Drucklufthammer

Ein Lärmpegel über 80 dB ist gesundheitsgefährdend. Darunter fallen auch Anwendungen der Pneumatik, wie etwa ein Presslufthammer. Bild: © djama, Fotolia

Wird Luft als Druckmedium verwendet, entsteht Luftschall. Diese Schallwellen werden vom Menschen als Ton oder Überlagerung mehrerer Töne wahrgenommen. Je nach Amplitude und Frequenzspektrum des Geräusches, ist er störend oder sogar schmerzhaft und somit eine Belastung für Körper und Psyche. Der Gesetzgeber hat schon darauf reagiert und begrenzte die maximale Lärmbelästigung, welche einem Menschen im privaten und vor allem im geschäftlichen Umfeld zumutbar ist.

Bei der auditiven Wahrnehmung ist der Frequenzgang des menschlichen Gehörs für die Lautstärkewahrnehmung verantwortlich. Das Frequenzspektrum erstreckt sich von 20 Hz bis 20 kHz, wobei der Bereich zwischen einem und sechs Kiloherz verstärkt wahrgenommen wird. Schalldrücke werden in Pegelform mit der Maßeinheit bel beziehungsweise dezibel bewertet, da der wahrnehmbare Druckbereich zischen 20¯6 und 200 Pa liegt.

Ab einem Wert von 80 dB wird es gesundheitsschädlich und kann zu physischen und psychischen Belastungen führen. Die häufigste Form der Arbeitserkrankung ist mit 40 Prozent die Lärmschwerhörigkeit. Um diese gesundheitlichen und damit verbundenen wirtschafltichen Folgen zu vermeiden, muss der Konstrukteur in der Entwicklungsphase die Auswirkungen von Schallentstehung und -ausbreitung berücksichtigen.

Lärmquelle Pneumatik

Besonders pneumatische Anwendungen fallen in diesen kritischen Lärmpegelbereich. Durch die Kompressions- und Expansionsvorgänge stehen die Pneumatikkomponenten im direkten Zusammenhang mit der Entstehung von Luftschall. Des weiteren kann durch eine Interaktion von Fluidströmung und Starrkörperdynamik weiterer Schall entstehen. Eine Forschungsgruppe an der RWTH Aachen setzt sich nun im Projekt „Analyse der Schallemission pneumatischer Komponenten“ bis zum 30. April 2017 zum Ziel, die Schallemission von Pneumatikkomponenten systematisch zu analysieren. Hierbei wird daran gearbeitet, ein genormtes Messverfahren zu verwenden, um pneumatische Komponenten zu vermessen und Produkte mit hohem Schallemissionsreduktionspotenzial zu finden. Eine erste Schallmessung nach ISO 3744 von unterschiedlichen Schalldämpfern wurde im institutseigenen Schallmessraum durchgeführt. Die notwendigen Umgebungs- und Fremdgeräuschkorrekturwerte wurden dabei bestimmt und bei der Ermittlung des gemittelten Geräuschepegels berücksichtigt.

Das Ergebnis

Eine freie Entlüftung führt zu Lärmpegeln über 80 dB, was über den vorgeschriebenen Grenzwerten liegt. Auch wenn handelsübliche Schalldämpfer zur Pegelreduktion eingesezt werden, ist das nicht immer sinnvoll: Komplexere und größere pneumatische Antriebe können bei höheren Systemdrücken und -volumenströmen zu einem gesteigerten Geräuschpegel beitragen. Außerdem bestehen die meisten pneumatischen Anlagen aus mehreren Komponenten, die alle für die Schallemission verantwortlich sind. Dadurch führen auch gemäßigte Einzelpegel zu einer deutlichen Überschreitung der erträglichen Lärmgrenze von 80 dB.

Im nächsten Schritt testet die Forschungsgruppe ausgewählte Komponenten auf ihre Schallemission und untersucht diese in einer zweidimensionalen Strömungssimulation. Anschließend soll mit einer Modalanalyse und den Ergebnissen der Simulationen ein Gesamtmodell der Schallentstehung entwickelt werden. Die resultierende Methodik soll Konstrukteuren am Ende dabei helfen, Pneumatikkomponenten im Hinblick auf Lärmemission zu optimieren und in den frühen Entwicklungsprozess fest einzuplanen.

Autorin: Felicitas Heimann, Redaktion