Onderzoek: hoe granulaat uit gerecyclede autobanden EV’s nog stiller moet maken

Onderzoekers van de Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg hebben granulaat uit gerecyclede autobanden gebruikt om geluid en trillingen in EV-vermogenselektronica te verminderen. De deeltjes werden niet als losse isolatielaag toegevoegd, maar in holtes geplaatst die al in de behuizing aanwezig zijn. In een laboratoriumopstelling daalde het geluidsniveau in een opvallend frequentiebereik met 6,5 dB.

Stilte in elektrische auto’s maakt andere tonen hoorbaar

Elektrische auto’s zijn stiller dan auto’s met een verbrandingsmotor, maar geluidloos zijn ze niet. Juist door het ontbreken van het bekende motorgeluid komen andere geluiden naar voren. Een hoge piep of wat gezoem uit de elektronica of een fijn getsjirp uit de aandrijving kan in een verder stil interieur sneller opvallen.

Prof. Dr.-Ing. Hermann Rottengruber van het Institut für Engineering von Produkten und Systemen van bovengenoemde universiteit omschrijft die veranderde geluidservaring zo: “Met elektromobiliteit verandert de geluidswereld in de auto. Elektrische auto’s brommen niet zoals benzine- of dieselauto’s. Ze rijden stiller, maar niet volledig geluidloos. Juist omdat het vertrouwde motorgeluid ontbreekt, vallen andere tonen sterker op: een hoog piepen tijdens het laden, een zoem uit de elektronica of aandrijving.”

Alleen vermogenselektronica

Het onderzoek in Magdeburg gaat specifiek over geluid uit de vermogenselektronica. Het draait dus niet om banden- of windgeruis, maar om trillingen in een elektrisch systeem die hoorbaar geluid veroorzaken. Volgens de onderzoekers kunnen zulke tonen vooral in hogere frequenties hinderlijk worden, ook wanneer ze op papier niet bijzonder luid zijn.

Dat wordt belangrijker nu het aantal elektrische auto’s groeit. Naarmate de elektrische aandrijving meer ingeburgerd raakt, verschuift de aandacht ook naar kleinere technische verfijningen die het akoestisch comfort van deze auto’s nog verder verbeteren.

Rubberkorrels in bestaande holtes

De onderzochte oplossing is opvallend eenvoudig van opzet. Het team rond Rottengruber en projectleider Dr. Braj Bhushan Prasad vulde bestaande holtes in de vermogenselektronica met rubbergranulaat uit oude autobanden. Die deeltjes zitten los in de behuizing en bewegen mee wanneer de structuur gaat trillen.

Bij die beweging ontstaan botsingen en wrijving tussen de deeltjes en de wand van de holte. Zo nemen de rubberkorrels een deel van de trillingsenergie op, voordat die als storend geluid wordt afgestraald. Prasad legt de kern van de aanpak kort uit: “We pakken het geluid direct bij de bron aan, nog voordat het hoorbaar wordt.”

Die plaatsing is belangrijk want klassieke dempingsmatten of zware geluidswerende lagen voegen immers massa toe en nemen ook ruimte in rond de elektronica. Voor elektrische auto’s ligt dat gevoelig, omdat extra gewicht ongunstig is voor de efficiëntie en de actieradius. De Magdeburgse aanpak gebruikt juist ruimtes die toch al aanwezig zijn.

Natuurlijk is het minder simpel dan alleen wat rubberkorrels in een holte gieten. Prasad zegt daarover: “Deeltjes gedragen zich heel verschillend, afhankelijk van grootte, materiaal, vulhoeveelheid, temperatuur, vorm van het onderdeel en de manier waarop ze in trilling worden gebracht. Daarom is het niet genoeg om zomaar granulaat in een onderdeel te stoppen. We moeten berekenen en testen welke deeltjes, in welke hoeveelheid en op welke plek het beste effect hebben.”

Metingen in een reflectievrije ruimte

De metingen zijn uitgevoerd in een reflectievrije ruimte, waar geluid nauwkeurig kan worden vastgelegd. De onderzoekers maten tegelijk de trilling van het deksel en de geluidsdruk die het systeem uitstraalde. Er is getest onder vollast terwijl het toerental opliep van 50 tot 10.000 toeren, en daarnaast bij een constante vollastmeting.

Vooral het bereik tussen 800 en 1.100 Hz springt eruit. Volgens de onderzoekers kunnen geluiden uit de vermogenselektronica juist daar duidelijk hoorbaar zijn. Met het rubbergranulaat daalde het geluidsdrukniveau in dat bereik van 56,5 naar 50,0 dB.

Rottengruber plaatst de daling van 6,5 dB nadrukkelijk in de beleving van het geluid: “Een vermindering met 6,5 decibel kan het verschil maken tussen een opvallend zoemen en een duidelijk gedempter achtergrondgeluid.”

De test laat onder deze omstandigheden zien dat de vermogenselektronica minder geluid en trilling veroorzaakt. De stap naar langdurig gebruik in een voertuig is nog niet gezet. Daarvoor zijn onder meer duurtesten, thermisch gedrag, kosten en de exacte toename van de massa van belang.

Nog geen techniek voor serieauto’s

Het huidige project komt voort uit langer lopend onderzoek naar partikeldemping aan de Universiteit Magdeburg. Eerder werd dit principe onder meer onderzocht voor windenergie-installaties, waar grote trillende delen stiller en duurzamer moeten worden. In een elektrische auto is de beschikbare ruimte kleiner en telt extra gewicht zwaarder mee.

De onderzoekers zien op termijn ook mogelijkheden voor omvormers, regeleenheden en andere trillingsgevoelige delen van elektrische aandrijfsystemen. Als korte technische context past daarbij dat geïntegreerde partikeldempers al in andere auto-onderdelen worden toegepast, onder meer bij Autoneum met Zeta-Light in interieuronderdelen. Het onderzoek in Magdeburg richt zich echter op EV-elektronica en op het gebruik van rubber uit gerecyclede autobanden.

De universiteit wil de methode verder ontwikkelen met digitale modellen en AI-ondersteunde simulaties. Daarmee moeten geschikte dempingsoplossingen eerder in het ontwikkelproces kunnen worden beoordeeld, nog voordat er een fysiek prototype is gebouwd.

Wanneer de techniek in serieauto’s verschijnt, is nog niet bekend. De toepassing in concrete modellen is uiteraard ook nog niet bevestigd, al is de toepasbaarheid evident.