Lärm sehen, bevor er entsteht

Überall, wo Last umgewälzt wird, entstehen Geräusche. Und die können ganz schön laut ausfallen: Dunstabzugshauben, sirrende Windräder und ohrenbetäubende Triebwerke sind nur wenige Beispiele. 3 Karlsruher Wissenschaftler können nun ein Produkt schon vor der Herstellung auf Lärmemissionen prüfen und entsprechend optimieren. Die entsprechende Software stellen sie Herstellern und Ingenieuren in der Cloud zur Verfügung.

"Im Grunde stellt man heutzutage ein Lärmproblem fest, wenn das Produkt fertig, vielleicht schon im Verkauf ist", sagt Iris Pantle: "Wir wollen potenzielle Lärmquellen schon in der Entwicklungsphase erkennen." Wir, das ist die Falquez, Pantle und Pritz GbR, ein Spin-off des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Pantle, promovierte Maschinenbau-Ingenieurin, arbeitete am KIT im Bereich akustischer Simulationsverfahren. Ihr Kollege Balasz Pritz, ebenfalls Maschinenbauer, schrieb seine Dissertation über Strömungssimulationsverfahren. Der dritte im Bunde, Physiker Carlos Falquez, war als Hiwi dabei.

Das gemeinsame Forschungsergebnis war eine Software für Strömungssimulation, gekoppelt mit einer Lärmprognose. "Sie braucht allerdings ziemlich viel Rechenpower. Deshalb überlegten wir, wie wir sie effizient der Industrie anbieten könnten und kamen auf die Cloud", sagt Pantle. Zwei Jahre lang arbeiteten die Karlsruher mit Exist-Stipendien an dieser Lösung und gründeten 2014 ihre Firma. Sie betreibt eine Plattform namens Nuberisim. Das spanische Wort "Nube" steht für Wolke bzw. Cloud, Sim für Simulation. Das Start-up nutzt die Cloud-Infrastruktur von professionellen Drittanbietern. Kunden melden sich auf dem Webportal an, eröffnen ein Konto und geben ihre Parameter ein.

Eine Datenbank speichert die Konfigurationsdaten. Per Knopfdruck startet der Nutzer die Simulation, die parallel auf mehreren Hochleistungsrechnern läuft. Er wird benachrichtigt, wenn er seine Ergebnisse herunterladen kann. Auf die Weise bezahlt er nur so viel Zeit und Speicherplatz, wie er wirklich nutzt. "Die Kunden sparen die Anschaffungs- und die Wartungskosten für die Hardware und können über die Cloud immer auf moderne Infrastruktur zugreifen. Darüber hinaus fallen keine Lizenzgebühren für Software an", erläutert Geschäftsführerin Pantle. Das Angebot soll vor allem kleinere Hersteller und Ingenieurbüros ansprechen, die nicht in der Lage sind, Hochleistungsrechner zu finanzieren.

Für die aufwendigen Lärmsimulationen reiche ein PC nicht aus, so Pantle. "Sowohl der umströmte Bereich als auch der Bereich, in dem sich die Schallwellen ausbreiten, werden von einem Simulationsnetz durchzogen. Die Knotenpunkte erkennen sich gegenseitig und kommunizieren miteinander. In unserem Fall ist das Netz sehr fein, weil die akustischen Quellen in der Strömung zeitlich und räumlich stark fluktuieren - und zwar in sehr kleinen Skalen." Man zerstückele deshalb die Rechnung und schicke die Teile gleichzeitig an mehrere Prozessoren. Diese "Parallelisierung" schützt im Nebeneffekt die sensiblen Entwicklerdaten in der Cloud. "Es sind nie ganze Produkte, sondern nur Ausschnitte zu sehen, die zudem von uns in kleine Simulationsbausteine zerhackt werden. Außerdem sei der Datentransfer verschlüsselt.

Klassische Anwendungsbereiche für Lärmsimulationen seien der Maschinenbau und die Autoherstellung. Fördertechnik, Klimaanlagen, Pumpen oder Ventile wünscht man sich leiser. Vorrangig sieht die Gründerin Bedarf bei Produkten, die - wie z. B. Flugzeugtriebwerke - Lärmschutz-Richtlinien unterliegen. Oder, deren Lärmpegel regelmäßig von Behörden überprüft wird - etwa Windparks in Siedlungsnähe.

Bei Föns, Dunstabzugshauben und anderen Haushaltsgeräten könnte weniger Krach ein Wettbewerbsvorteil sein. "Unsere Software ist breit genug aufgestellt: Sie ist auch bei der Stadtplanung oder in der Medizintechnik anwendbar", glaubt Pantle. Ein Test im Mai mit knapp 30 Studierenden der Dualen Hochschule in Karlsruhe, die Nuberisim gleichzeitig mit Simulationsversuchen belagerten, sei erfolgreich gewesen. Deshalb starten die Gründer nun die Kundenakquise und suchen Investoren sowie Fördergelder. Geplant ist außerdem, neben der Lärmentwicklung weitere physikalische Phänomene zu erfassen. Etwa Fluid-Struktur-Wechselwirkungen. Eine Pilot-applikation ist bereits in Vorbereitung. Pantle: "Wir wollen für jedes Ingenieurbüro die erste Adresse für technische Simulation sein."

Autorin des Artikels

Matilda Jordanova-Duda