Att ta hänsyn till de olägenheter som ljud och buller medför tidigt i konstruktionsprocessen skulle många produkter må bra av. Ett exempel på det är ett lättviktsfartyg (dock inte det på bilden) som försågs med växellåda för drivning av propellern som genererade starka vibrationer och monterades så att vibrationerna dessutom effektivt fortplantades till personalutrymmena. Foto: Ove Töpfer

Mindre vibrationer och oljud ger
bättre och billigare produkter

Ljud och vibrationsnivåerna i en produkt bestäms till mer än 90 procent av de grundläggande konceptval av konstruktionen som görs i ett mycket tidigt skede i konstruktionsprocessen men oftast beaktas dessa problem inte förrän tidigast på prototypstadiet. Detta medför att en stor del av arbetet med att minska ljud och vibrationer går ut på att försöka gå runt de ”olyckliga” val som gjordes tidigare eftersom dessa val vid det laget är låsta.
Istället bör därför ljud- och vibrationsaspekterna tas med från allra första början. Det leder inte bara till en produkt med låga ljud- och vibrationsnivåer utan också ofta till en produkt med lägre tillverkningskostnad eftersom ljud- och vibrationsåtgärder i ett sent skede är kostsamma samt ger dåligt resultat.
Kraven på ett behagligt och lågt ljud samt låga vibrationer från produkter ökar hela tiden från både kunder och lagstiftare. Samtidigt går utvecklingen av produkter mot högre prestanda och lägre vikt vilket i sig oftast resulterar i högre ljud och vibrationer. I fler och fler produktgrupper ser vi att ljud och vibrationer blir en allt viktigare konkurrensfaktor. Genom att konstruera för låga vibrationer erhålls dessutom ofta en längre livslängd och billigare tillverkning.
De konceptval som påverkar ljud och vibrationer i produkten är t ex:
• Utformning av rörliga mekanismer
• Utformning av strömmande medier
• Typ av fläkt, t ex axial, radial, crossflow
• Liten högvarvig fläkt eller en stor
och lågvarvig
• Hantering av obalanser
• Hur vibrerande detaljer ansluts
till övriga maskinen
• Val av transmission, t ex kuggdrev, rem
• Etc.

Försent skede – angrip källorna
Alltför ofta kallas ljud och vibrationsexpertisen in i ett alldeles för sent skede när tillverkaren plötsligt upptäcker att ljudet eller vibrationerna är för höga. Antingen för att kunderna klagar eller att man inte klarar uppsatta normer.
– När vi då kommer in och ombeds att fixa detta är produktkonceptet låst sedan länge och hela produktionsutrustningen beställd, säger Hans Lindell.
Det i särklass mest framgångsrika sättet att få ner ljud och vibrationer är att angripa källorna till dessa eftersom det är där allt börjar. Då det är källorna som låses först i konstruktionen blir det därmed väldigt viktigt att i ett mycket tidigt skede styra upp ljud och vibrationsegenskaperna. Om man inte kan komma åt källan måste istället arbetet inriktas på att begränsa spridningen till omgivningen genom traditionella ljudabsorbenter eller vibrationsisolatorer vilket inte alls är lika effektivt.

Tung vibrationsdämpning i lätt fartyg!
Ett exempel bland många på hur fel det kan gå är ett fartyg där man valde en växellåda för drivning av propellern som genererade starka vibrationer samt att denna monterades på ett sådant sätt att vibrationerna fortplantades mycket effektivt vidare till personalutrymmena där dessa gav upphov till ett mycket irriterande ljud.
Åtgärden blev att leverantören tvingades sätta in mängder med tunga vibrationsdämpande material vilket var mycket kostsamt samt ökade fartygets vikt vilket var känsligt eftersom det rörde sig om ett snabbgående lättviktsfartyg. Dessutom blev effekten ganska tveksam och en stor del av ljudet blev ändå kvar.
Om man i stället hade tagit med ljud- och vibrationsaspekterna i ett tidigare skede hade man kunnat identifiera detta som ett potentiellt problem. Växellådan hade kunnat kravsatts så att vibrationerna inte fått överstiga en viss nivå eller en effektiv vibrationsisolering hade kunnat konstrueras för att förhindra att vibrationerna fortplantats in i fartyget.
Personalen på fartyget kommer så länge fartyget är i drift att få leva med detta mycket störande ljud helt i onödan.

Väsentligt Förbättrad centrifug
Ett exempel där man istället verkligen tagit med ljud- och vibrationsaspekterna är vid utvecklingen av en centrifug som används på sjukhus. Centrifugen används i laboratoriemiljö och kraven på låga ljud och vibrationsnivåer är höga. Dessutom krävs att vibrationerna hålls nere för att centrifugen skall fungera korrekt. Förbättringen jämfört med en tidigare produkt är 25 dB!
I projektet har alla grundläggande val som gjorts i konstruktionen stämts av med hur de kommer att påverka ljudet och vibrationerna. Detta har resulterat i en maskin med mycket låga ljud och vibrationsnivåer och hög driftsäkerhet.

Lösningar för god prestanda
De val av lösningar som gjort att maskinen har fått dessa goda prestanda är bl a:
• Införandet av automatisk balansering av
rotorn för att se till så att inga obalanser
kan förekomma. Därmed har vi angripit
en källa till ljudet och dessutom har vi
förlängt livslängden på centrifugen.
• Reducering av värmeavgivningen för att
minimera ventilationsbehovet och
därmed fläktbullret.
• Optimering av in- och utloppskanaler
för ventilationsluften.
• Val av lämplig fläkt för kylningen.
• Aerodynamisk utformning av roterande
delar minskar ljudet och värme-
alstringen.
Sammantaget har alla dessa val lett fram till en maskin som är mycket tyst, har låga vibrationer och lång livslängd. Framgångsfaktorn har varit att ljud- och vibrations-
aspekterna har fått vara med från allra första början och att dessa har tagits på allvar.

Efterfrågan på tystare produkter ökar
Hela vår omgivning är full av onödiga ljud som hade kunnat tas bort eller minskas avsevärt utan att det egentligen hade kostat något. Datorer behöver inte föra oväsen, en gräsklippare behöver inte låta som den gör.
Det som behövs är en större efterfrågan på tystare och vibrationsfria produkter vilket vi glädjande nog upplever är på gång. Välljud och låga vibrationsnivåer blir allt mer ett konkurrensmedel.
– På Swerea-IVF hjälper vi kunden med att systematiskt identifiera och eliminera ljud och vibrationsproblemen för att föreslå lösningar som är genomförbara ur alla aspekter. Det är viktigt att få komma in i konstruktionsprocessen i ett så tidigt skede som möjligt, säger Hans Lindell.
– Vi har en lång erfarenhet från många produktområden där vi har haft stor framgång. Exempel på områden är, vitvaror, medicinteknisk utrustning, handmaskiner och flyg. Det som särskiljer oss är att vi angriper källan till det onda och har en stor produktions- och konstruktionsteknisk kompetens inom Swerea-IVF som gör att lösningarna blir konkurrenskraftiga. Vi har stora möjligheter att tillverka och utvärdera prototyper. Vi håller en hög innovativ höjd på lösningarna som ofta resulterar i att patent söks av kunderna, tillägger Hans Lindell.
Swerea-IVF kan alltså vara behjälpliga vad gäller ljud och vibrationsproblem i befintliga produkter. En typisk arbetsgång kan då vara:
• Kartläggning av källor och trans-
missionsvägar för ljud och vibrationer.
• Framtagning av olika koncept på
lösningar.
• Simulering av effekterna från koncepten.
• Framtagning av prototyper.
• Anpassning till seriemässig produktion.