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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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Die Druckschrift
DE 10037412 C2 beschreibt einen Antriebs- und Getriebeprüfstand mit einer Einspannvorrichtung zum Einspannen eines zu prüfenden Prüflings, insbesondere eines Getriebes, einer Antriebs- bzw. Abtriebskomponente bspw. eines Elektroantriebs, einer Antriebs-/Getriebe-Integrallösung oder einer Getriebekomponente, einer Antriebsvorrichtung, zumindest einer Abtriebsvorrichtung, und einem Rahmengestell. Bei dem Prüfstand weist das Rahmengestell voneinander unabhängige Rahmen-Mudule auf, wobei Einspannvorrichtung, Antriebsvorrichtung und Abtriebsvorrichtung jeweils einem Rahmen-Modul zur Ausbildung eines Funktions-Moduls zugeordnet sind.
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In der Druckschrift
US 2007/113657 A1 ist eine Shakeranlage beschrieben, die ein Shakerbauteil aufweist, welches ein Kopfteil in einer Richtung entlang einer Achse bewegen kann. Die Aufhängung des Shakerbauteils ist dabei federnd ausgeführt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur Geräuschprüfung zu schaffen, die vergleichsweise 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 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Der Geräuschprüfstand, der insbesondere ein Fahrzeuggeräuschprüfstand ist, weist ein erstes Befestigungselement und ein zweites Befestigungselement zur Befestigung eines Prüfkörpers, z. B. eines Fahrzeugs oder eines Fahrzeugbauteils, auf, wobei das erste Befestigungselement mittels mindestens einer Antriebseinheit in genau zwei Raumrichtungen antreibbar bzw. mechanisch anregbar ist und das zweite Befestigungselement (6) in genau einer weiteren Raumrichtung (z) antreibbar bzw. mechanisch anregbar ist.
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Dadurch ist auch der an den Befestigungselementen befestigte Prüfkörper in drei 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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Durch eine Bewegung des Prüfkörpers in allen drei Raumrichtungen erhält man besonders realistische Prüfbedingungen. Typischerweise werden die Geräusche mittels eines oder mehrerer Mikrofone aufgenommen und können folgend ausgewertet werden, z. B. bezüglich eines Geräuschpegels.
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Bevorzugt wird es, wenn die beiden durch die Befestigungselemente gebildeten 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 oder 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 zwei Befestigungselemente, Bewegen des Prüfkörpers in drei Raumrichtungen und Aufnehmen von Geräuschen des Prüfkörpers.
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Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Anlenken des Prüfkörpers an zwei Befestigungselemente und Bewegen des Prüfkörpers in drei Raumrichtungen mittels Bewegen eines Befestigungselements in genau zwei Raumrichtungen und Bewegen eines anderen Befestigungselements in genau einer weiteren 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 Schubstange 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 Exzenter 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 Exzenter 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. 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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Bezugszeichenliste
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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
