Einfluss von thermodynamischen Prozessgrößen auf die Akustik von elektrischen Kältemittel-Scroll-Verdichtern

Abstract

Mit der fortschreitenden Elektrifizierung von Fahrzeugen ändern sich die Komponentenanforderungen. Durch den Wegfall des maskierenden Verbrennungsmotors wird die Akustik im Fahrzeuginnenraum signifikant von Nebenaggregaten beeinflusst. Bei Elektrofahrzeugen müssen zusätzlich zur Fahrgastzelle, der Akkumulator und die Elektromotoren gekühlt werden. Daher werden größere Verdichter benötigt, welche die Schallabstrahlung und Schwingungsanregung erhöhen. Für die akustische Charakterisierung von Kältemittel-Verdichtern eignen sich Messungen im Gesamtfahrzeug aufgrund von Störgeräuschen und des engen Bauraumes nur bedingt. Deshalb wurde ein Prüfstand entworfen, der eine isolierte Betrachtung der akustischen Eigenschaften des Scroll-Verdichters in einem reflexionsarmen Raum ermöglicht. Der Verdichter ist die zentrale Schallquelle im Kältekreislauf, zum einen durch direkte Luftschallabstrahlung, zum anderen bewirkt er eine akustische Anregung weiterer Kältekreislaufkomponenten über Druckpulsationen und Schwingungsübertragung. Änderungen der Umgebungsbedingungen, der gewünschten Temperatur in der Fahrzeugkabine und des Lastzustandes von Akkumulator und der Elektromotoren führen zur Variation des Verdichterbetriebspunktes. In diesem Beitrag wird daher der Einfluss der thermodynamischen Prozessgrößen auf die Verdichterakustik experimentell untersucht. Es zeigt sich, dass ansteigende Drehzahl und Verdichtungsverhältnis in größerer Schallabstrahlung resultieren. Die Spektren von Fluid-, Körper- und Luftschall sind dominiert von einer Vielzahl drehzahlabhängiger, tonaler Komponenten. Die Erkenntnisse über den physikalischen Zusammenhang von thermodynamischen und akustischen Größen ermöglichen die Erarbeitung geeigneter Schallreduktionsmaßnahmen.

Mithilfe eines für diesen Zweck aufgebauten Kältemittel-Verdichter-Akustik-Prüfstandes wurde die Beeinflussung der Akustik eines Scroll-Verdichters durch unterschiedliche thermodynamische Prozessgrößen untersucht. Hierzu wurde bei niedriger, mittlerer und hoher Drehzahl das Verdichtungsverhältnis sowie die Drücke auf Saug- und Hochdruckseite des Verdichters variiert. Die Untersuchungen zeigen, dass eine Steigerung des Verdichtungsverhältnisses und des Hochdrucks zu einer geringen Zunahme der Vibrationen und des abgestrahlten Luftschalls führen, beide akustischen Größen steigen proportional zur Drehzahl an.