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Faulhaber Wie entstehen Laufgeräusche bei Motoren?

Redakteur: Kathrin Schäfer

Laufruhe ist heute ein gern verwendetes Wort, wenn es um Antriebe geht. Gerade bei Kleinstantrieben, die in Medizingeräten eingebaut werden, dürfen Geräusche nicht stören. Nur, was ist die Definition von Lärm und woher kommt er?

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Bild 1 | Schwingungen und Geräusche von Kleinantrieben: Die Spezialisten bei Faulhaber analysieren diese nicht nur physikalisch, sondern bewerten die ermittelten Daten auch nach den Gesichtspunkten der menschlichen Wahrnehmung.
Bild 1 | Schwingungen und Geräusche von Kleinantrieben: Die Spezialisten bei Faulhaber analysieren diese nicht nur physikalisch, sondern bewerten die ermittelten Daten auch nach den Gesichtspunkten der menschlichen Wahrnehmung.
(Bild: Faulhaber)

Geräusche, die der Mensch wahrnimmt, werden häufig über die Luft übertragen. Dieser Luftschall ist aber nur eine Form, die andere ist der Körperschall, also Schwingungen im festen oder flüssigen Material. Beide Formen können bei zu hohen Pegeln und bestimmten Schwingungsanteilen als störend empfunden werden.

Um Produkte laufruhig oder leise zu gestalten, sind physikalische, biologische und psychische Komponenten aufeinander abzustimmen. Faulhaber analysiert nicht nur physikalisch die einzelnen Schwingungen und Geräusche seiner Kleinstantriebe, sondern bewertet die ermittelten Daten auch nach Gesichtspunkten der menschlichen Wahrnehmung (Bild 1).

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Drei Hauptursachen für Schwingungen

Da Schall auf Schwingungen von Gasen oder festen Körpern basiert, kommen für die Schwingungsanregung der Materie eine ganze Reihe von Ursachen in Frage. Teilweise werden die einzelnen Schwingungsformen ineinander umgewandelt und ergeben besonders störende Anteile. Im Allgemeinen lässt sich die Anregung zum Schwingen bei elektrischen Kleinantrieben auf folgende drei Ursachen zurückführen.

Magnetische Anregung und Kommutierung

Die elektrisch-magnetische Anregung wird durch Ausdehnung bzw. Verformung über die Magnetfelddurchdringung von Draht und Magnetblech oder über die Kommutierung generiert. Im klassischen Stator eines Motors entstehen durch die magnetischen Wechselfelder Kräfte in radialer und tangentialer Richtung. Die räumlich und zeitlich schwankende magnetische Energiedichte erzeugt Pendel- und Rastmomente sowie Biegeverformungen. Diese führen zu Körperschallschwingungen und in Folge zu Luftschall. Konstruktive Maßnahmen können die Stärke der Anregung minimieren.

Die Kommutierung führt ebenfalls zu radialen und tangentialen Kräften. Besonders bei rechteckigem Stromverlauf bilden sich lokal rechteckförmige Kräfte, die zu sprungartigen Schwingungsanregungen am Stator führen. Die so entstehenden Geräusche, oft als „Kommutierungsgeräusch“ bezeichnet, sind nicht zu unterschätzen. Abhilfe schafft nur eine Ansteuerelektronik mit sinusförmig verlaufenden Strömen. Dabei sinkt zwar der Wirkungsgrad; Sinusansteuerung reduziert bzw. beseitigt aber den Kommutierungsanteil am Betriebsgeräusch weitgehend.

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