Unterdrückung und Verhinderung von Schwappgeräuschen in KraftfahrzeugtanksZusammenfassung der Ergebnisse eines Forschungsprojektes –gefördert vom BMWi und Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

| Forschungsprojekt Verhinderung von Schwappgeräuschen in Fahrzeugtanks

Ausgangssituation

Tankinhalt in Bewegung.

Fahrkomfort gehört zu den wesentlichen Voraussetzungen für die Kaufentscheidung für einen Fahrzeugtyp.

Moderne Fahrzeuge sind geräuscharm, so dass Schwapp-Geräusche des Kraftstoffs im Tank bewusster wahrgenommen und als störend empfunden werden.

Dies ist besonders bei modernen Antriebs-konzepten der Fall wie zum Beispiel Elektromotoren und Start/Stopp-Automatik.

| Aug. 20162

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Aufgabenstellung

Entwicklung eines CAE-Prozesses, der es erlaubt für einen vorgegebenen Bauraum eine für möglichst viele Fahrszenarien geräuscharme Tankgeometrie zu finden.

Randbedingungen- Die Belastung der Tankwand durch die Schwappkräfte soll um 75 - 80

Prozent gesenkt werden.

- Die zeitliche Änderungsrate der Belastungspeaks an der Tankwand soll um 15 - 20 Prozent gesenkt werden.

- Das Volumen von Einbauten zum Reduzieren des Schwappens soll zwei Prozentdes Tankvolumens nicht überschreiten.

- Es wird eine Reduzierung der Last auf die schwappreduzierenden Maßnahmen von 30 - 50 Prozent angestrebt.

| Aug. 20163

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Lösungsansätze: Der Tankschwapp CAE-ProzessCFD Simulation

Instationäre Simulation des Strömungs- und Druckfeldes Erstellen eines Films, anhand dessen kritische

Strömungszustände und -Bereiche identifiziert werden können.

Zeitabhängige Monitordaten z.B. flächengemittelter Druck an der Tankwand.

Zeitabhängige Druckwerte an der Tankwand zur weiteren Verwendung in einem Akustikprogramm.

FEM oder BEM Akustik Simulation

Berechnung des Luftschalls über den Schalldruck an 6 Position auf einer Kugel Umrechnen und Darstellen der instationären lokalen

Schalldrücke in dB. Umsetzen des Schalldrucksignals in ein “akustisch“

wahrnehmbares Geräusch.| Aug. 20164

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Projektbeschreibung / UmsetzungSchritt 1: zeitabhängige CFD Simulation Analyse der lokalen Oberflächendruckverteilung und derFluidströmung im Tank sowie Berechnung des Drucks und der Druckgradienten an den Tankwänden. Ergebnisse: Geschwindigkeits-, Druck- und Fluidverteilung im Tank. Datenaufbereitung via Fast Fourier Transformation für dieanschließende FEM-Berechnung.

Schritt 2: frequenzabhängige FEM-Berechnung Untersuchung der Deformation der Tankoberfläche, die sich aufgrund der Fluid-Druckschwankungen ergeben.

Schritt 3: frequenzabhängige Akustik-Analyse des Luftschalls (Sound Pressure Level, SPL), durchgeführtan ausgewählten Punkten in einem vorgegebenen Abstandvom Tank.

| Aug. 20165

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Ergebnisse und Ausblick

Es wurden verschiedene Schwallblech-varianten mit Hilfe der Strömungs-simulation untersucht.

Die Berechnungen zeigen, dass die Druck- und Druckgradienten-Maxima in ihrer Intensität und ihrem zeitlichen Verlauf stark vom Füllvolumen abhängen.

Mit der Erweiterung des CFD-Simulations-prozesses hat TECOSIM eine Methode entwickelt, die genaue Aussagen über das akustische Verhalten eines Tanks ermöglichen.

Untersuchte Schwallblechvarianten mit Höhen zwischen 0,1m und 0,18m

| Aug. 20166

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Vorteile auf einen Blick

Der Entwicklungsprozess kann auf reale Tankgeometrien übertragen werden.

Dies erlaubt eine Reduzierung der Geräuschbildung, gleichzeitig kann die Anzahl und und die exakte Montageposition der Schwallbleche optimiert werden, deren Installation sehr kostenintensiv ist.

Die Methodik bietet Automobilherstellern und Herstellern von Kunststofftanks einen deutlichen Vorteil im frühen Produktentwicklungsstadium.

Die Reduzierung der Geräuschentwicklung bietet dem Fahrzeuginsassen mehr Komfort.

| Aug. 20167

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Die TECOSIM Gruppe

8 | Aug. 2016

Die TECOSIM Gruppe: Marktführer für Computer Aided Engineering (CAE) sowie Anbieter von Software + Prozessen zur Effizienzsteigerung in der Produkt-entwicklung.

Kunden: Hersteller (OEM) und Zulieferer aus den Geschäftsfeldern Mobilität, Energie, Industrie und Technik sowie Gesundheit.

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Global tätig – lokal verankert

England Basildon Coventry

Indien Bangalore Pune

Japan Tokio

Standort

Kooperation / Partner

USA Detroit

Korea Seoul

Deutschland Ingolstadt Köln München Neckarsulm Rüsselsheim Stuttgart

Österreich Graz

| Aug. 20169

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TECOSIM Technische Simulation GmbHMartin WesterwaldGeschäftsführerFerdinand-Stuttmann-Straße 15D - 65428 Rüsselsheim

Tel. +49 6142 8272340Email m.westerwald@de.tecosim.com www.tecosim.com

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| Aug. 201610