Projekt 13763/01

Strategien und Maßnahmen zur Verringerung der Schallemission von Einzelkornsägeräten

Projektdurchführung

Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule(RWTH) AachenInstitut für Kraftfahrwesen (ika)
Steinbachstr. 10
52074 Aachen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Der Einsatz pneumatischer Zusatzgeräte wie Einzelkornsägeräte (EKS) mit Gebläse führen zu erhöhter Belastung des Bedieners und der Umwelt. Ziel des Vorhabens ist es, die Geräuschemissionen dieser Landmaschinen im realen Betrieb zu senken und damit die Belastungen von Mensch und Umwelt zu reduzieren. Hierzu sollen die derzeit hohen Schallemissionen von bis zu 89 dB(A) deutlich gesenkt werden. Mit Kenntnis der einzelnen Teilschallquellen und Übertragungswege aller relevanten Aggregatekomponenten sollen spezifische Maßnahmen zur Geräuschreduktion erarbeitet werden, die von der Firma Amazone umgesetzt werden. Weiteres Ziel ist es, basierend auf den in den Einzeluntersuchungen gefundenen, praxisorientierten Änderungen allgemeingültige Konstruktions- und Entwicklungshinwei-se sowie Strategien zu erarbeiten und deren Übertragbarkeit auf andere Aggregate aufzuzeigen. Dies beinhaltet vor allem die Ableitung eines einfachen Verfahrens zur Schallemissionsbestimmung. Somit werden kleinen und mittelständischen Unternehmen langfristig Hilfestellungen bei der Geräteentwicklung unter akustischen Gesichtspunkten gegeben.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenFür die Ermittlung und Analyse der Schallemissionen und Schallübertragungswege sowie die Untersuchung störender Frequenzbereiche ist die Anpassung einer Feldmessvorrichtung vorgesehen. Mit Hilfe dieser Feldmessvorrichtung wird der Ist-Zustand von Einzelkornsägeräten praxisgerecht in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen aufgezeichnet und analysiert. Hierbei wird insbesondere die Gebläse- und Drucklufteinrichtung untersucht, da hier derzeit akuter Handlungsbedarf hinsichtlich der Geräuschabsenkung besteht. Anhand von Teilschallquellenanalysen werden in Prüfstandsversuchen die Hauptgeräuschverursacher ermittelt. Aus den im reflexionsarmen Schallmessraum durchgeführten Laborversuchen werden praxisorientierte Maßnahmen zur Reduktion der Geräuschemission durch konstruktive Überarbeitung von Bauteilen abgeleitet, welche seitens des Herstellers (Amazone) umgesetzt werden. In Feldversuchen wird abschließend die Wirksamkeit von vorgeschlagenen Strategien und Maßnahmen überprüft. Weiterhin ist es Ziel des Forschungsvorhabens, basierend auf den akustischen Einzeluntersuchungen allgemeine Entwicklungs- und Konstruktionsstrategien zu erarbeiten und deren Übertrag-barkeit auf andere Aggregate aufzuzeigen.


Ergebnisse und Diskussion

Die Tatsache, dass gerade bei pneumatisch arbeitenden Einzelkornsägeräten die Lärmemission und damit die Belastung der Umwelt und des Arbeitspersonals besonders hoch ist, führte zur Initiierung des Projektes zur Minimierung der Schallemissionen beim Einzelkornsägerät.
Dazu wurden Gesamtgerätuntersuchungen, detaillierte Prüfstandmessungen an Komponenten und ab schließende Analysen des optimierten Gerätes durchgeführt. Im Rahmen einer Gesamtgerätuntersuchung wurde zunächst der Ist-Zustand unter Berücksichtigung verschiedenen Parameter aufgezeichnet und anschließend analysiert. Dazu wurde neben einer Messung im Stationärbetrieb eine Messung im Realbetrieb, d.h. bei verschiedenen Fahrgeschwindigkeiten durchgeführt.
Dabei konnte das Gebläse als Hauptgeräuschverursacher identifiziert werden, so dass sich nachfolgende Untersuchungen somit verstärkt auf das Gebläse konzentrierten. Im reflexionsarmen Schallmessraum wurde dazu ein von einem Hydromotor angetriebener Gebläseprüfstand aufgebaut. Schalldruck- und Schallintensitätsmessungen sowohl am gesamten Gebläse als auch an verschiedenen Aufbaustufen des Gebläses ermöglichten eine detaillierte Teilschallquellenanalyse. Dabei erwies sich der Gebläsesauslass als eindeutige Hauptschallquelle.
Auf der Basis der gewonnen Erkenntnisse wurden in einem nächsten Schritt mögliche Maßnahmen zur Schallreduzierung am Einzelkornsägerät erörtert und ihre Anwendbarkeit auf das Einzelkornsägerät diskutiert. Für die nachträgliche Schallreduzierung am Einzelkornsägerät wurde die Schalldämpfung als beste und kostengünstige Maßnahme ermittelt. Aus diesem Grund wurden verschiedene Dämpfervarianten aufgebaut und ihr jeweiliger Nutzen in Messungen zunächst am Gebläseprüfstand und später auch im Feldeinsatz bzw. Realbetrieb verglichen. Dabei erwies sich eine als Absorptionsdämpfer aufgebaute Dämpfertonne als beste Variante zur Schallreduzierung am Einzelkornsägerät. Durch den Einsatz dieses Absorptionsdämpfers konnte der Schallpegel teilweise bis zu 10 dB(A) (von 85 dB(A) auf 75 dB(A)) gesenkt werden. Abschließend wurde die Übertragbarkeit der Vorgehensweise und der Maßnahmen zur Schallreduzierung auf andere Landmaschinen erörtert bzw. diskutiert. Grundsätzlich lässt sich die Vorgehensweise zur Schallreduzierung, wie sie im Rahmen dieses Projektes gewählt wurde, auf andere Landmaschinen ü-bertragen. Darüber hinaus können bei pneumatisch arbeitenden Landmaschinen auch die hier vorgestellten Lösungsvarianten so direkt angewandt werden. Des Weiteren wurden grundsätzliche Regeln zur optimalen Gestaltung eines Bauteils in Hinblick auf die Minimierung von Luft- und Körperschall aufgezeigt.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Schallemissionen von Landmaschinen dargestellt am Beispiel des Amazone Airplanters ED 451 K . Beitrag Landtechnik 55. Jahrgang 5/2000 Oktober
Sound emission of agricultural implements
2nd ISHS Symposium Mechanization of Vegetable Production Bonn, June 14-16, 2000


Fazit

Die Anwendung der Vorgehensweise ausgehend von der Untersuchung des Gesamtsystems bis hin zur prüfstandtechnischen Analyse der an der Schallemission beteiligten Systemkomponenten ist für die landwirtschaftliche Fahrzeugtechnik neu. Bereits die zeitgleiche Messung von Ackerschlepper und Einzelkornsägerät mittels einer Vorbeifahrtmessung bringt erste Hinweise auf die Hauptgeräuschquellen solcher Landmaschinen. Die anschließende Teilschallquellenanalyse mittels Schalldruck- und Schallintensitätsmessung auf dem Prüfstand ist ebenso für Landmaschinen anwendbar und hat das Sauggebläse des Einzelkornsägerätes als Hauptlärmquelle identifiziert. Als Verbesserungsmaßnahme wurde ein Schalldämpfer entwickelt, der in die Ausblassöffnung des Sauggebläses eingebracht wurde. Hierdurch konnte der Schallpegel im Mittel um ca. 7 dB(A) gesenkt werden ohne die Gerätefunktionalität (Beibehaltung des Unterdrucks) einzuschränken. Wichtig in diesem Zusammenhang ist, dass die großen Blechflächen vom Dünger- und Saatgutbehälter nicht entscheidend zum Gesamtpegel beitragen und eine untergeordnete Rolle spielen. Daher müssen hier zunächst auch keine zusätzlichen Dämpfungsmaßnahmen aufgebaut werden.
Zudem wurden basierend auf den Untersuchungsergebnissen Gestaltungshinweise zur Luftschallreduzierung erarbeitet und Hinweise zur Dämpferauslegung vorgestellt. Auf diese Weise konnten Schallminde-rungsmaßnahmen entwickelt werden und am Prüfstand und im Gesamtfahrzeugversuch überprüft werden. Diese Vorgehensweise ist somit auf andere pneumatische Geräte übertragbar und bildet die Grundlage für Schallminderungsmaßnahmen bei landwirtschaftlichen Geräten.