Durchbrechen der 35-dB-Grenze: Ein technischer Überblick über die Unterstützung eines koreanischen Haushaltsgeräteherstellers durch LONGWELL bei der Bewältigung von Lärmproblemen
— Eine vollständige Dokumentation von der Fluidsimulation bis zur Implementierung des EC-Moduls
LONGWELL
Einleitung: „Schweigeangst“ im Kontext des LDK-Trends
Im Bereich der Hausgeräteherstellung, insbesondere im Kühlsektor, zählt die Kontrolle von Geräuschen, Vibrationen und Rauheit (NVH) seit jeher zu den größten Herausforderungen. Mit der weltweiten Entwicklung hin zur „LDK-Integration“ (Wohn-, Ess- und Küchenbereich) hat sich der Standort des Kühlschranks von der geschlossenen Küche in den Mittelpunkt des familiären Lebens verlagert. Diese Veränderung der räumlichen Gegebenheiten hat unmittelbar zu einem drastischen Rückgang der Geräuschtoleranzschwelle der Nutzer geführt.
In einer Wohnumgebung mit einem Geräuschpegel von unter 30 dB am späten Abend ist ein Kühlschrank mit 42 dB deutlich wahrnehmbar. Genau vor diesem Dilemma stand ein bekannter koreanischer Haushaltsgerätehersteller Anfang 2024: Obwohl seine Flaggschiff-Serie mit Side-by-Side-Kühlschränken eine hervorragende Kühlleistung bot, schnitt sie in Kundenzufriedenheitsumfragen im Premiumsegment aufgrund von Geräuschproblemen des Kompressorkühlmoduls deutlich schlechter ab.
Dieser Artikel beschreibt die Beteiligung von Ningbo Longwell Electric (LONGWELL) an diesem Projekt. Er erläutert detailliert den technischen Ansatz, mit dem der Kunde durch umfassende Optimierung – von einzelnen Lüftern bis hin zum Kühlsystem – den Gesamtgeräuschpegel der Maschine auf 35 dB, einen branchenüblichen Grenzwert, senken konnte.
I. Statusdiagnose: Systemische Fehlausrichtung hinter 42 dB
Zu Beginn des Projekts sahen wir uns mit einer typischen „komplexen akustischen Situation“ konfrontiert. Die ursprüngliche Lösung des Kunden wies einen gemessenen Geräuschpegel von etwa 42 dB auf, begleitet von einem deutlichen niederfrequenten Brummen und hochfrequenten Windgeräuschen.
Nach Eintreffen des LONGWELL-Technikteams haben wir nicht sofort Produkte empfohlen. Stattdessen führten wir zunächst eine Messung des Gesamtschallleistungspegels und eine Spektrumanalyse durch. Mithilfe der Datenanalyse identifizierten wir drei Hauptursachen für die Geräusche:
Impedanzfehlanpassung in der aerodynamischen Anordnung: Die ursprüngliche Luftkanalstruktur war zu kompakt, der Lufteinlass lag zu nah am Ventilator. Die Hochgeschwindigkeitsluft traf turbulent auf die Ventilatorflügel, bevor sich eine laminare Strömung bilden konnte, was zu starkem breitbandigem aerodynamischem Lärm führte. Dieses Problem, verursacht durch eine unzureichende Impedanzanpassung des Systems, ließ sich nicht einfach durch den Austausch des Ventilators gegen ein Modell mit denselben Spezifikationen beheben.
Physikalische Grenzen von Wechselstrommotoren: Der Kunde verwendete ursprünglich einen herkömmlichen Wechselstrommotor mit Spaltpolen. Solche Motoren sind durch die Netzfrequenz begrenzt, haben eine konstante Drehzahl und können sich nicht an die Last anpassen. Noch gravierender ist, dass die Eigenfrequenz der elektromagnetischen Schwingungen (Netzfrequenzrauschen) des Wechselstrommotors leicht Resonanzen in der Rückwand des Kühlschranks hervorrief und so einen tieffrequenten, stark durchdringenden Knall erzeugte.
Grobe Kontrollstrategie: Das ursprüngliche Kühlsystem arbeitete nach dem einfachen Prinzip „Ein/Aus“. Solange der Kompressor lief, drehte der Lüfter mit voller Drehzahl; sobald der Kompressor ausfiel, stoppte der Lüfter abrupt. Diese häufigen, kurzzeitigen Schalldruckschwankungen können den Benutzer psychologisch eher stören als ein konstanter Geräuschpegel.
Die Schlussfolgerung war eindeutig: Es handelte sich nicht um eine einfache Forderung nach Teileaustausch, sondern um eine systemische technische Korrektur mit dem Ziel, „Wärmeaustauscheffizienz und akustische Leistung in Einklang zu bringen“.
II. Lösungsentwicklung: Vom reinen Lüfterlieferanten zum Anbieter von Fluidtechnikdienstleistungen
Um die oben genannten Schwachstellen zu beheben, schlug LONGWELL dem Kunden die technische Lösung des „EC Intelligent Cooling Module“ vor. Unser Ziel war sehr ambitioniert: die Gesamtgeräuschbelastung der Maschine von 42 dB auf 35 dB zu reduzieren.
35 dB ist ein extrem anspruchsvoller Wert. Das bedeutet, dass der Geräuschpegel des laufenden Kühlschranks unter dem Hintergrundgeräuschpegel einer Standardbibliothek liegen und sich der unteren Grenze der menschlichen Wahrnehmung von Umgebungsgeräuschen annähern wird. Um dies zu erreichen, haben wir einen dreistufigen technischen Implementierungsplan entwickelt: Quellcode-Ersetzung, Pfadoptimierung und Logik-Neuschreibung.
III. Technische Umsetzung: Wichtige technische Wege
1. Verbesserung der Stromversorgung: Anwendung der sinuswellengesteuerten EC-Technologie
Der erste Schritt zur Geräuschreduzierung besteht in der Beseitigung mechanischer und elektromagnetischer Geräusche. Wir haben den herkömmlichen Wechselstrommotor aufgegeben und den von LONGWELL speziell entwickelten Außenläuferlüfter der Serie LW-EC eingesetzt.
Hier ist es notwendig, den Kernwert von EC-Technologie (elektronisch kommutiert).
Verständnis für Laien: Wenn der Motor das Herzstück des Ventilators ist, dann der EC-Modul Sein „intelligentes Herzstück mit variabler Frequenz“ ist die Kombination aus einem effizienten bürstenlosen Gleichstrommotor und einer intelligenten Steuerschaltung. Im Gegensatz zum passiven „Plug-and-Play“-Modus herkömmlicher Wechselstromventilatoren kann ein EC-Ventilator mit diesem „Herzstück“ die Drehzahl präzise regeln und ist 30–50 % energieeffizienter als herkömmliche Ventilatoren.
Der Kern dieses Ventilators liegt in seiner Sinuswellenantrieb Im Gegensatz zur Rechteckwellenansteuerung herkömmlicher bürstenloser Gleichstrommotoren kann die Sinuswellenansteuerung eine kontinuierliche und gleichmäßige Stromwellenform erzeugen, wodurch das Drehmomentwelligkeit während der Motorkommutierung stark unterdrückt wird.
Technische Tests ergaben: Nach dem Austausch gegen den EC-Motor sank das vom Motor selbst erzeugte elektromagnetische Rauschen um etwa 4 dB. Da der Rotor des EC-Motors zudem hochintegriert ist und eine dynamische Auswuchtungsgenauigkeit der Klasse G6.3 aufweist, wurden die durch die Rotation verursachten mechanischen Vibrationen im Mikrometerbereich gehalten, wodurch der direkte Schallübertragungsweg effektiv unterbrochen wurde.
2. Strömungsfeldrekonstruktion: Aerodynamische Optimierung basierend auf CFD-Bionik
Nachdem die „Quelle“ identifiziert war, galt es im nächsten Schritt, den „Pfad“ zu ermitteln. Um hochfrequente Windgeräusche zu eliminieren, nutzte das LONGWELL Fluid Laboratory CFD-Software (Computational Fluid Dynamics), um eine hochpräzise Strömungsfeldmodellierung im Bereich der hinteren Wärmeabfuhr des Kühlschranks durchzuführen.
Verständnis für Laien: Man kann sich die CFD-Technologie vorstellen als „Digitaler Windkanal“. Vor der Inbetriebnahme der Formen für die Fertigung führten unsere Ingenieure eine... „Virtuelle Probe“ auf Hochleistungsrechnern. Mithilfe dieser virtuellen Umgebung konnten wir visuell erkennen, wo die Luft ungehindert strömt und wo geräuschverursachende Wirbel entstehen. So konnten wir versteckte Gefahren bereits in der Entwurfsphase beseitigen und blindes Ausprobieren vermeiden.
Mithilfe der CFD-Simulationsanalyse (Cloud Map) stellten wir eine starke Strömungsablösung an den Kanten der ursprünglichen Lüfterblätter fest. Um dem entgegenzuwirken, entwickelte das Ingenieurteam eine bionische, gezackte Vorderkante. Inspiriert von den Flügeln von Eulen (bekannt für ihren lautlosen Flug), zerlegt die gezackte Struktur große Wirbel effektiv in feine, fragmentierte kleine Wirbel. Dadurch wird die in bestimmten Frequenzen konzentrierte Geräuschenergie in ein breites Frequenzband gestreut, was zu einer angenehmeren Geräuschwahrnehmung führt.
Gleichzeitig unterstützten wir den Kunden bei der Feinabstimmung des Luftkanalgitters, indem wir Führungsrippen hinzufügten, um die turbulente Ansaugluft zu bündeln und zu glätten. Laminar FlowDadurch wurde der Luftwiderstandsbeiwert deutlich reduziert. Dies verringerte nicht nur den Lärm, sondern erhöhte auch das Luftvolumen um etwa 15 %, wodurch Spielraum für eine weitere Geschwindigkeitsreduzierung entstand.
3. Algorithmenimplementierung: PWM-Drehzahlregelung und PID-Regelung
Die Hardware bestimmt die untere, die Algorithmen die obere Grenze. Der Hauptvorteil von EC-Lüftern liegt in ihrer Regelbarkeit. Wir haben einen intelligenten Steuerchip in den Lüfter integriert und gemeinsam mit der Elektronikabteilung des Kunden eine PID-Regellogik auf Basis der Kondensatortemperaturrückmeldung entwickelt.
Die neue Logik hat die Funktionsweise des Lüfters grundlegend verändert:
Fahrt mit geringer Last: Nachts oder im Winter, wenn der Wärmebedarf gering ist, läuft der Lüfter mit einer niedrigen Drehzahl von 600–800 U/min. Dabei ist er nahezu geräuschlos und verbraucht extrem wenig Strom.
Lineare Antwort: Wenn die Umgebungstemperatur steigt oder der Schnellgefriermodus eingeschaltet wird, beschleunigt der Lüfter linear über das PWM-Signal, wodurch sprunghafte Geräuschänderungen vermieden werden.
Sanftanlauf/Sanftstopp: Der Start-Stopp-Mechanismus des Lüfters ist mit einer Beschleunigungs-/Verzögerungspufferzeit von 3-5 Sekunden ausgestattet, wodurch das für herkömmliche Lüfterstarts typische Aufprallgeräusch vermieden wird.
IV. Validierung und Bereitstellung: Kommerzieller Wert von Datendimensionen
Nach sechs Monaten gemeinsamer Entwicklung und mehreren Verifizierungsrunden (einschließlich Tests in einer vollständig reflexionsarmen Kammer, Lebensdauertests bei hohen und niedrigen Temperaturen sowie Tests zur Energieeffizienz der gesamten Maschine) wurde die Lösung schließlich für die Serienproduktion freigegeben.
Einhaltung der akustischen Leistungsanforderungen: Unter Standardbetriebsbedingungen (Umgebungstemperatur 25 °C) stabilisierte sich das Gesamtgeräusch der Maschine im Betrieb bei 35dB (A)Bei subjektiven Hörtests verschwand das ursprünglich scharfe Windgeräusch und wurde durch ein extrem schwaches und gleichmäßiges Luftstromgeräusch ersetzt, das den Standard für Ruhe auf Schlafzimmerniveau voll und ganz erfüllte.
Erholung der Marktentwicklung: Nach der Markteinführung der neuen Modelle mit dem LONGWELL EC-Modul konnte der anfängliche Imageverlust schnell behoben werden. Auf dem hart umkämpften koreanischen Markt sowie den europäischen und amerikanischen Premiummärkten stach diese Kühlschrankserie durch ihren außergewöhnlich leisen Betrieb hervor und wurde von zahlreichen Fachmedien empfohlen. Bereits im ersten Verkaufsjahr verzeichnete dieses Modell einen Absatzanstieg von 180 % im Vergleich zum Vorjahr.
Skalierbare Lieferfähigkeit: Bis zum vierten Quartal 2025 lieferte LONGWELL insgesamt über 1.2 Millionen kundenspezifische EC-Lüfter mit geräuscharmem Betrieb an diesen Kunden. Bei dieser großen Liefermenge erreichte unsere Produktionslinie eine Erstausbeute (FPY) von über 99.9 % und gewährleistete so einen reibungslosen Produktionsablauf beim Kunden.
Fazit: Die Entwicklung der Lieferkettenbeziehungen
Bei Betrachtung des gesamten Projekts stellt der Sprung von 42 dB auf 35 dB im Wesentlichen eine Verbesserung des Kooperationsmodells in der Lieferkette dar.
Im Kontext der traditionellen Fertigung sind Lüfterfabriken oft lediglich Auftragsfertiger. In diesem Projekt demonstrierte LONGWELL jedoch seinen Kernwert als „Anbieter von Wärmemanagement- und Fluidlösungen“—Wir bieten nicht nur Hardware, sondern auch einen kompletten technischen Support, einschließlich Simulationsanalyse (CFD) und Intelligente Algorithmenstrategien (EC-Technologie).
Da sich die Hausgeräteindustrie hin zu intelligenten und hochwertigen Geräten entwickelt, steigen die technischen Anforderungen an Zulieferer von Kernkomponenten stetig. Ningbo Longwell Electric (LONGWELL) wird seine Expertise in den Bereichen Elektrotechnik und Strömungsmechanik weiter ausbauen und seine fundierten Ingenieurskompetenzen nutzen, um Kunden weltweit bei der Bewältigung zukünftiger technischer Herausforderungen zu unterstützen und die Branche in ein neues Zeitalter der Stille zu führen.
