Pressemitteilung. Mehr Fahrkomfort dank reduziertem Tankgeräusch. TECOSIM entwickelt Simulationsprozess zur Akustikbewertung

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1 Mehr Fahrkomfort dank reduziertem Tankgeräusch TECOSIM entwickelt Simulationsprozess zur Akustikbewertung Rüsselsheim, 7. Mai Die Akustik im Fahrzeuginnenraum hat sich in den vergangenen Jahren stetig verbessert: Insassen werden immer weniger durch Motorlärm, Fahrtwind oder rollende Reifen belastet. Doch während das Dröhnen und Pfeifen an der einen Stelle reduziert wurde, rücken andere Geräusche umso stärker ins Bewusstsein. Dazu gehört das Schwappen des Tankinhalts. Schon bei einem konventionellem Fahrzeug hört man gelegentlich beim Anfahren oder Halten das Benzin gegen Wand des Tanks schlagen. Dies nehmen Passagiere von Fahrzeugen mit Start-StoppFunktion oder Hybridantrieb durch wegfallenden Motorengeräusche wesentlich deutlicher wahr. TECOSIM hat sich intensiv mit ser Thematik auseinander gesetzt und im Rahmen eines ZIM-Forschungsprojekts (Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand) einen Ansatz zur Optimierung von Tankstrukturen und eingebauten Hindernissen entwickelt. Ausgangspunkt Projektteam für war das TECOSIM Analyse der akustischen Eigenschaften einer beispielhaften Tankgeometrie. Dabei untersuchten Spezialisten verschiedene Parameter, darunter Wirkung von eingebauten oder fehlenden Hindernissen, so genannten Einige typische Varianten für Anordnung von Schwallblechen im Tank, TECOSIM bei der Simulation eingesetzt hat. Schwallblechen. Diese sollen im Tank Bewegungsenergie des Kraftstoffs minimieren. Außerdem analysierten sie den Einfluss von Diesel und Benzin mit unterschiedlicher Dichte und Viskosität auf das strömungsmechanische 1

2 Verhalten und simulierten das Tankschwappen mit drei verschiedenen Tank-Füllständen (100, 80 und 50 Prozent). Um den Umfang des Forschungsprojekts überschaubar zu halten, wurde als Szenario ein moderates Fahrverhalten mit genau definierter Fahrzeuggeschwindigkeit, Stärke der Bremsverzögerung und Länge der Messzeit nach dem Anhalten festgelegt. Zu Beginn des Projekts konzentrierten sich Ingenieure auf Strömungssimulation (CFD). Sie stellten jedoch bald fest, dass se für eine akustische Bewertung nicht ausreichte: Es konnte zwar aufgezeigt werden, welche Varianten der Schwallbleche wirkungsvoll das Schwappen reduzieren. Das allein ließ jedoch keine Aussage über das akustische Verhalten des Tanks zu. Denn gleichzeitig wurde klar, dass ein starkes Schwappen nicht zwangsläufig mit einer hohen Geräuschentwicklung einhergeht. Dagegen schien Struktur der Tankwand selbst einen größeren Einfluss auf Geräuschbildung zu haben als zunächst angenommen. Dreigliedriger Ansatz zur akustischen Bewertung Das Team erweiterte daraufhin den Simulationsprozess: Zunächst wurde oben erwähnte, zeitabhängige Strömungssimulation (CFD) durchgeführt. Hierbei wurden lokale Oberflächendruckverteilung und Fluidströmung im Tank analysiert sowie Druck und Druckgranten an den Tankwänden berechnet. Die Ergebnisse zeigten Geschwindigkeits-, Druck- und Fluidverteilung im Tank. Die Daten wurden via Fast Fourier Transformation für anschließende FEM-Berechnung aufbereitet. 2

3 Es folgte eine frequenzabhängige FEM- Berechnung: Hier analysierten Ingenieure Deformationen der Tankoberfläche, sich aufgrund der Fluid-Druckschwankungen ergeben. Im letzten Schritt erfolgte eine frequenzabhängige Akustik-Analyse des Luftschalls (Sound Pressure Level SPL). Diese wurde an ausgewählten Punkten in einem vorgegebenen Abstand vom Tank durchgeführt. Die Ingenieure von TECOSIM entwickelten einen mehrstufigen Simulationsprozess für akustische Bewertung. Der Wechsel von einer Simulation im Zeitbereich zu einer Simulation im Frequenzbereich hat mehrere Vorteile: Letztere kann für jede Frequenz endkoppelt stattfinden. Somit ist grundsätzlich eine Auswahl bestimmter Frequenzbereichen im hörbaren Bereich oder einzelner Eigenfrequenzen möglich. Zudem ist der Simulationsaufwand im Frequenzbereich im Vergleich zu Untersuchungen im Zeitbereich geringer. Zusammenhänge aufzeigen Die einzelnen Schritte des erweiterten Simulationsprozess zeigten wichtige Zusammenhänge auf, jeweiligen Ergebnisse flossen in den nächsten Schritt ein: Die CFD-Simulation gab Aufschluss über auftretenden Kräfte der Strömung, anschließende Struktursimulation zeigte im FE-Modell Deformation der Tankoberfläche aufgrund der Drücke. Auf ser Basis ließen sich mit der Akustik-Berechnung der abgestrahlte Luftschall und damit das wahrnehmbare Geräusch bestimmen. Anhand der Ergebnisse konnten TECOSIM Spezialisten bei dem Beispiel-Tank ein Hindernis mit optimierter Geometrie einsetzen. Mit dem Einbau des Schwallblechs wurden auftretenden Strömungskräfte und damit das Tankschwappen 3

4 bei allen drei untersuchten Füllständen deutlich reduziert. Dies wirkte sich nachweisbar positiv auf Akustik aus. Effektiver, übertragbarer Lösungsansatz Mit der Erweiterung des Simulationsprozesses hat das Team von TECOSIM eine Methodik entwickelt, genaue Aussagen über das akustische Verhalten eines Tanks zu treffen. Das entwickelte Verfahren lässt sich auf reale Tankgeometrien übertragen. Dabei können Ingenieure nicht nur Geräuschbildung reduzieren, sondern auch Anzahl und exakte Montageposition der Schwallbleche optimieren, da der Einbau ser Hindernisse sehr kostenintensiv ist. Für OEMs sowie Hersteller von Kunststofftanks bietet se Methodik einen deutlichen Vorteil im frühen Produktentwicklungsstadium, den Fahrzeuginsassen bringt Reduzierung der Geräuschentwicklung mehr Komfort. Umfang: Zeichen (inkl. Leerzeichen) Unternehmensportrait Tecosim Gruppe Tecosim ist ein weltweit führender Entwicklungspartner für Computer Aided Engineering (CAE). Der Spezialist für numerische Berechnung und Simulation beschäftigt weltweit rund 400 Mitarbeiter. Die international tätige Gruppe hat ihren Hauptsitz in Rüsselsheim und ist mit sechs Niederlassungen in Deutschland sowie Gesellschaften in Großbritannien, Inn und Japan vertreten. Tecosim unterstützt Kunden aus den Geschäftsfeldern Mobilität, Energie, Industrie & Technik sowie Gesundheit. Die Ingenieure bearbeiten anspruchsvolle Aufgabenstellungen aus den Bereichen Struktursimulation, Strömungssimulation, Mehrkörpersimulation und Systemsimulation. Als Innovationstreiber setzt Tecosim richtungsweisende Verfahren ein und berät umfassend von ersten Konzepten bis hin zu serienreifen Komplettlösungen. Software-Tools und Methoden zur Prozessoptimierung runden das Angebot ab. 4

5 Pressekontakt / Ansprechpartner für Fragen TECOSIM Venture AG Bettina Schmidt Leiterin Unternehmenskommunikation Bahnhofsplatz Rüsselsheim Tel.: / Fax: / b.schmidt@ven.tecosim.com Internet: TECOSIM Venture AG Karolin Friele-Brendel Managerin Unternehmenskommunikation Bahnhofsplatz Rüsselsheim Tel.: / Fax: / k.friele@ven.tecosim.com Internet: 5