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6. Februar 2003
Lärm für die Kühlung
(he) Krach bringt man nicht unbedingt in Verbindung mit Kälte. US-Ingenieuren ist es jetzt jedoch gelungen, Lärm und Kühlung miteinander zu verknüpfen. Dafür nutzen sie ein einfaches physikalisches Prinzip.
Matthew Poese und Steven Garrett vom Labor für angewandte Forschung der Pennsylvania State University haben dieses Prinzip kürzlich auf einem Akustik-Kongress in Mexiko präsentiert. Extrem lauter Schall lässt sich demnach zum Kühlen einsetzen. Und so funktionierts: Schallwellen sind physikalisch nichts anderes als mehr oder weniger schnelle Luftdruckschwankungen. So setzt sich z.B. das A auf der Tonleiter aus Schallwellen der Frequenz 440 Hertz zusammen. Das heißt, dass der Luftdruck der Schallwelle 440 mal pro Sekunde ansteigt und wieder abfällt. Werden nun Materialien durch Druck komprimiert, so erwärmen sie sich. Fällt der Druck ab, dehnen sie sich aus und kühlen sich dadurch wieder ab. Ein Phänomen, dass sich z.B. beobachten lässt, wenn man einen Rennradreifen sehr hart aufpumpt, wodurch sich das Ventil erwärmt. Umgekehrt kühlt eine Gaskartusche ab, wenn man sie schnell entleert. Auf die gleiche Weise kann auch mit Schallwellen Kälte erzeugt werden. Dafür müssen die beschallten Materialien im richtigen Abstand zur Schallquelle stehen. Und dann benötigt man noch einen Wärmetauscher wie er auch in konventionellen Kühlschränken Verwendung findet. Er leitet die Abwärme nach außen ab. Im Inneren des neuartigen Kälteaggregats herrscht brachialer Lärm. Mit einem Schalldruck von 173 Dezibel (dB) ist der Krach rund 30 000 Mal lauter als ein direkt an den Bühnenlautsprechern erlebtes Rockkonzert (120 dB, Schmerzgrenze). Von diesem akustischen Inferno dringe aber nichts nach außen, versichern die US-Forscher. Dafür trägt ein spezielles isolierendes Gas Sorge, dass den Schall nicht weiterleite. Zur Lärmerzeugung werden keine handelsüblichen Lautsprecher genutzt, da diese aus Qualitätsgründen ein großes Frequenzspektrum abdecken. Vielmehr erzeugen einfache Metallmembranen, die auf eine bestimmte Frequenz geeicht sind, den Schall. Während normale Lautsprechermembranen nur ein Prozent der eingesetzten elektrischen Energie in Schall umsetzen, bringen es die Metallmembranen auf einen Wirkungsgrad von 89 Prozent. Ein konstruktiver Vorteil der Krachkühler ist, dass sie ohne bewegliche mechanische Bauteile auskommen und dadurch besonders haltbar und wenig störanfällig sind. Seine Praxistauglichkeit soll der Schallkühlschrank demnächst in Eiscreme-Kühlboxen beweisen. Der US-Eis-Produzent Ben & Jerrys hat die Entwicklung mitfinanziert und will die Innovation demnächst kommerziell einsetzen.
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