FORLÄRM

FORSCHUNGSVERBUND ZUR LäRMMINDERUNG VON TECHNISCHEN ANLAGEN

2 Geräuschreduktion der Kühlungseinrichtungen von technischen Anlagen und Geräten

Arbeitsfeld:

In der Realisierung einer effizienten, geräuscharmen Kühlung liegt eine der großen Herausforderungen in der Entwicklung elektrischer und elektronischer Geräte. In den letzten Jahren kam es zu enormen Steigerungen der Leistungsfähigkeit und der Packungsdichte der elektronischen Bauelemente. Dies führte zu einer stark gestiegenen Wärmeentwicklung in den Bauteilen und Baugruppen, die wiederum direkt verbunden ist mit erhöhten Anforderungen an das Kühlsystem, um die Funktionsfähigkeit des Systems zu erhalten. Beim Einsatz von Kühlsystemen, die Luft als Kühlmedium verwenden, bedingt dies einen deutlich erhöhten Volumenstrom, der sehr oft mit einer erheblichen Steigerung der Geräuschentwicklung des Gerätes aufgrund von Ventilatorlärm verbunden ist. Die eigentliche Schallentstehung ist dabei auf Strömungslärm zurückzuführen. Neben der aeroakustischen Schallproduktion wird zudem Schall aufgrund von Gehäuseschwingungen generiert. Die Ausbreitung des Schalls und das daraus resultierende Schallfeld werden infolge der konvektiven Wärmeabfuhr durch Temperatur- bzw. Dichtegradienten im Ausbreitungsmedium Luft und zusätzlich durch die Strömung an sich stark beeinflusst. Für die Schallausbreitung bei einer solchen Anwendung spielt des Weiteren der Einfluss der Gehäusegeometrie eine wichtige Rolle. Somit stellt sich der gesamte Sachverhalt als ein gekoppelter Prozess von verschiedenen physikalischen Bereichen dar.

Inhalt des Teilprojektes sind Untersuchungen der Schallentstehung und Schallreduktion in einem derartigen Gesamtsystem. Hierbei ist es wichtig, die Systemkennlinie des Gerätes mit der Kennlinie des Lüfters zur Generierung des Kühlstroms abzustimmen. Dadurch lassen sich effiziente Kühlvolumenströme einstellen, die mit dem Design des Ventilators abgestimmt sind. Einen weiteren Schwerpunkt der Untersuchungen bildet der Einfluss der durch die Temperaturverteilungen erzeugten Dichtegradienten in der Kühlströmung. Aufbauend auf einem Prinzipexperiment mit einem beheizten bzw. unbeheizten wandgebundenen Quader wird der Einfluss unterschiedlicher Anströmbedingungen, aber auch die Form des Kühlkörpers auf die Wärmeabfuhr und die dabei entstehende Schallentwicklung ermittelt. Die Untersuchungen erfolgen hierfür sowohl experimentell als auch numerisch. Neben der Schaffung einer Grundlage für ein besseres Verständnis der involvierten physikalischen Prozesse dienen die experimentellen Daten zur Validierung der numerischen Simulationen.

Die anhand des Prinzipexperiments gewonnenen Erkenntnisse bilden den Ausgangspunkt für die Anwendung des Verfahrens auf verschiedene Prototypen der Firmen Siemens und Rohde & Schwarz. Anhand eines vereinfachten Aufbaus der Prototypen werden die wesentlichen Elemente der Luftführung des Systems im Modell und in der Simulation nachgebildet. Es werden Optimierungen vorgenommen, die grundsätzliche und übertragbare Erkenntnisse und Richtlinien über die Auslegung luftgekühlter Geräte und Anlagen liefern. Da hierbei verschiedene Optimierungsrichtungen möglich sind, wird der sinnvolle Einsatz von automatischen Optimierungsalgorithmen (z.B. Modefrontier) im Entwicklungsprozess geprüft.

Projektpartner: