Hersteller von Haushaltsgeräten optimiert Akustik- und Vibrationstests mit Simcenter Testlab

Von Waschmaschinen, Geschirrspülern und Kühlschränken wird erwartet, dass sie ihre eigentliche Funktion leise und unauffällig erfüllen. Da saubere Wäsche, makelloses Geschirr und kalte Speisen für den Kunden bei der Auswahl eines Geräts im Vordergrund stehen, hat der Durchschnittsverbraucher keine Vorstellung vom Wettbewerb zwischen den führenden Herstellern von Haushaltsgeräten um optimale Geräusch- und Vibrationspegel. Der Elektronik- und Halbleiterhersteller für Haushaltsgeräte BSH optimiert Akustik- und Schwingungstests mit Simcenter Testlab. „Die Bedeutung dieses Parameters nimmt jährlich zu“, sagt Otto Petraška, Head of Vibrations and Acoustics Department, BSH. „Es ist sogar ein Kriterium, das die Serienproduktion einiger Produkte stoppen kann.“

BSH Vibrations and Acoustics Department in Košice, Slowakei, ist für die akustischen und schwingungstechnischen Eigenschaften der Elektromotoren verantwortlich, die von BSH Drives and Pumps in Michalovce, Slowakei, hergestellt werden.

Das 2004 gegründete Vibrations and Acoustics Department bietet Services zur Optimierung von Geräuschen und Vibrationen bei Haushaltsgeräten der BSH-Marken Bosch und Siemens an. Die 16 internen Experten betreuen acht weitere Geschäftsbereiche von Robert Bosch und beschäftigen sich mit der Optimierung von Geräusch- und Schwingungsparametern für alle Produkte, von Gartengeräten bis hin zu Elektromotoren.

Klangqualität für Haushaltsgeräte

Vibrations and Acoustics Department setzt eine Reihe von psychoakustischen Instrumenten ein, um sicherzustellen, dass hochwertige Waschmaschinen und Geschirrspüler die Erwartungen der Kunden erfüllen. Das Labor für Tonqualität von BSH in Košice nutzt modernste Instrumente und Techniken zur Untersuchung von Tonaufnahmen. Es misst die Klangqualität von Haushaltsgeräten mit binauralen Kopfhörern in einem hochwertigen schalltoten Raum, um eine genaue Klangdarstellung und -analyse zu gewährleisten.

„Wir führen Tests mit Personengruppen durch, denen wir Klangbeispiele vorspielen“, sagt Otto Petraška. „Basierend auf ihrer Bewertung haben wir das akustische Ziel festgelegt, um die Erwartungen der Kunden zu erfüllen. Gleichzeitig wollen wir sicherstellen, dass der Sound kraftvoll ist und eine gewisse Stärke hat, ohne aufdringlich zu sein.“

Rastislav Andrejco, Senior-Center-Spezialist für Akustik und Schwingungen bei BSH, fügt hinzu: „Die Kunden erwarten, dass eine Waschmaschine nach Wasserberieselung klingt, eine Dunstabzugshaube nach Wind und eine Kaffeemaschine nach Kaffeetropfen.“

Tontechnik in der frühen Phase der Produktentwicklung

Jede Komponente eines Produkts kann dessen Gesamtklang beeinflussen. Bei der Entwicklung von Produkten sind Änderungen und Anpassungen für eine erfolgreiche Tontechnik erforderlich. „Je früher wir in den Entwicklungsprozess einbezogen werden, desto besser können wir frühe Produktfehler beseitigen, die am Ende des Prozesses zu Lärmproblemen führen können“, sagt Otto Petraška. „Natürlich ist es auch kostengünstiger, als wenn man sich erst in letzter Minute um etwas kümmert.“

In Zusammenarbeit mit der Entwicklungsabteilung der BSH Drives in Michalovce wird dieser Ansatz für die 14 Millionen Elektromotoren verfolgt, die jährlich für alle von der BSH unter den Hauptmarken Bosch und Siemens hergestellten Geräte gefertigt werden. Das Team in Michalovce ist für die Konstruktion der Elektromotoren zuständig, während die Forschungsgruppe in Košice für die akustischen und schwingungstechnischen Parameter verantwortlich ist.

Der voll ausgestattete halbschalltote Raum ermöglicht zusätzliche schalltechnische Optionen.

Zwei Teams, ein digitaler Zwilling

Die Akustikforscher von Košice sind bereits in den frühen Phasen des Entwicklungsprozesses des Motors beteiligt. Das Entwicklungsteam in Michalovce entwirft einen Motor, der aus einer elektromagnetischen Rotor- und Stator-Konstruktion (1D-Modell) besteht, und erstellt einen digitalen Zwilling. Dieses virtuelle Modell bietet die Möglichkeit, die Aktivität und die Belastung zu simulieren und alle Ergebnisse zu überprüfen, von der physischen bis zur operativen Ebene.

Gleichzeitig ermöglicht das Simulationsmodell dem Entwicklungsteam eine Feinabstimmung der Klang- und Schwingungskonstruktionsparameter, bevor ein Prototyp hergestellt wird. Mit Simcenter™ 3D erstellt der Konstrukteur Simulationsmodelle. So können sie während des gesamten Entwicklungszyklus Schwingungs- und Akustikanalysen durchführen. Sie bewerten die vibroakustischen Eigenschaften des Motors und ermitteln die Quelle der Geräusche und Vibrationen der einzelnen Komponenten. Falls erforderlich, empfehlen sie konstruktive Verbesserungen für das Geräusch- und Schwingungsverhalten des Motors, ohne die Produktfunktionalität und die Produktionskosten zu beeinträchtigen. Die Wirkung der Konstruktionsoptimierung wird mit der Lösung Simcenter Testlab™ von Siemens Digital Industries Software überprüft.

Mit Simcenter Testlab können wir in jeder Phase der Simulationskette eingreifen und herausfinden, wie sich die Änderung in der Basiskonstruktion niederschlägt“, betont Otto Petraška. „Wenn zum Beispiel die Struktur des Motors Geräusche verursacht, können wir technisch Abhilfe schaffen. Wenn das Problem jedoch in der elektromagnetischen Konstruktion selbst liegt, kehren wir in die Entwicklungsabteilung für Antriebe zurück und optimieren die Basiskonstruktion. Bei der Entwicklung eines neuen Motors gibt es eine Reihe solcher Schleifen.“

Synergie zwischen physischer Prüfung und Simulation

Das Vibrations and Acoustics Department von BHS setzt seit 2008 digitale Tools ein und verwendet Simulations- und Testsoftware aus dem Simcenter-Portfolio von Siemens Digital Industries Software, um volle Datenkompatibilität zu gewährleisten.

Dank Simcenter können wir Simulationen eng an experimentellen Tests ausrichten, was sehr wichtig ist, denn ohne sie wären die Simulationen nur schöne bunte Bilder,“ meint Otto Petraška.

BSH verwendet Simcenter Testlab in Kombination mit Simcenter 3D-Simulationen. „Wir haben die Vorteile dieser miteinander verbundenen Produkte erkannt und nutzen die damit verbundenen Synergien“, sagt Ján Ondrejčák, leitender Entwicklungskonstrukteur bei BSH. „Wir registrieren die Effektivität und Benutzerfreundlichkeit aller Simcenter-Lösungen für Lärm und Vibrationen.“

Durch experimentelle Tests prüft das Team, ob die Simulationsparameter richtig eingestellt und die Ergebnisse zuverlässig sind. Sie verwenden auch Tests, um alle möglichen Varianten und Anpassungen zu testen. „Wenn die Simulation ein optimales Ergebnis zeigt, wird das Produkt als echter Prototyp hergestellt“, sagt Otto Petraška. „Wir können erst dann einen physischen Prototyp bauen, wenn wir sicher sind, dass wir das bestmögliche Ergebnis erzielt haben.“

Durch die Digitalisierung werden die Entwicklungszeiten immer kürzer. Was früher Wochen dauerte, kann jetzt in wenigen Tagen erledigt werden, und einige zeitaufwendige Simulationen wurden von Tagen auf wenige Stunden verkürzt. Mit immer weiter entwickelten Simulationsmodellen werden Simulationskonstrukteure in der Lage sein, das langfristige Verhalten eines Produkts vorherzusehen.

Wir möchten dem Kunden versichern, dass unser Produkt auch nach Jahren noch die gleiche Geräusch- und Vibrationsleistung aufweist wie am Tag des Kaufs“, betont Otto Petraška. „Das stärkt das Vertrauen in unsere Marke, und wir hoffen, dass wir unsere Kunden davon überzeugen können, unsere nächste Generation von Geräten zu kaufen.“