Forscher nutzen Antischall für leise Windkraftanlagen
	Piezoaktoren wandeln Strom in Bewegung und lösen "Negativschwingungen" aus
	Sehen Sie diesen Beitrag in unserer Mediathek Forscher des Fraunhofer Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik in Dresden haben ein Verfahren entwickelt, das Windräder leise laufen lässt. Piezoaktoren wandeln elektrischen Strom in mechanische Bewegung und lösen "Negativschwingungen" aus, eine Art Gegenlärm, der den Schwingungen des Windrads genau entgegengesetzt ist und sie auslöscht. "Diese Systeme reagieren selbstständig auf Frequenzwechsel und dämpfen Geräusche", sagt André Illgen, Mitarbeiter des Instituts.

Dabei sei egal, wie schnell sich die Windenergieanlage dreht. "Moderne Windenergieanlagen arbeiten drehzahlvariabel", erklärt der Wissenschaftler. "Je nach Wind läuft die Anlage schneller oder langsam und damit variieren auch die aus dem Getriebe kommenden Geräusche." Die Piezoaktoren sind an den Auflagern des Getriebes angebracht, über welche das Getriebe mit dem Maschinenträger verbunden ist. "In das System haben wir Sensoren integriert: Sie messen kontinuierlich die Schwingungen, die im Getriebe entstehen, und leiten die Ergebnisse an die Regelung der Aktoren weiter", fährt Illgen fort. Ein Funktionsmuster des aktiven Schwingungsdämpfers haben die Forscher bereits entwickelt. Sie haben ein Windradgetriebe im Labormaßstab nachgebaut. Damit simulieren sie, wie der Schall entsteht und übertragen wird. "Am Kran hängt ein Schwingungserreger, der Schwingungen erzeugt, wie sie auf einer Windenergieanlage entstehen", erklärt Illgen. "Diese werden über eine Stange auf das Versuchsfundament übertragen. Der aktiver Tilger löscht Schwingungen durch Gegenkräfte aus." Neue Windkraftanlagen passen Drehzahl an Windstärke an Windräder variieren die Drehzahl Windkraftanlagen in der Nähe einer Siedlung dürfen auch bei starkem Wind nicht zu laut werden. Doch selbst bei sorgfältigen Konstruktionen kann Lärm entstehen. Die Rotorblätter bewegen sich und auch die Zahnräder, die Schwingungen im Getriebe hervorrufen. Diese werden an den Turm des Windrads weitergeleitet und dort großflächig abgestrahlt. Anwohner nehmen das als Brummgeräusche wahr. "Ähnlich wie beim Surren einer Mücke empfindet man diese Einzeltöne als besonders störend", weiß Illgen. Brummen die Windkraftanlagen zu laut, dürfen sie nur unter Teillast betrieben werden: Sie drehen sich langsamer und erzeugen weniger Strom. In einigen Fällen müssen die Betreiber zusätzliche Dämpfungssysteme einbauen oder sogar das Getriebe wechseln – eine teure Angelegenheit. Passive Dämpfungssysteme, die bisher verwendet wurden, zeigen jedoch nur bedingt Wirkung: Sie schlucken nur Geräusche einer bestimmten Frequenz. Da moderne Windkraftanlagen ihre Drehzahl an die Windstärke anpassen, um möglichst viel Strom zu erzeugen, variiert auch die Frequenz der Brummgeräusche: Trotz Dämpfung dringen Brummtöne in die Umgebung. Lärm gegen Lärm - Verbesserung der Schalldämpfung Forschen an Schallwellen für mehr Ruhe im Alltag Wissenschafter vom Institut für Technische Akustik der TU Berlin hatten 2000 eine Methode entwickelt, um für mehr Ruhe im Alltag zu sorgen: Sie bekämpfen den Stressfaktor Lärm mit Lärm. Dabei setzen die Ingenieure ebenfalls auf das Antischallverfahren. Trifft ein sogenanntes Wellental auf einen Wellenberg, löschen die Schallwellen sich gegenseitig aus. In einem größeren Raum wird dieser akustische Effekt besonders deutlich. Mehrere Lautsprecher erzeugen hier ein und denselben Ton. An manchen Stellen treffen zwei Wellenberge aufeinander und der Ton erscheint dem Zuhörer doppelt laut. An anderen Stellen löschen sich die Schallwellen jedoch gegenseitig aus, der Zuhörer kann den Ton fast nicht mehr wahrnehmen. Die Wissenschaftler in Berlin versuchten, die Schallwellen zwischen den Scheiben eines Doppelglasfensters zu neutralisieren und so eine bessere Schalldämpfung zu erreichen. Schallwellen spürt man, wenn man sich etwa in der Disko vor einen Basslautsprecher stellt. Auch der ganz alltägliche Verkehrslärm dringt als Schallwelle beispielsweise über die Schwingung der Fensterscheiben in die Wohnung ein. Um die Messungen zu vereinfachen, haben die technischen Akustiker aus Berlin um Dr.-Ing. André Jakob einen Fensterprüfstand mit zwei Plexiglasscheiben in ihr Labor gebaut. In den Fensterecken wurde jeweils ein Mikrofon und ein Lautsprecher installiert. Simulation des Straßenlärms für die Erforschung der Wellen Weniger Verkehrslärm Die Mikrofone nehmen den von außen hineindringenden Verkehrslärm auf. Ein Computer analysiert blitzschnell die Schallwellen und erzeugt über Lautsprecher die Gegenwelle. Dieser Antischall breitet sich im gesamten Hohlraum zwischen den Scheiben aus und reduziert dort den Lärm. Um die Schwingungen zwischen den Scheiben zu neutralisieren, muss dieser Gegenschall mit möglichst geringer Zeitverzögerung über die Lautsprecher "eingespielt" werden. Das Kernproblem ist der Regler, der den Antischall steuert. Für einen weiteren Test simuliert ein Lautsprecher die Geräusche einer Straße. Die Idee dabei ist, die Schallschwingungen im Lufthohlraum, also zwischen den Scheiben, zu minimieren. Damit wird die Schallübertragung insgesamt verringert, die Dämmwirkung des Doppelfensters wird verstärkt. Dieser Ansatz scheint der vielversprechendste zu sein. Andere Möglichkeiten, etwa die Schwingung der Scheibe direkt durch Krafteinleitung zu reduzieren, erweisen sich zumindest für eine ungestörte Durchsicht beim Fenster als wenig praktikabel. Die Ergebnisse können sich durchaus sehen lassen. Ein Fenster dieser "Bauart" kann unter günstigen Voraussetzungen ein um bis zu zehn Dezibel höheres Schalldämmmaß besitzen. Das entspricht einer Halbierung der Lautstärke-Wahrnehmung.

Sehen Sie diesen Beitrag in unserer Mediathek Hauptsächlich der Vekehrslärm belastet die Deutschen Rotkehlchen singen nachts, um Alltagslärm zu entgehen Chronischer Lärm erhöht Herzinfarktrisiko um die Hälfte Forscher entwickelt ein aktives Fenster gegen den Lärm In Klassenzimmern Lärm wie an einer Hauptstraße Lärm schadet auch der Lunge bis zum Riss Jeder fünfte Deutsche klagt über Lärm Verkehrslärm erhöht Infarktrisiko Nachgewiesen: Lärm erhöht den Blutdruck Lärm beeinträchtigt Leistung im Büro Fluglärm lässt Gedächtnis von Kindern leiden Deutsche leiden weniger unter Lärm Inseln der Ruhe durch Gegenlärm Schluss mit dem Autolärm? Lärmstress schwächt Immunsystem Lärm stresst Kinder Wie man Lärm fotografiert Hören im größten Lärm

27.10.2000, zuletzt aktualisiert am 26.11.2008 / nano online, jus mit Pressematerial des Fraunhofer Instituts

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