KMU-innovativ Akustische Metamaterialien mittels additiver Serienfertigung zur Schallreduktion in KFZ-Klimasystemen (AkuMet3D)

Problemstellung
Die Geräuschkulisse im Fahrzeuginnenraum stellt ein markantes Qualitätsmerkmal mit hohem Stellenwert im Automotive-Bereich dar. Insbesondere in Elektrofahrzeugen, bei welchen Motorengeräusche eine untergeordnete Rolle spielen, tritt das Geräusch des Klimasystems akustisch in den Vordergrund. Deshalb ist es das Ziel, das Klimasystem mithilfe von Schalldämpfern möglichst geräuscharm und entsprechend der Klangvorstellungen der Kunden zu gestalten. Bedingt durch den begrenzten Bauraum im Klimasystem ist die Integration von Schalldämpfern mit adäquaten Dämpfungseigenschaften eine große Herausforderung. Deshalb gilt es, neuartige Schalldämpferkonzepte zu entwerfen, die trotz des begrenzten Bauraums eine ausreichend hohe Dämpfung im Bereich der auftretenden Schallfrequenzen erzielen.

Ziel
Im Rahmen des KMU-innovativ-Projektes AkuMet3D wird eine neuartige Schalldämpfergeneration entwickelt, die den beschriebenen, gesteigerten Anforderungen gerecht wird. Hierfür wird die schallreduzierende Wirkung von sogenannten Helmholtzresonatoren mit der von akustischen Metamaterialien kombiniert. Unter akustischen Metamaterialien sind periodische Strukturen zu verstehen, die sehr viel kleiner sind als die Wellenlänge der zu dämpfenden Frequenz. Die Herstellung der integrierten Metamaterialien erfolgt mittels additiver Fertigung, da auf diese Weise komplexe Strukturen mit einer hohen Reproduzierbarkeit realisiert werden können.

Vorgehensweise
Neben der Entwicklung der schalldämpfenden Elemente aus akustischem Metamaterial steht die Integration der additiven Fertigung in die Serienproduktion der Schalldämpfer im Mittelpunkt des Projektes. Hierfür werden geeignete additive Fertigungsverfahren ausgewählt und umfangreich getestet. Dabei sind zwei Punkte von zentraler Bedeutung: Einerseits muss das Verfahren materialspezifische und konstruktionstechnische Anforderungen erfüllen, andererseits dürfen die Fertigungszeiten und -kosten nicht zu hoch sein, um die Wirtschaftlichkeit einer Serienproduktion nicht zu gefährden. Nachdem ein geeignetes Verfahren ausgewählt wurde, ist ein Konzept zu erarbeiten, welches den additiven Fertigungsschritt möglichst ressourcen- und kosteneffizient in den gesamten Fertigungsprozess eingliedert.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Mit erfolgreichem Abschluss des Projektes kann das Marktsegment Schalldämpfer für KFZ- Klimasysteme mit einem sowohl fertigungstechnisch als auch technologisch innovativen Produkt erschlossen werden. Bereits vier Jahre nach Projektabschluss werden ein zusätzlicher jährlicher Umsatz von 15 Mio. € und bis zu 100 neue Arbeitsplätze erwartet. Die Ergebnisse können des Weiteren auf das bestehende Produktportfolio sowie auf neue Anwendungsbereiche, wie Klimasysteme für Gebäude, übertragen werden.

• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
• Umfotec GmbH