, sind die Mikrofone durch Schienen und höhenverstellbare Halterungen im Messraum angebracht. Diese Flexibilität sichert im Zusammenspiel mit der erforderlichen OROS Hard- und Software das effiziente Arbeiten im Schallmessraum. Die ICP Messmikrofone sind mit BNC-Kabel direkt an die Eingänge des OR36 Analysator angeschlossen und werden vom Analysator mit Konstantstrom versorgt. Der Analysator ist komfortabel zugänglich in einen Nebenraum untergebracht. Die im Analysator integrierten Schallpegelmesser und Filter entsprechen der nach Norm geforderten Klasse 1. Durch die hohe Kanalzahl des Analysators sind Messungen mit allen Mikrofonen gleichzeitig möglich. Die sequentielle Messung eines stationären Prüflings ist nicht mehr erforderlich und die aufgewendete Zeit für eine Messung wird auf ein Mindestmaß reduziert. OROS OR36 Analysator 4 bis16 Eingangskanäle Robust, tragbar (5kg) Integrierte DSP Rechenleistung Genauigkeit: ±0.02 db/± 0.02 Echtzeit Bandbreite: 40 khz AC/DC/ICP/TEDS 24 Bit, 144 db 3
4 Messvorgang Die Messung an sich ist durch die Norm weitgehend vorgegeben. Die OROS Schallleistungssoftware folgt exakt den Vorgaben dieser Norm. Zu Beginn ist eine Bewertung des Messraumes notwendig, da die Gegebenheiten des Raumes das Ergebnis beeinflussen. Bei der Bosch Thermotechnik in Lollar wurde durch OROS Experten zur Bestimmung der Nachhallzeit die RT60 Methode angewandt. Das erhaltene Ergebnis wird in der Software als Korrekturfaktor K2 für jede Terz-Mittenfrequenz eingetragen. Vor jeder Schallquellenmessung wird zudem eine Messung des Hintergrundgeräuschs (K1-Faktor) durchgeführt. Außer den genannten Einstellungen müssen lediglich die verwendeten Messmikrofone aus der Datenbank eingetragen werden, um im Anschluss die Messung durchführen zu können. Das sehr einfach gestaltete Bedienpanel erleichtert dem Anwender bei Bosch Thermotechnik die Durchführung der Messungen. Angefangen mit der Aufzeichnung der Hintergrundgeräusche, über die Schallquellenmessung bis hin zur Report- Erstellung bedarf es nur weniger Klicks. Über eine Mittelungszeit von 10 Sekunden wird an jedem Messmikrofon im Frequenzbereich von 20 Hz bis 20 khz die Pegel in den Terzbänder ermittelt und der Schallleistungssoftware zur Verfügung gestellt. Im Bild zu sehen sind die genannten Bänder am Beispiel einer 6-kanaligen Schallleistungsmessung. Über genormte Gleichungen erfolgt daraus unter Berücksichtigung der Korrekturfaktoren die Berechnung des Schallleistungspegels des Messobjektes. Nach der kurzen Gesamtmesszeit müssen lediglich noch einige wenige spezifische Parameter, wie z.b. Temperatur, Luftdruck, Bezeichnung des Objekts etc. eingegeben werden, um die Messung abzuschließen. Der komplette Schallleistungsreport, mit Angabe des Schallleistungspegels sowie weiterer Größen, wird dann automatisch generiert. 4
5 Applikationsreport Bosch Thermotechnik GmbH Erweiterbarkeit Neben der beschriebenen Anwendung für Schallleistungsmessung, sind die portablen und robusten OROS Vielkanal-Analysatoren für viele zusätzliche Applikationen im Bereich der Akustik und Schwingungstechnik einsetzbar. Die Geräte erlauben den direkten Anschluss aller üblicher Sensoren und bieten viele weitere modulare Analyseverfahren für Industrie dustrielle Akustik, Schwingungsdiagnostik,, Rotordynamik und Strukturanalyse. Hierzu bedarf es lediglich einer Erweiterung der modularen Software, um auch für zukünftige Messaufgaben bestens gerüstet zu sein. Zur Erweiterung der schwingungsdiagnostischen Möglichkeiten können OROS ROS Analysatoren auch komplett in vorhandene Prüfstände integriert werden. Eine offene Schnittstelle erlaubt den direkten Zugriff auf die Software des Analysators und die Steuerung des kompletten Messablaufs. Messablaufs Ebenso einfach lässt sich der Datenaustausch zwischen verschiedenen Systemen realisieren. Hierzu stehen Befehlsbibliotheken ibliotheken mit entsprechender Dokumentation zur Verfügung, um mit Standard-Programmiersprachen (z.b..b. C, C++, LabVIEW ) LabVIEW eigene Anwendungen entwickeln zu können. Zusammenfassung Bei Bosch Thermotechnik in Lollar wird seit Juli 2014 unter Federführung von Dipl.-Ing. Dipl. Alexander Eberl ein Prüfstand für Schallleistungsmessungen tungsmessungen betrieben. Die Heizkessel werden durch Messtechnik von OROS bzgl. ihrer Schallleistung nach Vorgaben der Norm ISO3744 in einem Schallmessraum in Lollar bewertet. An Hand der Messgröße lassen sich verschiedenste Heizkessel auf Grund der reproduzierbaren Bedingungen miteinander vergleichen. Bosch Thermotechnik ist somit für die akustische Überprüfung der Heizkessel im Bereich der Fertigung und Entwicklung bestens gerüstet. Mit den erhaltenen Messdaten können Rückschlüsse auf die Qualität der Produkte gezogen und Maßnahmen Maßnahmen zur Verbesserung eingeleitet werden. Ihre Ansprechpartner für weitere Fragen zum Thema Schallleistungsmessungen: Schallleistungsm Bosch Thermotechnik GmbH, Herr Alexander Eberle mailto:alexander.eberl@de.bosch.com OROS GmbH, Herr Dominik Fuchsius mailto:d.fuchsius@oros-deutschland.com OROS GUTSCHEIN für kostenlose Präsentation der Schallleistungsmesstechnik in Ihrem Hause Name: Vorname: Firma: Ort: Tel: Senden Sie den Gutschein per Fax an , oder per an info@oros-deutschland.com deutschland.com. Wir werden uns umgehend bei Ihnen melden und besuchen Sie gerne für eine kostenfreie Vorführung. 5
6 Erfahrung 1985 gegründet, ist OROS ein weltweit führender Anbieter von portablen Signalanalysatoren und integrierten Lösungen für die Messung und Analyse von Schall- und Schwingungen. Durch selbstständige Komplettentwicklung der Soft- und Hardware unserer Messinstrumente, sind wir Ihr innovativer und zuverlässiger Partner auf dem vielseitigen Gebiet der Schall- und Schwingungsmesstechnik. Qualität Höchste Qualität ist uns Verpflichtung und Basis für eine dauerhafte Kundenbeziehung. Bereits 1996 wurde ein Qualitätsmanagementsystem nach ISO 9000 eingeführt. Zuverlässigkeit, Termintreue und Fehlerfreiheit bei der Abwicklung von Projekten sind unser oberstes Ziel. International OROS verfügt über ein weltweites Netzwerk von eigenen Niederlassungen und autorisierten Vertriebspartnern in mehr als 35 Ländern. Regional Die OROS GmbH ist Ihr lokaler Ansprechpartner für Deutschland und die deutschsprachige Schweiz. Mit unserer Zentrale in Koblenz am Rhein und unseren technischen Außenbüros garantieren wir Kundennähe und eine kompetente und faire Beratung bei der Auswahl der geeigneten Produkte und Lösungen für Ihre speziellen Aufgabenstellungen. Internet OROS SA OROS GmbH OROS Inc. OROS France OROS China
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