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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Vibrationen des Gebläses von Fahrzeugheizungsanlagen oder -klimaanlagen, und zwar insbesondere ein Verfahren, das bei der sogenannten 100 %-Prüfung, also bei der Prüfung jedes hergestellten Gebläses bei der Serienfertigung eingesetzt wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine entsprechende Fahrzeuggebläse-Prüfstation.
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Fahrzeugheizungen oder -klimaanlagen weisen ein Gebläse mit einem Motor und einem Lüfterrad auf, das im eingebauten Zustand im Fahrzeug zu störenden, nicht akzeptablen Vibrationen führen könnte. Aus diesem Grund werden sämtliche bei der Serienfertigung hergestellten Heizungs- oder Klimaanlagen vor ihrem Einbau auf einen oder mehrere vorgegebene, für die Vibrationen besonders aussagekräftige Betriebspunkte hochgefahren. Bislang gab es drei unterschiedliche Prüfvarianten. Gemäß der ersten Prüfvariante wurde der gesamte Heizungs- oder Klimakasten in einem starren Gestell federnd aufgehängt und in Betrieb genommen. Der Heizungs- oder Klimakasten ist die gesamte Heizungs- bzw. Klimaeinheit, mit Mechanik, Klappen, Luftführungsleitungen, Wärmetauschern und, bei Klimaanlagen mit einem Verdampfer. Über die vorgenommene Messung erhält man eine Aussage über die Schwingungen in der später tatsächlich verbauten Einheit. Eine zweite Prüfvariante sieht vor, dass ein einzelner Heizungs- oder Klimakasten als permanenter Bestandteil in der Prüfvorrichtung aufgehängt bleibt und in diesen Kasten dann nacheinander die hergestellten Gebläse eingebaut und hochgefahren werden. Nachteil dieser Lösung ist jedoch, dass Ermüdungserscheinungen im Heizungs- oder Klimakasten auftreten, die mit fortschreitender Nutzung die Aussage über die auftretenden Vibrationen verfälschen können. Schließlich gibt es noch eine etwas ältere Prüfmethode, bei der ohne Sensoren das Gebläse oder der gesamte Heizungs- oder Klimakasten auf einen oder mehrere vorgegebene Betriebspunkte gefahren wird und eine erfahrene Person subjektiv das Gebläsegeräusch wahrnimmt und entscheidet, ob das Gebläse Ausschuß ist oder nicht.
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Aus der
DE 41 04 961 A1 ist eine Prüfstation für Gebläsemotoren für Staubsauger bekannt, bei welcher das Gebläse auf einen Werkstückträger montiert wird, welcher aus einem akustisch harten Material besteht. Die Gebläsemotoren werden in einer Prüfstrecke in einer Aushubstation entnommen. Eine Beruhigungsplatte soll den Luftstrom zum Gebläse unterbinden.
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Die
DE 197 54 321 A1 beschreibt ebenfalls eine Prüfstation für insbesondere Staubsaugermotoren. Dabei wird das Gebläse in einen elastischen Ring gesetzt, und über einen Laservibrometer wird anschließend die Bewegung des Gebläses ermittelt.
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Eine Anordnung zum Wuchten einer elektrisch angetriebenen Luftgebläseeinheit beschreibt die
DE 195 01 959 A1 .
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Ebenfalls eine Einheit zum Wuchten eines Gebläses, hier ein Gebläse für Fahrzeuge, offenbart die
EP 1 719 995 A1 .
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Die Erfindung schafft ein Verfahren und eine Fahrzeuggebläse-Prüfstation für den Einsatz bei der 100 %-Prüfung, die sich durch einen einfachen Aufbau, schnelle Rüstzeiten und eine genaue Messung auszeichnen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer ersten Option sieht hierzu folgende Schritte vor:
- - das zu prüfende Gebläse selbst wird auf einem schwimmend gelagerten Halterungsteil befestigt,
- - das Gebläse wird angeschaltet und auf einen oder mehrere vorgegebene Betriebspunkte hochgefahren, und
- - die Vibrationen des Gebläses werden ermittelt.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik wird beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht der gesamte Heizungs- oder Klimakasten in einem Gestänge schwingend aufgehängt, sondern (nur) das Gebläse selbst, d.h. ohne Heizungs- oder Klimakasten, wird auf einem schwimmend gelagerten Halterungsteil befestigt. Die schwimmende Lagerung läßt zumindest in zwei, vorzugsweise in drei zueinander senkrechten Richtungen eine Bewegungsmöglichkeit des Halterungsteils, verursacht durch die Gebläseschwingungen, zu - im Gegensatz zu einer starren Lagerung, welche dem Halterungsteil feste Raumkoordinaten zuordnet. Über die schwimmende Lagerung lassen sich die zu prüfenden Gebläse wesentlich einfacher und vollautomatisch der Prüfstation zuführen, an ihr befestigen und wieder entnehmen. Das schwimmend gelagerte Halterungsteil ist auch sehr einfach aufgebaut. Ferner wird die korrekte Position des Gebläses relativ zu einem nicht mit dem Halterungsteil gekoppelten Sensor durch die schwimmende Lagerung sichergestellt. Vibrationen oder Stöße von außen beeinflussen deshalb die Bewegung des Gebläses und die Messung somit nicht. Unter Umständen lassen sich über die schwimmende Lagerung die spätere Lagerung sowie die Umgebung des Gebläses im Heizungs- oder Klimakasten grob simulieren, so dass trotz des nicht mitgeprüften Heizungs- oder Klimakastens eine realistische Aussage über das Schwingungsverhalten des Gebläses im späteren Einsatz getroffen werden kann.
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Vorzugsweise sind entsprechend gestaltete Luftführungselemente und Drosselelemente für die vom Gebläse abströmende Luft vorgesehen, unter deren Einfluß das Gebläse hochgefahren wird und seinen Betriebszustand erreicht.
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Zur Erhöhung der Genauigkeit der ermittelten Werte ist das Halterungsteil vorzugsweise in allen Richtungen schwimmend gelagert. Diese Lagerung kann beispielsweise über Gummifüße erfolgen, auf dem das Heizungsteil steht, d.h. eine Dämpfungs- und Rückstellwirkung können und sollten die Lager des Halterungsteils durchaus ausüben.
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Bevorzugt ist das Gebläse selbst starr am Halterungsteil befestigt.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Gebläse an seinen späteren Halterungsstellen im Heizungs- oder Klimakasten am Halterungsteil angebracht wird. Damit sollen die später im tatsächlichen Betrieb auftretenden Schwingungswerte möglichst genau ermittelt werden, denn die Befestigung, d.h. die starren Einspann- oder Lagerungsstellen, werden auch in der Prüfstation zur Befestigung des Gebläses verwendet.
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Zur Erzielung geringer Taktfrequenzen ist vorgesehen, dass die zu prüfenden Gebläse vollautomatisch, insbesondere über mehrachsige, frei programmierbare Vorrichtungen zum Halterungsteil gefördert, vollautomatisch am Halterungsteil befestigt und elektrisch kontaktiert und nach dem Prüfvorgang wieder vollautomatisch vom Halterungsteil entfernt werden. Bei den hängend gelagerten Heizungs- oder Klimakästen war diese vollautomatische Bestückung meist nicht möglich, zumindest jedoch aufwendig.
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Eine schnelle und für die Prüfzwecke völlig ausreichende Befestigung des Gebläses am Halterungsteil ist die Klemmbefestigung. Diese Befestigung garantiert auch ein schnelles Lösen im Gegensatz zu Schraubverbindungen.
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Gemäß einem zweiten, alternativen Verfahren nach der Erfindung, das zwar vorteilhaft, aber nicht zwingend mit der Verwendung eines schwimmend gelagerten Halterungsteils verbunden sein kann, sind folgende Schritte bei der Schwingungsprüfung notwendig:
- - das zu prüfende Gebläse (d.h. vorzugsweise nur das Gebläse selbst, ohne den Heizungs- oder Klimakasten) wird beweglich gelagert, wobei diese Lagerung Schwingungen in alle drei Richtungen ermöglichen sollte,
- - das Gebläse wird angeschaltet und auf einen oder mehrere vorgegebene Betriebspunkte hochgefahren, und
- - die Vibrationen des Gebläses werden unmittelbar am Gebläse selbst erfasst.
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Dieses Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Genauigkeit des Messergebnisses aus, denn die für die späteren Schwingungen im Heizungs- oder Klimakasten verantwortliche Vibrationsquelle selbst wird allein gemessen und geprüft.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform werden die Schwingungen sogar direkt am Motor oder seiner Lagerung erfasst, und zwar bevorzugt kontaktlos, um Störeffekte zu vermeiden.
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Die Schwingungen des Gebläses können direkt am Halterungsteil erfaßt werden.
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Vorzugsweise erfolgt diese Erfassung der Vibrationen optisch.
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Die erfindungsgemäße Fahrzeuggebläse-Prüfstation, die insbesondere bei der Serienherstellung von Heizungs- oder Klimaanlagen für Fahrzeuge Verwendung findet und zum Ermitteln der Vibrationen der Gebläse benutzt wird, weist ein schwimmend gelagertes Halterungsteil, an dem das zu prüfende Gebläse befestigt wird, und wenigstens einen Sensor, der die Vibrationen des Gebläses erfaßt, auf.
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Wie zuvor bereits erläutert, können die Vibrationen des Gebläses direkt oder über die Erregung des Halterungsteils, d.h. deren Vibrationen ermittelt werden.
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Die Lagerung des Halterungsteils ist federnd und dämpfend zugleich, wobei es bevorzugt wird, dass der Dämpfungskoeffizient und/oder die Federkonstante der Lagerung des Halterungsteils verstellbar sind, z.B. über austauschbare Gummifüße oder über zusätzliche, an dem Halterungsteil angebrachte und gegebenenfalls verstellbare Dämpfer. Durch diese leichte Austauschbarkeit läßt sich die Prüfstation auch leicht für andere Gebläse umrüsten.
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Als besonders genauer und zuverlässiger Sensor hat sich ein sogenannter Laservibrometer herausgestellt, der vorzugsweise als zwei- oder dreidimensional wirkender Sensor ausgeführt ist. Natürlich werden optional auch eindimensional wirkende Sensoren verwendet.
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Für die Vibrationen kann auch insbesondere der statische und dynamische Druck, der durch das Gebläse aufgebaut wird, entscheidend sein. Dieser Druck hängt von den Bedingungen im Heizungs- oder Klimakasten sowie von den entsprechenden Klappenstellungen ab. Um auch diesen Einflußfaktor zu berücksichtigen, ist am Halterungsteil ein Ausblaskanal vorgesehen, in den das Gebläse Luft fördert.
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Eine einfache und exakte Anpassung an die realistischen Bedingungen läßt sich durch einen verstellbaren Querschnitt des Auslasses des Ausblaskanals erreichen. Diese Verstellung ist z.B. stufenlos möglich.
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Das Halterungsteil ist gemäß der bevorzugten Ausführungsform eine Halterungsplatte.
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Zur Erzielung geringer Rüstzeiten sieht die Erfindung unter anderem eine in die Prüfstation integrierte, elektrische Kontakteinheit vor, mittels der die Versorgungsspannung an das zu prüfende Gebläse angelegt wird. Die Kontakte werden mittels einer vollautomatischen Verfahreinheit bis zum Berühren der Gegenkontakte an das Gebläse zugestellt.
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Zum gleichen Zweck dienen integrierte, vollautomatische Spanneinheiten, die das Gebläse am Halterungsteil klemmen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine perspektivische Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeuggebläse-Prüfstation, in der das erfindungs-gemäße Verfahren eingesetzt wird,
- - 2 eine schematische Seitenansicht der Prüfstation nach 1 mit mehr Details, und
- - 3 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfstation.
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In 1 ist eine Fahrzeuggebläse-Prüfstation 10, die bei der Serienherstellung von Heizungs- oder Klimaanlagen für Fahrzeuge zur Kontrolle sämtlicher hergestellter Fahrzeuggebläse (100 %-Prüfung) eingesetzt wird, gezeigt. Das Gebläse 12 ist eine Baugruppe mit einem topfförmigen, rückwärtigen Gehäuse 14 aus Kunststoff, welches einen Befestigungsflansch 16 angeformt hat, der z.B. radial vorstehende Befestigungsarme mit Öffnungen zum späteren Anschrauben des Gebläses 12 an einen sogenannten Heizungs- oder Klimakasten aufweist. In dem Gehäuse 14 sitzt ein Elektromotor 18, dessen Achse 20 ein Laufrad 23 antreibt. In der Prüfstation 10 wird das Gebläse 12 daraufhin überprüft, ob es im späteren Einsatz im Fahrzeug aufgrund einer Unwucht des Motors 18 oder des Laufrads 23 inakzeptable Schwingungen verursachen würde und deshalb als Ausschuß oder als Nacharbeitsteil auszusondern ist.
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Die Prüfstation weist ein als Platte ausgeführtes Halterungsteil 22 auf, welches über auswechselbare, elastische Lager, hier Kunststofffüße 24, in alle Richtungen schwimmend gelagert ist. Die Kunststofffüße 24 sind sehr einfach und schnell gegen andere Kunststofffüße mit anderen Elastizitäts- oder Dämpfungseigenschaften austauschbar und werden an einem nicht schwingenden Sockel 26 befestigt. 2, die in einigen Punkten detaillierter als 1 ist, zeigt Stützen 27, an deren Oberseite die Kunststoffüße 24 befestigt sind.
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Auf der Unterseite des Halterungsteils 22 ist ein nach oben durch das Halterungsteil 22 abgeschlossener Kasten 28 angebracht, der einen Ausblaskanal 30 bildet und einen Auslaß 32 aufweist, dessen Querschnitt über eine vertikal stufenlos verschiebbare Blende 34 verstellt werden kann. Die Blende 34 ist über einen motorisch oder per Hand verstellbaren Stößel 36 am Halterungsteil 22 gelagert.
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Das plattenförmige Halterungsteil 22 weist eine zentrische Durchgangsöffnung 38 auf, deren Form und Größe so gewählt ist, dass das Laufrad 23 in es und in den Ausblaskanal 30 hineinragen kann. Der Flansch 16 liegt, wenn das Gebläse 12 am Halterungsteil 22 von oben aufgesetzt wird, am Rand 40, der die Öffnung 38 begrenzt, an. Das Gehäuse 14 des Gebläses hat im Bereich oberhalb des Flansches 16 einige Ansaugöffnungen und im Bereich des Laufrades 23 einen das Laufrad 23 umgebenden ringförmigen Mantel 42, welcher ebenfalls in die Öffnung 38 und den Ausblaskanal 30 ragt.
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Das Gebläse 12 wird am Ende des Serienfertigungsprozesses vollautomatisch der Prüfstation 10 zugeführt und dieser wieder entnommen. Hierzu sind beispielsweise mehrachsige, vorzugsweise frei programmierbare Transportsysteme 44 vorgesehene, wie sie in 1 schematisch dargestellt sind. Mit dem Bezugszeichen 46 ist symbolisch ein Greifer gezeigt, welcher das Gebläse 12 erfassen, auf das Halterungsteil 22 aufsetzen und es ihm wieder entnehmen kann.
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Nach dem Aufsetzen des Gebläses 12 auf das Halterungsteil 22 wird es am Halterungsteil 22 befestigt. Hierzu sind Spanneinheiten 48, die vollautomatisch arbeiten, ebenfalls am Halterungsteil 22 angebracht. Diese Spanneinheiten 48 sind beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch angetrieben. Im vorliegenden Fall handelt es sich um drei sogenannte Schwenkspanner, die einen schwenkbaren und vertikal verfahrbaren Arm 50 aufweisen. Dieser Arm 50 läßt sich um 180° nach außen schwenken (siehe unterbrochene Linien), um Platz für das Gebläse 12 bei der Zu- und Abfuhr zu schaffen. Nachdem das Gebläse 12 auf das Halterungsteil 22 aufgesetzt ist, schwenken die Arme 50 nach innen und werden nach unten verfahren, so dass sie den Flansch 16 gegen die Oberseite des Halterungsteils 22 pressen. Die Spanneinheiten 48 greifen vorzugsweise an den Halterungs- oder Befestigungsstellen am Flansch 16 oder, allgemeiner am Gehäuse 14 an, die später zur Befestigung des Gebläses 12 im Heizungs- oder Klimakasten vorgesehen sind. Über die Spanneinheiten 48 wird folglich das Gebläse 12 starr am Halterungsteil 22 befestigt.
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Am Gehäuse 16 ist, wie in 2 schematisch dargestellt, ein elektrischer Steckkontakt 52 ausgebildet. Wenn das Gebläse 12 in dem Heizungs- oder Klimakasten eingebaut wird, werden die Steckkontakte 52 an eine entsprechende Versorgungsleitung angeschlossen. In der Prüfstation 10 ist eine automatische Verfahreinheit 54 am Halterungsteil 22 vorgesehen, die ebenfalls als Schwenkspanner ausgebildet ist. An dem verschwenkbaren Arm 56 sind elektrische Kontakteinheiten 58 angebracht. Diese Kontakteinheiten 58 werden nach dem Befestigen des Gebläses 12 an dem Halterungsteil 22 einwärts geschwenkt und nach unten gefahren, bis sie die Gegenkontakte 60 am Gebläse 12 berühren. Anschließend wird eine Spannung angelegt, so dass das Gebläse 12 auf eine oder mehrere vorgegebene Betriebspunkte (vorgegebene Leistung und/oder vorgegebene Lüfterdrehzahl) hochgefahren wird.
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Die durch die Umwucht des Motors 14 oder des Lüfterrades 23 hervorgerufenen Vibrationen des Gebläses 12 werden in der Prüfstation 10 zum Beispiel bei einem Betriebspunkt von 4000 Umdrehungen pro Minute sensorisch erfaßt. Hierzu kann ein oder können mehrere Sensoren 62 oder 64 verwendet werden, die berührungslos oder mit Kontakt die Bewegungen und damit Vibrationen des Halterungsteils 22, des Gehäuses 14 oder des Motors 18 aufnehmen. Als Sensoren können zum Beispiel Beschleunigungsaufnehmer wie Kraftmeßsensoren oder optische Sensoren verwendet werden, die in einer oder mehreren Richtungen Bewegungen und damit Vibrationen aufnehmen.
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Für das Vibrationsverhalten des Gebläses 12 ist auch der statische und dynamische Druck der angesaugten und in den Heizungs- oder Klimakasten geförderten Luft entscheidend. Aus diesem Grund wird der Querschnitt des Auslasses 32 so eingestellt, dass der statische und dynamische Druck innerhalb des Ausblaskanals 30 den späteren Verhältnissen im Heizungs- oder Klimakasten entspricht.
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Wenn das Prüfprogramm absolviert ist, werden die Kontakteinheiten 58 wieder nach oben gefahren und zur Seite geschwenkt, ebenso wie die Schwenkspanner, und das Gebläse 12 wird entnommen und evtl. als Ausschuß-/Nacharbeitsteil aus dem Herstellungsprozeß ausgegliedert. Die als „ok“ eingestuften Gebläse 12 werden im nächsten Schritt in die entsprechenden Heizungs- und Klimakästen eingebaut.
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Bei der Ausführungsform nach 3, die im wesentlichen der in 1 dargestellten entspricht, wird als Sensor ein Laservibrometer 70 eingesetzt, dessen Laserstrahl 72 unmittelbar auf den Motor 18 gerichtet ist, indem der Laserstrahl 72 durch eine Öffnung 74 im Gehäuse 14 hindurch den Motor 18 abtastet. Der Laservibrometer 70 ist hier ein zweidimensional wirkender Sensor (Bewegungserfassungsrichtungen in der Ebene senkrecht zum Strahl), wobei es Laservibrometer gibt, die auch dreidimensional Bewegungen erfassen und vorliegend eingesetzt werden können. Durch die Erfassung der Bewegung des Motors 18 in allen drei Richtungen erhält man dann noch genauere Informationen über das Schwingungsverhalten des Motors 18 und damit des gesamten Gebläses 12.
