Kosteneffiziente Akustik-Analyse für Zulieferer im Automobilbau

Transkript

1 Kosteneffiziente Akustik-Analyse für Zulieferer im Automobilbau Autotüren, Sitze, Nockenwellen, Kugellager, Zylinderkopfdichtungen, Heckklappen, ABS- Motoren die Liste der einzelnen Komponenten, die in Fahrzeugen verbaut werden und einen gewissen Geräuschpegel verursachen, ist lang. Zum größten Teil handelt es sich dabei um rotarische bzw. mechanische Funktionseinheiten. Fahrzeughersteller (OEMs) machen ihren Zulieferern Vorgaben, wie die Geräuschkulissen entsprechend der Anforderungen zu konzipieren und beim Test zu bewerten sind. Darüber hinaus können akustische Untersuchungen maßgebliche Fehler aufdecken. Für dieses Verfahren sind Testsystemen zur Geräusch- oder Körperschallanalyse unabdingbar geworden. Was quietscht denn da? Der Autor dieses Artikels war einst Besitzer und Fahrer eines schwedischen Mittelklassewagens. Das Schließen des Beifahrerfensters mittels elektrischen Fensterhebers verursachte unheimliche Geräusche, die an den Film Krull erinnerten. Immer wenn ein Soldat des Unschreiblichen Herrschers, ein sogenannter Slayer, tödlich getroffen wurde, zerfiel er mit einer Art Quietsch-Geräusch zu Staub. Bild 1: Hör mal was da quietscht Um solcherart störende Geräusche zu vermeiden, müssen akustische Analysen angewendet werden. Dieses Auswerteverfahren gewinnt mehr und mehr an Bedeutung, um qualitative Aussagen über mechanische und elektromotorische Gebilde zu machen. Beispielsweise werden zunehmend Elektromotoren, etwa in Autotüren, Sitzen (teilsweise Motoren pro Sitz) verbaut. Die Anzahl eingesetzter Gleichstrommotoren in Fahrzeugen kann dabei teilweise über 100 Motoren betragen.

2 Die Vielfalt dieser Elektromotoren und mechanischen Gebilde ist enorm groß. Daher ist das Spektrum möglicher Geräusche ebenfalls breit gefächert. Gerade im Komfortbereich sind die Anforderungen seitens der OEMs von den Zulieferern teilweise kaum noch zu erfüllen. Die Teilkomponentenhersteller müssen die Qualität ihrer Produkte schon vor der Auslieferung überprüfen, etwa Produzenten von Kugellagern oder Elektromotoren, die später in Sitzen oder Türen verbaut werden. Geräusch- oder Körperschallanalyse Bei der Geräusch- oder Körperschallanalyse zur mechanischen Funktionsprüfung handelt es sich um ein Prüfverfahren, bei dem Baugruppen und Systeme im Betrieb mit Hilfe ihres Schwingungsverhaltens bzw. der Geräuschentwicklung über die Erfassung des Körper- oder Luftschalls überprüft werden. Dabei wird ein Geräuschbild aufgenommen und das Frequenzspektrum analysiert. Nun liefert das Frequenzspektrum aber noch keine Aussage über störende Geräusche. Dazu bedarf es bestimmter Klassifikatoren, auch als Geräuschmerkmale bezeichnet. Die Liste der Merkmale, welche auftreten können, ist relativ lang und beinhaltet beispielsweise: Brummen Dröhnen Schnarren Dröhnschnarren Schleifen Pochen Bürstengeräusche Nutfrequenz Mahlen Knarren Quietschen etc. Zur Klassifizierung eines Geräuschs werden dessen mögliche Ursachen untersucht. Beispiele für Geräusche und deren Ursachen Beim Dröhnen in einem Autositz kann die Spindel zur Sitzbewegung ursächlich akustische Störungen erzeugen. Das ungleichmäßig verarbeitete Winkelspiel oder eine zu große Steigung verursachen störende Geräuschkulissen. Meist müssen dann die fehlerhaft gefertigten Spindeln durch hohen Kostenaufwand ausgetauscht werden.

3 Bild 2: Spindel am Motor für Fensterheber Eine störende hörbare Nutfrequenz entsteht bei der rotierenden Bewegung der Kohlebürsten über defekte Kommutatoren eines Motors. Häufig sind schlecht verarbeitete oder beschädigte Segmente des Kommutators der Grund für diese Vibrationen. Auch hier ist die logische Folge das Ersetzen des Motors bei zusätzlichem Finanz- und Zeitaufwand. Bild 3: Elektromotor mit defekten Kommutatoren All diese bekannten Merkmale werden zur Klassifikation von Geräuschen bei der Körperschallanalyse herangezogen und in einer Bibliothek hinterlegt. Die Auswertung der Körperschallanalyse Derzeit werden die Körperschwingungen über Beschleunigungssensoren erfasst und anschliessend über hochdynamische IEPE-Ladungsverstärker bis zur Messeinrichtungen digitalisiert.

4 Bild 4: Tonhaltigkeit Gaußkurve auf Spektrum Diese digitalisierten Rohdaten sollen nun nach charakteristischen Merkmalen untersucht und mit verschiedenen Eigenschaften von Referenzstrukturen verglichen werden. Um optimale Vergleichseigenschaften zu erhalten, muss das aufgenommene Eingangssignal durch angepasste Rauschunterdrückung, durch die Selektion einzelner Frequenzbänder oder durch den Ausgleich des Sensorfrequenzganges vorverarbeitet werden. Aus diesem gewonnenen Nutzsignal können weitere Eigenschaften, wie Lautheit, Spektrum oder Selbstähnlichkeit, heraus gearbeitet werden. Dazu stehen Filtertransformationen, Korrelationen und verschiedene komplexe mathemathische Berechnungen zur Verfügung, um damit letztendlich den Referenzvergleich durchzuführen. Kosteneffiziente Qualitätssicherung nach Kundenwunsch Das Akustik-Light -System gibt den Nutzer einen einfachen Einstieg in die Akustikanalyse und bietet mit dem vorgestellten Konzept einen optimalen Kompromiss zu hochkomplexen Akustikanalysesystemen. Das Körperschallanalysesystem besteht im Wesentlichen aus Körperschallsensoren, einem USB-Datenerfassungsmodul und einer Installationssoftware. Diese Software kann auf jedem handelsüblichen Computer installiert werden, der eine USB-Schnittstelle besitzt. GÖPEL electronic bietet hier komplett eingerichtete PC-Systeme mit dem vorkonfigurierten Körperschall-Messequipment an.

5 Bild 5: Testaufbau zur Körperschallanalyse Für eine optimale Körperschallanalyse spielt die Auswahl der Piezo- oder Ladungswandler mit integrierten IEPE-Verstärkern eine entscheidende Rolle. Eine wesentliche Voraussetzung für den Verwendungszweck ist der robuste Aufbau oder eine hohe Empfindlichkeit. Dabei wählt GÖPEL electronic gemeinsam mit dem Kunden die geeigneten Körperschallsensoren aus und berät bei der Integration in die Anlage. Das angeschlossene USB-Datenerfassungsmodul bietet für die Erfassung von Geräuschsignalen von 10 Hz bis 10 khz ein ausgezeichnetes Übertragungsverhalten, da ein Dynamikbereich bis zu 110 db, bei einer Abtastrate bis 51,2 ks/s abdeckt wird. Die hohe Auflösung von 24 Bit macht das Modul zu einem hervorragend geeigneten Werkzeug zur Untersuchung von akustischen und mechanischen Schwingungen. Auf Grund der integrierten IEPE-Versorgung können Körperschallsensoren direkt angeschlossen werden. Zur Anpassung von kundenspezifischen Parametrierungen, Anzeigen und Auswertung dient die Bedienersoftware. Diese Software unterstützt den Test von Prüflingen in Fertigungseinrichtungen mit einem Kommunikationsinterface zur Anlagesteuerung. Kunden können aber auch ganz einfach die Software parallel zur eigenen Applikation installieren, um eine Körperschallanalyse durchzuführen. Das letzte Wort Schon 1992 hat der Weltärztebund eine Erklärung zur Umweltbelastung durch Lärm verabschiedet. Daraus eine wesentliche Passage: Es stimmt zwar, dass störender Lärm immer mehr zur Umweltbelastung geworden ist; glücklicherweise kann die moderne Technologie, eine der Hauptursachen dieses Problems, jedoch auch die Mittel liefern, um sein Auftreten, seine Verbreitung und seine Auswirkungen auf den Menschen zu reduzieren. GÖPEL electronic tut etwas dafür bzw. dagegen auch für den kleinen Geldbeutel.