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Die
Erfindung betrifft einen Geräuschprüfstand und
ein Verfahren zum Erfassen von Geräuschen eines bewegten Prüfkörpers, insbesondere
an einem Fahrzeug oder Fahrzeugbauteil.
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Bisher
sind zur Analyse von Störgeräuschen an
Fahrzeugbauteilen ein Stick-Slip-Prüfstand (Knarzprüfstand),
eine Prüfmöglichkeit
an einer Hydropulsanlage mit und ohne Klimaumgebung und sog. Shaker
(Rüttler)
für Prüfkörper mit
und ohne Klimaumgebung bekannt.
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Der
Stick-Slip-Prüfstand
weist die Nachteile auf, dass die Prüfmöglichkeit nur in einer Raumachse möglich ist,
die maximale Anregungsgeschwindigkeit für hochfrequente Anregung nicht
ausreicht, reale Bewegungsdaten aus dem Fahrzeug nicht umgesetzt
werden können
und Bauteile nur eingeschränkt geprüft werden
können.
Der Stick-Slip-Prüfstand
ist zudem nur für
Flachproben vorgesehen.
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Die
Hydropulsanlage weist die Nachteile auf, dass zur Prüfung immer
ein komplettes Fahrzeug benötigt
wird, die Prüfmethode
hohen Kosten (Personal, Energie) verursacht, im Entwicklungsprozess
vor Erstellung von Versuchsfahrzeugen keine Überprüfung möglich ist und die Anregung
nur in z-Richtung erfolgt.
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Die
Shakeranlage weist die Nachteile auf, dass keine niederfrequente
Anregung am Fahrzeug möglich
ist, immer ein komplettes Fahrzeug benötigt wird, die Prüfmethode
zu hohen Kosten (Personal, Energie) führt, im Entwicklungsprozess
vor Erstellung von Versuchsfahrzeugen keine Überprüfung möglich ist und die Anregung
nur in z-Richtung erfolgt.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit
zur Geräuschprüfung zu schaffen,
die vergleichs weise realistisch, flexibel, preiswert und auch auf
kleinere Bauteile anwendbar ist. Insbesondere soll eine solche Möglichkeit
zur Geräuschprüfung an
Fahrzeugen oder Fahrzeugbauteilen bereitgestellt werden.
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Diese
Aufgabe wird mittels eines Geräuschprüfstands
nach Patentanspruch 1 und eines Verfahrens nach Patentanspruch 10
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Der
Geräuschprüfstand,
der insbesondere ein Fahrzeuggeräuschprüfstand ist,
weist mindestens ein Befestigungselement zur Befestigung eines Prüfkörpers, z.
B. eines Fahrzeugs oder eines Fahrzeugbauteils, auf, wobei das mindestens
eine Befestigungselement mittels mindestens einer Antriebseinheit
mindestens in zwei Raumrichtungen antreibbar bzw. mechanisch anregbar
ist.
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Dadurch
ist auch der an den Befestigungselementen befestigte Prüfkörper in
mindestens zwei Raumrichtungen antreibbar. Dies ergibt eine realistischere
Beanspruchung als bei den bekannten Methoden mit lediglich eindimensionalen
Beanspruchungseinleitung. Zudem können die Befestigungselemente
verschieden große
und geformte Prüfkörper aufnehmen,
was eine Prüfflexibiliät erhöht. Da vergleichsweise
einfache und sichere Motoren verwendet werden können, ist der Prüfstand zudem
in Anschaffung und Betreib kostengünstig.
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Besonders
realistische Prüfbedingungen
erhält
man mit einer Bewegung des Prüfkörpers in
allen drei Raumrichtungen.
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Typischerweise
werden die Geräusche
mittels eines oder mehrerer Mikrofone aufgenommen und können folgend
ausgewertet werden, z. B. bezüglich
eines Geräuschpegels.
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Zwar
ist der Geräuschprüfstand nicht
auf eine bestimmte Zahl an Befestigungselementen beschränkt, jedoch
werden zwei Be festigungselemente zur Aufnahme des Prüfkörpers bevorzugt,
wobei ein erstes der Befestigungselemente in zwei Raumrichtungen
bewegt wird und ein zweites der Befestigungselemente in der restlichen
Raumrichtung bewegt wird. Jedoch ist diese Zuordnung von Bewegungsrichtungen
zu den Befestigungselementen nicht zwingend. Bevorzugt wird es,
wenn die beiden Aufspannplatten sich beabstandet gegenüberliegen.
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Bevorzugt
wird zudem ein Geräuschprüfstand,
bei dem das erste Befestigungselement mittels zweier Antriebseinheiten
bewegt wird, wobei jede dieser Antriebseinheiten das erste Befestigungselement
in einer anderen Raumrichtung bewegt. Dadurch wird eine einfache
Ansteuerung des Geräuschprüfstands
unterstützt.
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Bevorzugt
werden zudem Vibrationsparameter, insbesondere Beschleunigungssignale
von Vibrationen, die bei einer Geräuschentwicklung entstehen,
aufgezeichnet und ausgewertet. Insbesondere vorteilhaft ist die
Intensität
von Vibrationen aus den gemessenen Beschleunigungswerten bestimmbar. Hierbei
werden bevorzugt triaxiale Beschleunigungssensoren verwendet. Diese
können
zur Abtastung der Beschleunigungswerte am Prüfkörper angelenkt sein, oder an
einem Teil des Geräuschprüfstands dessen
Bewegung ein Maß für die Beschleunigung des
Prüfkörpers ist,
z. B. an einer Aufspannplatte oer einem Adapter. Vorteilhaft ist
auch eine Aufzeichnungs- und Auswerteeinheit zur Darstellung und Speicherung
der Messwerte. Die Ansteuerung kann typischerweise über geeignete
Regelsysteme erfolgen.
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Als
Befestigungselemente sind alle bekannten, geeigneten Befestigungselemente
einsetzbar, z. B. Klammern usw. Zur einfachen Einsetzbarkeit und erhöhten Flexibilität umfassen
die Befestigungselemente jedoch vorzugsweise Aufspannplatten (oder andere
Grundträger),
die zur Aufnahme von Adaptermitteln zur Anlenkung des Prüfkörpers eingerichtet sind,
z. B. durch ein Vorsehen von Durchgangslöchern, Rillen, Nuten u. v.
m.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei mindestens einer der Antriebseinheiten um einen
drehenden Motor, insbesondere einen stufenlos regelbaren Elektromotor,
der einen nachgeschalteten, bevorzugt stufenlosen, Exzenter aufweist.
Dadurch lässt
sich ein robuster, preiswerter und einfach handhabbarer Antrieb
bereitstellen.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann es bevorzugt sein, wenn der Geräuschprüfstand als Antriebseinheit
mindestens einen elektrodynamischen Shaker aufweist.
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Zur
weitergehenden und noch flexibleren Prüfung ist vorzugsweise eine
Klimakabine zur Aufnahme des Prüfkörpers zur
Steuerung einer Umgebungstemperatur und/oder Feuchte am Prüfkörper nutzbar.
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Vorteilhaft
ist auch das Vorsehen eine Steuereinheit oder Steuer- und Auswerteeinheit
zur Steuerung der Antriebseinheiten, mittels welcher zumindest Anregungsfrequenzen
des mindestens einen Befestigungselements einstellbar sind. Dazu
weist die Steuereinheit vorzugsweise einen Speicher auf, in dem
Belastungs(Bewegungs-, Temperatur-, usw.)-Profile zur Prüfstandsteuerung
ablegbar sind.
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Das
Verfahren dient zum Erfassen von Geräuschen eines bewegten Prüfkörpers, insbesondere von
Fahrzeugen oder Fahrzeugbauteilen, und weist mindestens die folgenden
Schritte auf: Anlenken des Prüfkörpers an
mindestens ein Befestigungselement, Bewegen des Prüfkörpers in
mindestens zwei, bevorzugterweise drei, Raumrichtungen und Aufnehmen von
Geräuschen
des Prüfkörpers.
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Das
Verfahren weist vorzugsweise die folgenden Schritte auf: Anlenken
des Prüfkörpers an mindestens
zwei Befestigungselemente und Bewegen des Prüfkörpers in mindestens zwei Raumrichtungen
mittels Bewegen eines Befestigungselements in zwei Raumrichtungen
und Bewegen eines anderen Befestigungselements in der fehlenden
Raumrichtung.
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Die
Erfindung wird anhand des folgenden schematischen Ausführungsbeispiels
schematisch genauer beschrieben.
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1 zeigt
in Schrägansicht
einen Geräuschprüfstand;
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2 zeigt
den Geräuschprüfstand aus 1 in
einer weiteren Schrägansicht
mit eingezeichneten Bewegungsrichtungen der Motoren und Befestigungselemente;
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3 zeigt
den Geräuschprüfstand aus 1 in
noch einer weiteren Schrägansicht
ebenfalls mit eingezeichneten Bewegungsrichtungen.
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Die
Figuren zeigen einen Geräuschprüfstand 1 mit
einer Bodenplatte 2, auf welcher beabstandet zwei Sockel 3, 4 befestigt
sind. An jedem der Sockel 3, 4 ist jeweils eine
Aufspannplatte 5, 6 gelagert, welche mittels Bohrungs-
und Längslöchern (ohne
Bezugszeichen) zur Befestigung von Adaptern eingerichtet ist.
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Eine
der Aufspannplatten, die mit 5 bezeichnet ist, ist mittels
zweier rotierender, stufenlos einstellbarer Elektromotoren 7, 8 parallel
zu ihrer Oberfläche
bewegbar, d. h., in einer (x, y)-Ebene. Dazu ist diese Aufspannplatte 5 über einen
jeweiligen stufenlosen Exzenter 9, 10 an voneinander
beabstandeten Orten an die Elektromotoren 7, 8 angelenkt.
Im Einzelnen wird eine Drehbewegung des Elektromotors 7 mittels
des Exzenters 9 in eine lineare Pendelbewegung einer Schubstange 11 entlang
der x-Achse umgewandelt. Die Schubstange 11 ist über einen
Bolzen (ohne Bezugszeichen) mit der in x-Richtung verschieblich
gelagerten Aufspannplatte 5 verbunden, so dass auch die
Aufspannplatte 5 eine Pendelbewegung in x-Richtung ausführt. Analog
wird eine Drehbewegung des Elektromotors 8 mittels des
Exzenters 10 in eine lineare Pendelbewegung einer Schubstange 12 entlang
der y-Achse umgewandelt. Die Schub stange 12 ist mit der
auch in y-Richtung verschieblich gelagerten Aufspannplatte 5 verbunden,
so dass auch die Aufspannplatte 5 eine Pendelbewegung in y-Richtung
ausführt.
Insgesamt lässt
sich die Aufspannplatte 5 durch die Motoren 7, 8 in
der (x, y)-Ebene bewegen. Die der ersten Aufspannplatte 5 gegenüberliegende
zweite Aufspannplatte 6 wird in der (x, y)-Ebene elastisch gehalten,
um eine Verwindung des Prüfkörpers zu
vermeiden.
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Die
zweite Aufspannplatte 6 wird hingegen mittels nur eines
Elektromotors 13 angetrieben, dessen Drehbewegung mittels
eines Exzenters 14 in eine lineare Pendelbewegung einer
Schubstange 15 entlang der z-Achse umgewandelt. Die Schubstange 15 ist
mit der in z-Richtung verschieblich gelagerten Aufspannplatte 6 verbunden,
so dass auch die Aufspannplatte 6 eine Pendelbewegung in
z-Richtung ausführt.
Die erste Aufspannplatte 5 wird in der z-Richtung elastisch
gehalten, um eine Verwindung des Prüfkörpers zu vermeiden.
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Die
Bewegungsrichtungen sind durch die in 2 und 3 eingezeichneten
Pfeile symbolisiert. Insgesamt können
die Aufspannplatten 5, 6 in den drei Raumachsen
hier bis jeweils maximal ±3 mm
bewegt werden. Zur Erreichung dieser Bewegungsmaße werden spielfreie Führungen
und die stufenlosen Excenter 9, 10, 14 verwendet.
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Ein
Prüfkörper (ohne
Abb., z. B. ein Fahrzeug oder ein Fahrzeugbauteil) kann direkt oder über jeweilige
Adapter (ohne Abb.) an den Aufspannplatten 5, 6 befestigt
werden. Bei Betätigung
der Elektromotoren 7, 8, 13 wird, je
nach eingestelltem Bewegungsablauf, der Prüfkörper bewegt.
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Vorhanden,
aber zur besseren Übersichtlichkeit
nicht eingezeichnet, ist ferner mindestens ein Mikrofon zur Aufzeichnung
der vom Prüfkörper erzeugten
Geräusche,
insbesondere ein Feld aus mehreren Mikrofonen, wie es insbesondere
dem Fachmann bekannt ist.
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Zudem
ist am Prüfstand
eine Klimakabine für den
Prüfkörper installierbar,
so dass sich eine Umgebungstemperatur und Feuchte einstellen und
aufzeichnen lassen.
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Der
Prüfstand
kann ferner mindestens einen Anschluss für einen Temperatursensor, ggf.
auch den mindestens einen Temperatursensor, aufweisen, mittels dessen
sich eine Oberflächentemperatur
des Prüfkörpers abtasten
lässt.
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Der
Bewegungsablauf kann an einer Steuereinheit (ohne Abbildung) eingestellt
werden und als Programm bzw. Programmparameter hinterlegt sein. Die
Steuereinheit weist dazu einen Speicher zum Speichern verschiedener
vorbestimmter Beanspruchungsprofile auf, die mindestens die Bewegungsabläufe der
Aufspannplatten umfassen, ggf. auch andere Einflussgrößen wie
Temperatur oder Feuchte. Diese Beanspruchungsprofile können beispielsweise aus
Fahrzeugerprobungen eingespielt werden. Die Programmparameter können z.
B. für
Vergleichstests variiert werden. Mittels der auch als Auswerteeinheit dienenden
Steuereinheit, oder mittels eines eigenständigen Auswertesystems, können beispielsweise – neben
den oben beschriebenen Sensorwerten – die Anregungsfrequenzen,
der jeweilige Weg der Aufspannplatten und deren Beschleunigung als
Parameter einer Störgeräuschbewertung
aufgezeichnet werden.
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Mittels
des beschriebenen Prüfstands
kann der Prüfkörper in
einem kompakten Aufbau mit Anregungen bzw. Bewegungen beaufschlagt
werden, die einen echten Betrieb, insbesondere Fahrbetrieb, realistisch
nachbilden. Denn dieser ermöglicht
eine dreidimensionale Bewegung von Prüfkörpern, womit die real zu erwartenden
Relativbewegungen simuliert werden. Dadurch können mit dieser Prüfeinheit
eventuelle Störgeräusche effektiv
dargestellt werden.
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Selbstverständlich ist
die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel
beschränkt.
Alternativ statt der Elektromotoren und der Excenter sind beispielsweise
elektrodynamische Shaker oder mechanisch oder hydraulisch verstärkte Piezoaktoren
einsetzbar.
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Allgemein
ist es bereits eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Bekannten, wenn die
Anregungsbewegung auf den Prüfkörper nicht
nur eindimensional erfolgt. So ist beispielsweise auch ein Prüfstand denkbar,
bei dem nur eine Aufspannplatte zwei Motoren in zwei Raumrichtungen
angetrieben wird, während
die andere Aufspannplatte z. B. elastisch gelagert ist. Alternativ
könnten
beide Aufspannplatten nur in jeweils einer (zueinander nicht kollinearen)
Raumrichtung angetrieben werden. In einer weiteren Alternative,
die noch flexibler, aber auch aufwändiger ist, werden beide Befestigungselemente
in drei Raumrichtungen angetrieben, z. B. mittels jeweils drei in
eine der Raumrichtungen wirkende Motoren.
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Die
Antriebsrichtungen brauchen auch nicht im Wesentlichen orthogonal
zueinander zu stehen, sondern können
auch eine beliebige nicht-kollineare Winkelbeziehung aufweisen,
auch wenn dies nicht bevorzugt wird. Auch sind mehr als ein Motor
zur Bewegung in einer Raumrichtung denkbar. Die Aufspannplatten
brauchen sich zudem nicht direkt gegenüberzuliegen, noch ist die Erfindung
auch zwei Befestigungseinrichtungen beschränkt. Auch können andere Befestigungselemente
als Aufspannplatten verwendet werden.
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- 1
- Geräuschprüfstand
- 2
- Bodenplatte
- 3
- Sockel
- 4
- Sockel
- 5
- Aufspannplatte
- 6
- Aufspannplatte
- 7
- Elektromotor
- 8
- Elektromotor
- 9
- Exzenter
- 10
- Exzenter
- 11
- Schubstange
- 12
- Schubstange
- 13
- Elektromotor
- 14
- Exzenter
- 15
- Schubstange