Projekte Technischer Schallschutz

Mikroperforierte Felge als Schallabsorber

© Fraunhofer IBP

Seriennahe Felge mit integriertem mikroperforierten Absorber

Der Geräuschpegel von Fahrzeugen, anfangs dominiert von Motoren- und Strömungsgeräuschen, wurde immer weiter reduziert und optimiert. Dies hat zur Folge, dass andere, vorher unscheinbare Geräuschkomponenten, in den Vordergrund treten. Im Außengeräusch sind dies vor allem Rollgeräusche, die schon bei niedrigen Geschwindigkeiten ab ca. 40 bis 50 km/h dominieren können. Neben der Radhausschale bietet sich der Verbund Reifen-Felge selbst zur Integration von Absorbern an. Ansätze dafür finden sich vielfach in der Literatur. Hier scheitert aber der Einsatz von faserigen Materialien vor allem am Handling beim Reifenwechsel, den diese Materialien nicht dauerhaft überstehen. Weiterhin darf der Absorber das Fahrverhalten und die Fahrsicherheit nicht beeinträchtigen. Der hier vorgestellte Lösungsweg verfolgt den Ansatz, einen robusten, rein metallischen Resonator mit Mikroperforation in die Felge zu integrieren.

Der Fokus liegt dabei auf der sich im umlaufenden Lufthohlraum des Reifens ausbildenden stehenden Welle, die auch als Torusmode bezeichnet wird. Die Wellenlänge dieser ersten Torusmode wird durch den mittleren Umfang im Luftvolumen bestimmt. Sie führt bei üblichen Reifengrößen zu einer Frequenz von circa 200 Hz, bei der es dadurch in der Fahrgastzelle zu einer messbaren Pegelerhöhung kommt. Dieses durch Körper- und Luftschall übertragene Geräusch wird als unangenehm wahrgenommen. Der Reifenabsorber wird im Reifenhohlraum platziert. Die mikroperforierte Oberfläche wird direkt in die Struktur der Felge integriert. Hierfür werden die benötigten Löcher ins Tiefbett gebohrt. Eine separat gefertigte Kammer, notwendig für das Luftrückvolumen und die Abdichtung des Rades, wird an die gewünschte Position in der Felgenkontur eingefügt und luftdicht verklebt.

Für die Messungen im Fahrzeuginneren wurde ein kompletter Reifensatz als Prototyp hergestellt. Die Messungen erfolgten auf der Straße sowie auf dem Akustik-Rollenprüfstand am Fraunhofer IBP mit montierten Belagschalen zur Simulation eines Rauasphalts mit erhöhter Geräuschanregung. Mit einem Kunstkopf auf dem Beifahrersitz wurden die Pegel erfasst. Im Vergleich zum Standardrad konnte sowohl auf dem Prüfstand als auch auf der Straße eine Pegelminderung der Torusmode von fünf dB erzielt werden. Natürlich ist ein Durchbohren der Felge zur Herstellung der Mikroperforation für ein Serienprodukt weder praktikabel noch wirtschaftlich. Daher wird eine in die Felge integrierte Lösung weiterverfolgt und befindet sich bei vergleichbarer akustischer Wirksamkeit derzeit in seriennaher Erprobung.