Deshalb ist das geräuscharme Umfeld von Elektrofahrzeugen herausfordernd

Angetrieben von dem branchenweiten Wandel hin zu nachhaltigerer Mobilität sind die Fahrzeughersteller (OEMs) neben den bekannten wirtschaftlichen Zwängen mit ehrgeizigen Emissionszielen und den sich ändernden Erwartungen umweltbewusster Verbraucher konfrontiert. Der Übergang zur Elektromobilität bedeutet für die OEMs und ihre Zulieferer, sich auf relativ unbekanntes Terrain zu begeben, insbesondere aufgrund der radikal unterschiedlichen Geräusch- und Vibrationspegel zwischen batterieelektrischen Fahrzeugen (BEVs) und ihren Pendants mit Verbrennungsmotor (ICE). Ohne das vertraute Brummen und Rumpeln von Verbrennungsmotoren sind Elek­tro­fahrzeuge spürbar leiser. Auf den ersten Blick mag dies als vorteilhaft erscheinen, da es den Fahrgästen mehr Komfort bietet. Das Fehlen dieser vertrauten Geräusche bringt jedoch eine Reihe von Geräuschen zum Vorschein, wie beispielsweise die Geräusche des Kompressors, die zuvor unter dem Schallschleier von Motor und Getriebe verborgen waren. Die Folgen von unkontrollierten NVH-Geräuschen in elektrifizierten Fahrzeugen können tiefgreifend sein, da sie den Fahrgastkomfort und die Wahrnehmung der Fahrzeugqualität beeinträchtigen. Dies zwingt die OEMs dazu, nach neuen Lösungen für die NVH-Probleme von BEVs zu suchen.

Um die aktuellen NVH-Herausforderungen zu lösen, nutzt Vibracoustic sein Verständnis für spezielle Materialien und investiert kontinuierlich in Materialinnovationen. Am Hauptsitz in Weinheim wurde 2019 ein neues, 2.200 m² großes Materialentwicklungszentrum eröffnet. Rund 25 Materialexperten arbeiten eng mit Ingenieuren zusammen, unterstützen sie mit neuen Prototypmischungen und führen umfangreiche Tests durch. Von Motorlagern bis hin zu Luftfedern von den Ingenieuren Lösungen entwickelt, die Systeme und Komponenten isolieren und die Übertragung von Geräuschen und Vibrationen minimieren. Wie bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren wird auch bei unseren BEV-spezifischen Produkten in großem Umfang Naturkautschuk verwendet, der intern vulkanisiert wird. Neben dem genannten Naturkautschuk gehören auch Synthese-, Silikon- oder Chloroprenkautschuk sowie Polyurethan, thermoplastische Elastomere und Thermokunststoffe zum Polymerportfolio. Mit dieser Materialpalette kann die Geräusch- und Anregungsreduzierung sowie die Hochfrequenzisolierung sichergestellt werden, die für elektrische Antriebseinheiten, Batterien und E-Kompressoren bedeutend sind. Darüber hinaus werden durch den Einsatz von faserverstärkten Leichtbau-Thermoplasten auf Polyamidbasis häufig Stahlbauteile ersetzt und die OEMs dabei unterstützt, das Gewicht von Komponenten zu reduzieren. Auf diese Weise wird dem erhöhten Fahrzeuggewicht entgegengewirkt, die Fahrzeugeffizienz verbessert und der CO2-Ausstoß über den gesamten Lebenszyklus reduziert. Das Engagement des Unternehmens für eine nachhaltigere Zukunft zeigt sich auch im „Green Rubber Project“, das dazu beiträgt, nachhaltige Praktiken beim Beschaffen, Herstellen und dem Recycling von Kautschuk für die hergestellten Produkte zu fördern. Im Rahmen dieser Entwicklungsinitiative wurden Gummimischungen mit einem Anteil von 75 % nachhaltigem Material ausgearbeitet. Biotechnisches Recycling ermöglicht es außerdem, Gummiabfälle in wiederverwendbares Material für neue Produkte umzuwandeln.

Bei Vibracoustic arbeiten Ingenieure mit OEMs und Tier-1-Zulieferern zusammen, um die neuen NVH-Herausforderungen von BEVs zu lösen. So haben die Teams eine Reihe von Produkten entworfen, entwickelt, getestet und hergestellt, die auf die Anforderungen von BEVs abgestimmt sind. Ein Beispiel ist die gekapselte E-Kompressor-Halterung, die die NVH-Probleme im Zusammenhang mit elektrischen Kältemittelkompressoren direkt angeht. Diese Lösung kapselt den Kompressor mit einem zweiteiligen Kunststoffgehäuse und Elastomerlagern ein, um sowohl durch die Struktur als auch durch die Luft übertragene Störungen zu kontrollieren, ohne thermische Komplikationen zu verursachen. Sie verbessert sowohl die Effi­zienz der Kompressoren als auch den Komfort der Fahrgäste und minimiert die Geräuschentwicklung des Systems. Bei BEVs ist der Elektromotor eines der wichtigsten Systeme, die vom Fahrzeugchassis isoliert werden müssen. Zu diesem Zweck wurde eine modulare Motorhalterung entwickelt, die eine Buchse aus thermoplastischem Elastomer (TPE) und eine integrierte Tilgermasse verwendet. Dies sorgt für einen doppelten Isolationseffekt und kann auf die Steifigkeits- und Isolationsanforderungen von BEVs und der Lagerung der elektrischen Antriebseinheit (EDU) zugeschnitten werden. Für die EDU selbst wurde ein elastischer Zahnkranz entwickelt, der die Anregungen in Planetengetrieben verbessert. Dieser abstimmbare Gummiring bietet eine multidirektionale Entkopplung und eine erhebliche Vibrationsreduzierung. EDUs oder E-Motoren sind auch eine Quelle völlig neuer Anregungsarten, wie zum Beispiel die Drehungleichförmigkeit durch fluktuierende Magnetfelder. Dies wurde erstmals bei BEVs festgestellt und führte zur Entwicklung des Statorisolators. Dieses Produkt bietet eine axiale, radiale und torsionale Isolierung des Stators vom EDU-Gehäuse, wodurch die von den Insassen wahrgenommenen Geräusche und Vibrationen erheblich reduziert werden. Die großen und schweren Batteriepacks sind ein weiterer entscheidender Faktor beim Bewältigen der NVH-Herausforderungen in BEVs. Für Leiterrahmen-Konstruktionen (Body-on-Frame) haben wir das Isolationssystem für Batteriepacks entwickelt. Dieses System verwendet mehrere Lagerelemente und ein angepasstes Gehäuse, um die Batterie vom Fahrzeugchassis zu isolieren. Dadurch werden Geräusche reduziert, die empfindliche Batterie vor straßenbedingten Erschütterungen geschützt und die langfristige Haltbarkeit des Fahrzeugs verbessert.

Das Weinheimer Unternehmen nutzt Testmöglichkeiten, einschließlich NVH-Benchmarking von Fahrzeugen, Achsen oder anderen Subsystemen wie Kompressoren, um Einblicke in die Herausforderungen von BEVs und EDUs zu gewinnen. Parallel dazu kann basierend auf jahrzehntelanger Erfahrung in der Simulation von Mehrkörpersystemen jedes schwingende Fahrzeugsystem – Motoren, Achsen oder Nebenaggregate – simuliert und optimiert werden. Auf Achsprüfständen werden die realen Betriebsbedingungen nachgeahmt, indem der eigene E-Motor der Achse betrieben und alles von hochfrequenten Geräuschen und Vibrationen bis hin zu dynamischen Kräften und Temperaturen überwacht wird.
Diese Fähigkeit, das gesamte E-Achsen-Subsystem auf einmal zu bewerten und zu optimieren ermöglicht es dem Unternehmen, Lösungen mit einem hohen Maß an Genauigkeit und Korrelation mit der realen Welt zu entwickeln. Auf diese Weise werden die Konzepte und Lösungen weiter verfeinert und entwickelt, um sicherzustellen, dass sie den OEM-Anforderungen entsprechen und ein effektives NVH-Management ermöglichen. Darüber hinaus können OEMs sogar dabei unterstützt werden, die eigenen Simulationsmodelle zu verfeinern und den gesamten NVH-Zielsetzungsprozess bereits in einem frühen Vorentwicklungsstadium gemeinsam zu gestalten.

Quelle: Vibracoustic, Weinheim