Zweirad E-Bikes mit flüsterleisem Fahrerlebnis

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Klappern, Knacken und hochfrequente Schwingungen beeinflussen maßgeblich, wie die Qualität eines E-Bikes wahrgenommen wird. Am Fraunhofer IWU Dresden sind dank eines neu entwickelten Akustikprüfstands präzise akustische Untersuchungen möglich, die Hersteller dabei unterstützen, ihre E-Bikes schneller zur Serienreife zu bringen.

Radbegeisterte schätzen reduzierte Geräusche und Vibrationen als besonderes Qualitätsmerkmal: Ein leiser, souveräner Lauf und ein stimmiges Geräuschbild prägen das Fahrerlebnis – während ein Klappern, Knacken oder tonale Geräusche unmittelbar negativ auffallen. Eine wirksame Geräuschoptimierung gelingt besonders dann, wenn Schallquellen und ihr Beitrag zum Gesamtgeräusch frühzeitig erkannt werden. So können Optimierungen rechtzeitig in den Entwicklungsprozess eingesteuert werden. 

Genau hier setzen das Fraunhofer IWU und seine Entwicklungspartner an. Sie verbinden industrietaugliche Prüfstandstechnik mit akustischer Mess- und Analysekompetenz, sodass Hersteller störende Geräusche bereits im Prototypenstadium zuverlässig bewerten und vor dem Beginn der Serienfertigung abstellen können.

Keine „späten Überraschungen“ dank realitätsnaher Prüfbedingungen

Während klassische Prüfstände vor allem Haltbarkeit, Lastwechsel oder strukturelle Festigkeit im Fokus haben, rückt der neue, von der EMEC Prototyping GmbH entwickelte und mit Fraunhofer-Akustikexperten hinsichtlich Messgenauigkeit und Reproduzierbarkeit validierte Akustikprüfstand die Geräuschentstehung und -übertragung gezielt in den Mittelpunkt. Er ermöglicht die simulative Nachbildung realer Fahrsituationen – z. B. definierte Anregungen aus dem Untergrund, Lastwechsel im Antrieb oder gezielte Schwingungseinträge. 

So lassen sich sowohl komplette Fahrräder als auch einzelne Einheiten (z. B. Antrieb/Antriebsstrang) untersuchen; sogar ein realer Fahrer kann während des Tests „kräftig in die Pedale treten“. Hochauflösende Messtechnik und Sensorik (Luft- und Körperschall) sowie eine entkoppelte Prüfstandsumgebung helfen dabei, auch feine Geräuschphänomene zu detektieren und Ursachen wie dynamische Anregungen, Resonanzen oder konstruktive Schwachstellen präzise zuzuordnen.

E-Bike-Software

Wie das „Gehirn“ des E-Bikes funktioniert

Belastbare Daten für Entwicklung, Benchmark und Vorserie

Der Prüfstand liefert belastbare, vergleichbare Daten für Entwicklungsbegleitung, Benchmark-Analysen und Vorserienuntersuchungen. Das Fraunhofer IWU bringt seine Akustikmethoden entlang der Wirkkette Anregung – Übertragung – Schallabstrahlung ein, um nicht nur Symptome, sondern relevante Entstehungs- und Übertragungsmechanismen in den Griff zu bekommen.

Messungen, die das tatsächliche Fahrerlebnis abbilden

Für Hersteller ist entscheidend, dass Messungen nicht nur technisch korrekt, sondern auch interpretierbar und kundenorientiert sind. Daher können – je nach Entwicklungsziel – zusätzliche Verfahren eingesetzt werden:

• Luftschall an der Fahrerposition mit Kunstkopftechnik messen: Solche Messungen erfassen Geräusche so, wie sie mit zwei Ohren (binaural) vom Menschen wahrgenommen werden – räumlich, als wäre ein Mensch im Schallfeld anwesend.
• Vorbeifahrt-Positionen können für Produktvergleiche und Außengeräusch-Betrachtungen sinnvoll sein.
• Eine Schallleistungsermittlung nach individueller oder Norm-Vorgabe ist ebenfalls möglich.
• Schwingungsmessung an Komponenten und Rahmen für die Bewertung von Vibrationen.

Das Akustik-Team am Fraunhofer IWU Dresden freut sich auf Anfragen interessierter E-Bike-Hersteller, Komponentenlieferanten und sonstiger Akteure der elektrifizierten Mobilität.

Dynamische Kräfte als Ursache von störenden Geräuschen

Geräusche entstehen nicht zufällig – Auslöser sind häufig dynamische Kräfte aus dem Elektromotor oder aus dem Getriebe, die über Schnittstellen in Rahmen und Komponenten eingeleitet und als Luftschall abgestrahlt werden. Statt zeitraubender Korrekturschleifen nach dem Trial-and-Error-Prinzip setzt das Fraunhofer IWU auf wissenschaftlich fundierte Methoden, die im Sinne einer Sound Source Characterization an den Ursachen ansetzen:

• Die Transfer Path Analysis ist eine Methode, um zu analysieren, wie unerwünschter Lärm und Vibrationen von ihrer Quelle zu einem Empfänger (z. B. dem Ohr des Radfahrers) übertragen werden, indem die verschiedenen Übertragungswege (Luft- und Körperschall) identifiziert und quantifiziert werden.
• NVH steht für Noise (Geräusch), Vibration und Harshness (Rauigkeit) und beschreibt die Analyse hörbarer und spürbarer Schwingungen, die das Fahrerlebnis beeinflussen. Bei elektrisch angetriebenen Fahrrädern stehen spezielle Frequenzen durch Elektromotoren und Getriebe, die im Sinne des Geräuschkomforts optimiert werden müssen, im Vordergrund.

Akustische Messtechnik

Geräusche sichtbar machen

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Der läuft ja wie nicht geschmiert