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Die vorliegende Patentanmeldung für eine gewerbliche Erfindung bezieht sich auf den Sektor der Schnecken, die in Untersetzungsgetrieben eingesetzt, d. h. mit Schneckenrädern oder Muttergewinden gekoppelt werden.
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Bekanntlich sind bei Untersetzungsgetrieben Schneckenrad-Schnecken-Kupplungen vorgesehen. Im Allgemeinen erzeugt die Reibung zwischen Schnecke und Schneckenrad einen hohen Geräuschpegel. Offensichtlich ist es beim Einbau derselben in Benutzernähe notwendig, dass der vom Getriebe erzeugte Lärm innerhalb festgelegter Grenzwerte bleibt.
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Diesem Problem wird besonders im Automotive/Automobil-Sektor große Aufmerksamkeit gewidmet, beispielsweise in den Getrieben elektrischer Fensterheber. Im Allgemeinen testen die Automobilhersteller den Lärmpegel der Getriebe in einem speziellen schalltoten Raum. Häufig zeigt sich, dass der von den Schnecken erzeugte Lärm den festgelegten Grenzwert überschreitet, so dass das Getriebe diskriminiert/ausgesondert werden muss.
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Gemäß der bekannten besteht das einzige Verfahren zur Bestimmung einer geräuscharmen Schnecke von einer geräuschvollen Schnecke darin, die Rautiefe der Schnecke zu messen. Bekanntlich wird die Rautiefe radial zur Schnecke gemessen, wobei ein Rautiefenmesser verwendet wird.
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Allerdings liefert die Messung der Rautiefe häufig keine zuverlässigen Werte. Tatsächlich kommt es bisweilen vor, dass eine Schnecke mit geringer Rautiefe sehr geräuschvoll ist. Dies ist dadurch bedingt, dass der Lärm durch die Reibung an den Kontaktpunkten (Eingriff) zwischen dem Schneckenprofil und dem Schneckenradprofil verursacht wird. Bei der Radialmessung der Rautiefe können diese Kontaktpunkte nicht berücksichtigt werden.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Technik zu beseitigen, indem ein Verfahren und ein Apparat zur Bestimmung von geräuschvollen Schnecken vorgestellt werden, die zuverlässig, präzise, effizient und einsatzfähig sind.
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Dieser Zweck wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen erzielt, die in den beiliegenden Hauptansprüchen 1 und 7 aufgeführt sind.
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Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.
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Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung hervor, die sich auf eine rein beispielhafte Ausführungsform ohne einschränkende Wirkung bezieht, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist. Es zeigt:
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1 eine Abbildung mit einem Dialogfenster zur Eingabe von Daten bezüglich der Merkmale der zu analysierenden Schnecke;
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2 eine Abbildung mit einem Dialogfenster, das den Bediener während der Messung der Schnecke begleitet;
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3 ein Schaubild mit einem Signal, das Hinweis auf die Oberfläche der vom Fühler eines Evolventenmessers abgetasteten Schnecke gibt;
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4 ein Schaubild, auf dem die DFT (diskrete Fourier-Transformation) des in 3 gezeigten Signals dargestellt ist;
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5 ein Schaubild mit zwei Normalverteilungen der Amplituden der DFTs, die bei einer zuvor festgelegten Oberschwingungskomponente, und zwar in geräuscharmen und geräuschvollen Schnecken, berechnet wurden, wobei der Mittelwert der Amplitudenwerte eines jeden Schneckenmusters berechnet wird;
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6 ein Schaubild gemäß 5, bei dem der höchste Amplitudenwert einer jeden Schneckenprobe herangezogen wird;
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7 einen Seitenaufriss des erfindungsgemäßen Evolventenmessers;
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8 ein Blockdiagramm, in dem die Funktion des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist;
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9 ein Blockdiagramm, in dem die Funktionsblöcke des Apparates zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt sind; und
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10 eine Gerade, die die Neigung der Schraubenlinie der Schnecke darstellt.
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Der Erfinder ist davon ausgegangen, dass die Schwingungsfrequenz der Schnecke, wenn die Gewindeoberfläche ein Wellenprofil besitzt, durch welches das an die Schnecke angekuppelte Untersetzungsgetriebe zum Resonanzkörper wird, nicht gedämpft wird und eine akustische Schwingung erzeugt, welche Lärm verursacht.
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Auf der Grundlage dieser Überlegung beschloss man, eine Frequenzanalyse der Schneckenoberfläche vorzunehmen. Genauer gesagt, ermöglicht es eine solche Frequenzanalyse, ein mit der Lautstärke der Schnecke verbundenes Frequenzmerkmal hochzurechnen, welches als Zufallsvariable herangezogen wird und folglich besondere statistische Verteilungen besitzt.
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Um alle Schritte tatsächlich ausführen zu können, muss ein Evolventenmesser mit Fühlern (Analogköpfe) verwendet werden, die in der Lage sind, die Gewindeoberfläche der Schnecke so abzutasten, dass ein Spannungssignal erzeugt wird, welches Hinweis auf das Oberflächenprofil des Schneckengewindes gibt. Der erfindungsgemäße Evolventenmesser ist mit einer Software ausgestattet, die in der Lage ist, eine Stichprobennahme des Signals vorzunehmen, das Hinweis auf das Oberflächenprofil der Schnecke gibt und alle anschließenden Berechnungen zur Bestimmung von geräuschvolleren Schnecken durchzuführen, wie im Folgenden beschrieben ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht zwei separate Phasen vor:
- – eine erste Phase zur Erfassung des Frequenzsignals, das Hinweis auf das Oberflächenprofil ist Schneckengewindes gibt; und
- – eine zweite Phase zur Berechnung der Parameter, mit denen sich geräuschvolle von geräuscharmen Schnecken unterscheiden lassen.
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Erfassung des Signals
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Mit einem Evolventenmesser wird die Oberfläche des Schneckengewindes mittels eines Verfahrens abgetastet, bei dem eine regelrechte Flächenstichprobe der Gewindeoberfläche der Schnecke vorgenommen wird.
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Der erste Schritt besteht in der Eingabe der Schneckendaten in ein spezielles Dialogfenster, das in 1 dargestellt ist. Die erforderlichen Daten beziehen sich auf die Gewindeform der Schnecke sowie auf die Fühlerform des Evolventenressers, der zur Abtastung verwendet wird. Insbesondere sind zur Definition der Schnecke folgende Parameter erforderlich:
- – Stirneingriffswinkel (Alpha),
- – durchschnittlicher Schneckendurchmesser,
- – Axialmodul,
- – Anzahl der Schraubengänge (Z),
- – Neigung der Schraubenlinie (rechts oder links)
- – Gewindeprofil (trapezförmig oder evolventenförmig).
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Nach Abschluss dieses Arbeitsschritts geht man zur Eingabe der Messdaten über, d. h. zur Eingabe der operativen Daten, die die Bewegung der Maschine definieren. Der Fühler muss dem Gewinde der Schnecke folgen, das heißt, für jede Schnecke werden zwei Messungen pro Schraubengang – also eine auf der rechten und eine auf der linken Seite des Gewindes eines jeden Schraubengangs – vorgenommen.
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2 zeigt ein Dialogfenster, das den Bediener während der eigentlichen Messung begleitet.
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Im linken Teil ist ein Display zu sehen, in dem das Signal des Fühlers des Evolventenmessers zu sehen ist. Im unteren Teil des Fensters befindet sich die Option zur Einstellung der Schnecke auf den Stiften des Evolventenmessers.
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Im oberen Teil des Fensters befinden sich Felder zur Eingabe der Messdaten. Insbesondere müssen dort der Fuß- und Kopfdurchmesser der Schnecke, die Länge des Bandes (B), auf dem die Messung ausgeführt wird, sowie die Anzahl der Probenahmen innerhalb dieses Messbandes eingegeben werden.
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Die Schnecke kann an einem vom Benutzer festgelegten Durchmesser gemessen werden.
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Die Anzahl der zu entnehmenden Proben, die Messlänge (B) und die Daten der Schnecke sind durch die maximal analysierbare Spektrumskomponente (fmax) miteinander verbunden.
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Wenn eine Probenahme bei einer Frequenz fc vorgenommen und die DFT (Diskrete Fourier-Transformation) des Signals berechnet wird, entspricht die analysierbare Höchstfrequenz der Nyquist-Frequenz, also: fmax = fc/2
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Bei der Erfassung des Signals berechnet die Software des Evolventenmessers die theoretische Länge (L) des Gewindes der Schnecke, das sich über eine Bandlänge (B) erstreckt.
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Die Länge (L) hängt folglich von dem Band (B), dem Durchmesser der Schnecke an der Stelle, wo die Messung vorgenommen wird, und den Konstruktionsdaten der Schnecke, beispielsweise der Neigung des Gewindes, ab.
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Wenn man sich vorstellt, die Schraubenlinie auf einer Fläche ”abzurollen” wie in 10 gezeigt wird, erhält man eine schräge Gerade der Neigung (β) der Schraubenlinie.
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Jede Schraubenlinienumdrehung (Wr = 2πr also W = 2π) entspricht auf der Z-Achse einer Menge, die als Schraubengang pz bezeichnet wird.
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Für Schnecken ist die Steigung der Schraubenlinie pz = m·π·Z, wobei m = Modul und Z = Anzahl der Schraubengänge ist.
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Aus 10 ist zu entnehmen, dass z = Wr·tan(β), folglich tan(β) = z/Wr oder vielmehr tan(β) = pz/2πr
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Wenn man statt der Steigung (pz) eine Bandlänge (B) messen muss, die in den Messparametern der Schnecke eingestellt ist, ergibt sich: B = Wr·tan(β) = Wr·(pz/2πr) = W·pz/2π = W·m·Z/2 also W = 2B/mZ, wobei B und W die Werte sind, die von der Z-Achse (vertikal) und der W-Achse (Drehtisch) zurückgelegt werden müssen, um der Schraubenlinie der Schnecke zu folgen.
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Daraus ergibt sich L·sin(β) = B und L·cos(β) = Wr. L = B/sin(β) = B/sin(atan(m·Z/2r))
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Die Länge (L) wird im Folgenden in N Intervalle unterteilt, wobei N die Anzahl der auszuführenden Probenahmen ist. Hierbei gilt: ΔL = L/N fc = 1/ΔL = N/L
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Bislang war von der Probenahmefrequenz die Rede, ohne auf die Maßeinheit einzugehen. Wenn man davon ausgeht, dass die Länge (L) einem Schraubenzyklus entspricht, kann man sagen, dass eine Komponente f Umdrehungen/Zyklus hat und folglich eine Wellenlänge von: λ = L/f
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Daraus ergibt sich, dass je nach Auswahl des Messbandes (B) eine angemessene Anzahl von Proben (N) entnommen werden muss, damit die analysierbare Höchstfrequenz über der Frequenzspanne liegt, innerhalb der die geräuschverursachende Komponente voraussichtlich anzutreffen ist.
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Die Messung erfolgt vollkommen automatisch. Der Evolventenmesser tastet jedes Gewinde der Schnecke ab und führt dabei N Schritte durch, bei denen N gleich weit voneinander entfernte Punkte abgetastet werden, wodurch eine regelrechte Flächenstichprobenahme auf der Oberfläche der Schnecke vorgenommen wird.
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Berechnung
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Nach erfolgter Abtastung der Schnecke kann mit der Software die Frequenzialanalyse vorgenommen werden.
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Hierzu wird die bekannte Formel zur Berechnung der DFT verwendet.
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Hierbei wird angenommen, dass sich die n-Tupel aus den Flächenstichproben des Gewindes der Schnecke zusammensetzt:
xj (j = 0, ..., N – 1)
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Dieser kann eine weitere N-Tupel zugeordnet werden:
X
k (k = 0, ..., N – 1), wobei die Gleichung gilt:
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Bezüglich der gesamten Theorie im Zusammenhang mit der DFT und ganz allgemein mit sämtlichen Problemen, wie beispielsweise der Normalisierung und Fensterung der DFT, wird auf die einschlägige Literatur verwiesen.
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Jedes Element Xk stellt die Oberschwingung dar, die im berücksichtigten Gewindeabschnitt k Umdrehungen ausführt und folglich einer Wellenlänge L/k entspricht. Bei der Software können verschiedene Optionen zur Berechnung der DFT gewählt werden.
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In den 3 und 4 ist ein Ergebnisbeispiel dargestellt, das für eine Schnecke mit folgenden Merkmalen ermittelt wurde:
Anzahl der Schraubengänge: 2DX
Axialmodul: 0,714
Stirneingriffswinkel: 14° 30' 0''
durchschnittlicher Durchmesser: 7,0830 mm
Gewindeart: Evolventenförmig
Bandlänge B = 0,5600 mm
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In 3 ist ein Signal (s(t)) dargestellt, das mittels Abtastung der Gewindeoberfläche einer Schnecke durch den Fühler eines Evolventenmessers über eine Länge (L) gewonnen wurde. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass der Fühler eine Probenahme auf der abgetasteten Oberfläche vornimmt und eine Vielzahl von Spannungspunkten liefert, die Hinweis auf das Gewindeprofil geben. Die Spannungspunkte werden in eine Messskala in kartesische Koordinaten (X, Y) eingetragen. Auf der Abszissenachse wird die Länge der Abtastung (L) in Millimetern, auf der Ordinatenachse (Y) werden hingegen die Rautiefenwerte der abgetasteten Oberfläche in Mikron eingetragen. Im Schaubild 3 sind die vom Fühler abgetasteten Punkte mittels Interpolation verbunden, um ein Dauersignal (s(t)) zu zeigen.
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In 4 wird das Spektrum (F(c)) des Signals (s(t)) aus 3 gezeigt, das mit der DFT berechnet wurde. Auf der Abszissenachse sind an Stelle der Frequenzwerte die Werte (c) der verschiedenen Oberschwingungskomponenten, auf der Ordinatenachse hingegen die Amplitudenwerte (A) des Spektrums (F(c)) des Signals eingetragen, die bei den verschiedenen Oberschwingungskomponenten berechnet wurden.
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Nunmehr können die ausgehenden Daten bezüglich der Amplitudenwerte (A) des Spektrums (F) des Signals verwendet werden, um eine Zufallsvariable im Verfahren zu definieren, mit der eine geräuschvolle Schnecke diskriminiert werden kann.
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Implementierung des statistischen Modells des Verfahrens
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Wie bereits gesagt, besteht das Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens letztendlich darin, ein Merkmal bei der Schnecke zu finden, mit dem es von vornherein, während des Produktionsprozesses, also ohne Durchführung einer Funktionsprüfung möglich ist, festzulegen, ob eine Schnecke während des Betriebs im Inneren eines Untersetzungsgetriebes geräuschvoll ist oder nicht.
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Wenn die Lautstärke, wie angenommen, durch eine Oberschwingungskomponente der Rautiefe der Schnecke verursacht wird, ist es mit Hilfe der gewonnenen Ergebnisse möglich, das Bestimmungsmerkmal zu bestimmen.
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Zur Bestimmung des Bestimmungsmerkmal ist, aufgrund dessen, dass eine Zufallsvariable definiert werden muss, zunächst einmal eine ausreichende Kenntnis des Systems erforderlich, das gekennzeichnet werden soll, d. h. es müssen ausreichende Basisinformationen über die ”Vergangenheit” vorliegen.
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Um diese Information zu erhalten, müssen Funktionsprüfungen bei einer bestimmten Anzahl von geräuschvollen und geräuscharmen Schnecken vorgenommen werden, damit das System ausreichend beschrieben werden kann. Vorteilhafterweise werden mindestens fünf Stichproben von geräuscharmen und fünf Stichproben von geräuschvollen Schnecken herangezogen.
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Definiert wird eine diskrete Zufallsvariable (R), die die Lautstärke der Schnecke bezeichnet (zulässige Werte: R = 1 geräuschvolle Schnecke; R = 0 geräuscharme Schnecke).
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Jeder Schnecke, die einer Funktionsvorprüfung unterzogen wird, wird der entsprechende Variablenwert (R) zugeordnet.
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Anschließend wird die Oberschwingungsanalyse dieser Schnecke vorgenommen, wobei versucht wird, aus den Ergebnissen der Oberschwingungsanalyse herauszufinden, welche Frequenzialoberschwingungskomponente (c) des Spektrums (F(c)) eng mit dem Wert der Lautstärkesvariablen (R) verbunden ist.
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Wenn die Ursache der Lautstärke in einer Frequenzialkomponente liegt, müsste man bei den verschiedenen analysierten Oberschwingungen eine bestimmte Oberschwingungskomponente (CA) erhalten, die im Folgenden als Hauptoberschwingungskomponente (CA) bezeichnet wird und deren Amplitudenwerte (AA) bei geräuschvollen Schnecken anders als bei geräuscharmen Schnecken sind. Für einen bestimmten Wert der Hauptoberschwingungskomponente (CA) erhält man Amplitudenwerte, die je nach dem Wert R zwei unterschiedlichen Normalverteilungen angehören.
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Bei einer Schnecke, die die oben erwähnten Projektmerkmale besitzt, wurde festgestellt, dass der größte Unterschied bei den Amplitudenwerten geräuschvoller und geräuscharmer Schnecken bei einem Hauptoberschwingungskomponentenwert CA = 0,40 mm auftritt. Die Spektren (F(CA)) von geräuschvollen Schnecken, die bei einer Hauptoberschwingungskomponente CA = 0,40 mm berechnet wurden, haben eine durchschnittliche Amplitude von μ1 = 0,4895. Hingegen haben die Spektren (F) von geräuscharmen Schnecken, die bei derselben Oberschwingungskomponente CA = 0,40 mm berechnet wurden, eine durchschnittliche Amplitude von μ0 = 0,1772.
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Wie in 5 zu sehen ist, ergeben sich zwei Normalverteilungen (G0, G1), deren Erwartungswerte μ0 und μ1 und deren Varianz σ ist.
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Angenommen, dass x
i = Wert der x-ten Probe ist, wird die Varianz mit folgender Gleichung berechnet:
wobei N die Anzahl der Proben ist.
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Die erste Normalverteilung (G0) bezieht sich auf die geräuscharmen Schnecken, während die zweite Normalverteilung (G1) sich auf die geräuschvollen Schnecken bezieht. Diese Normalverteilungen haben einen Korrelationswert von 0,951733, also gegen 1 gehend. Dies ist der Beweis für die Korrektheit des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Zur Bestimmung der Lautstärke einer Schnecke muss die Oberschwingungsanalyse der Oberfläche der Schnecke vorgenommen und der Amplitudenwert (AA) des Spektrums (F) entsprechend der zuvor bestimmten Hauptoberschwingungskomponente (Ca) kontrolliert werden. Dieser Oberschwingungsamplitudenwert (AA) fällt unter eine der beiden, zuvor definierten Normalverteilungen (G0, G1).
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Je nachdem, worunter dieser Oberschwingungsamplitudenwert fällt, kann man mit einer gewissen Sicherheit Aussagen darüber machen, ob die Schnecke, nachdem sie montiert wurde, Geräusche verursachen wird oder nicht.
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Man muss berücksichtigen, dass für jede Schnecke mindestens zwei Spektren, das heißt, zwei Spektren für jeden Schraubengang der Schnecke mittels DFT berechnet werden. Im obigen Beispiel wurde von einer zweigängigen Schnecke ausgegangen; dies bedeutet, dass insgesamt vier Spektren berechnet werden: auf der linken Seite (SX1) und auf der rechten Seite (DX1) des ersten Schraubengangs der Schnecke sowie auf der linken Seite (SX2) und auf der rechten Seite (DX2) des zweiten Schraubengangs der Schnecke. Für jede Schneckenprobe erhält man folglich vier Amplitudenwerte (SX1, DX1, SX2, DX2), die der ermittelten Hauptoberschwingungskomponente (Ca) entsprechen. Für die Erstellung der beiden Normalverteilungen (G0, G1) gemäß 5 wurde der Mittelwert der vier in jeder Probe ermittelten Amplitudenwerte berücksichtigt.
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Wenn man jedoch für jede Probe nur den der Hauptoberschwingungskomponente (Ca) entsprechenden, maximalen Amplitudenwert berücksichtigt, wie in 6 zu sehen ist, erhält man zwei verschiedene Normalverteilungen, die die Erwartungswerte μ0 = 0,2196 und μ1 = 0,5163 aufweisen. In diesem Fall sind die beiden Normalverteilungen weiter voneinander entfernt und der Korrelationswert beträgt 0,990937, ist also noch näher gegen 1 gehend als die Verteilung in 5. Bei Verwendung dieser Normalverteilungen müsste der Glaubwürdigkeitsgrad bezüglich der Bestimmung einer geräuschvollen von einer geräuscharmen Schnecke also noch höher sein.
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In diesem Fall hat man auf der Grundlage des Schaubilds in 6 beispielsweise einen Unsicherheitsintervall bezüglich der Amplituden, die zwischen 0,27 und 0,42 liegen. Deshalb kann man einen Amplitudenschwellenwert AT = 0,25 eingeben, der ausreichend unterhalb des unteren Unsicherheitsintervallschwellenwerts liegt. Demzufolge kann eine Schnecke als geräuscharm klassifiziert werden, wenn der maximale Amplitudenwert der vier berechneten Spektren (F) bei der Hauptoberschwingungskomponente (Ca) unterhalb des Schwellenwerts AT = 0,25 liegt.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 7 der Evolventenmesser zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, der insgesamt mit der Bezugsnummer (1) gekennzeichnet ist.
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Eine Schnecke (V) wird mit ihrer vertikalen Achse zwischen einer oberen Gegenspitze (2) und einer unteren Gegenspitze (3) angeordnet. Die untere Gegenspitze (3) ist auf einem Drehtisch (30) montiert, der sich um seine mit der Schneckenachse zusammenfallende Drehachse dreht. Die obere Gegenspitze ist auf eine auf einer Säule (21) gleitbar montierte Halterung (20) montiert, um sich an die Länge der Schnecke (V) anpassen zu können.
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Ein Kopf oder Fühler (4) ist auf einem Arm (4) in einer radial zur Achse der Schnecke (V) liegende Richtung montiert. Der Arm des Kopfes ist auf einer motorgetriebenen Gruppe (50) von drei kartesischen Achsen (x, y, z) montiert, wobei die vertikale Achse (z) parallel zur Achse der Schnecke (V) liegt.
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Die Bewegung des Fühlers (4) erfolgt entlang einer Richtung, die parallel zur Schneckenachse liegt, so, wie diese in der Maschine positioniert ist. In Wirklichkeit entspricht diese Richtung der (z)-Achse der Maschine.
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Nach Ausführung einiger Messungen (normale Gewindesteigung) zur Berechnung einiger Daten der Schnecke (V), die für die Bewegung erforderlich sind, legt sich der Kopf (4) an dem zuvor bei der Messeinstellung gewählten Durchmesser auf das Gewinde der Schnecke. Anschließend beginnt die Abtastung der Schraubenlinie der Schnecke.
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Die Abtastbewegung ist nicht kontinuierlich, sondern erfolgt in einer bestimmten Anzahl von Schritten, die von der vom Programm vorgegebenen Anzahl der tastenden Punkte N abhängt.
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Praktisch gesehen, bewegen sich folgende zwei Achsen:
- – W-Achse (Rotationsachse der Schnecke): Drehung des Drehtisches (30) und
- – z-Achse (vertikale Translationsachse des Fühlers (4) parallel zur Achse der Schnecke.
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Bei jedem Schritt bewegen sich die Achsen (w und z) auf koordinierte Weise, um der Schraubenlinie des Gewindes der Schnecke über eine Strecke ΔL zu folgen, und zwar: ΔL = L/N wobei L = Länge des zu messenden Abschnittes der Schraubenlinie ist.
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Nach jeder Steigung halten die Achsen (W, z) an, warten einen Moment, bis sich die Köpfe (4) stabilisiert haben und ermitteln den Volt-Wert, der vom Fühler des Kopfes abgelesen wird.
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Am Ende des Verfahrens erhält man N Volt-Werte, die eine Flächenstichprobenahme des tatsächlichen Verlaufs der Schraubenlinie der Schnecke gegenüber dem theoretischen Verlauf darstellen.
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Unter Bezugnahme auf 8 bilden diese N Spannungswerte ein ”Diskret-Zeit”-Signal s(t).
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Bei dem auf diese Weise ermittelten Signal s(t) wird [Volt] in [μm]. umgewandelt. Die Beziehung zwischen diesen beiden Maßeinheiten ist linear, so dass sie sich nur durch einen Skalenfaktor unterscheiden.
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Beim Signal s(t) wird die DFT (Diskrete Fourier-Transformation) angewendet, um eine N-Tupel von Zahlen zu erhalten, die das Ausgangssignal im Frequenzbereich darstellen.
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Angesichts dessen, dass das ermittelte Signal in Wirklichkeit nicht zeitabhängig, sondern längen- und folglich raumabhängig ist, spricht man nicht von Frequenz, sondern von Wellenprofilen pro Zyklus oder Oberschwingungskomponenten (C).
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Von allen Wellenprofil-Komponenten des Signals wird nur die Hauptkomponente (CA) berücksichtigt, die das Bestimmungselement bei der Beurteilung der Lautstärke der Schnecke darstellt.
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Diese Komponente (CA) wurde in der Vergangenheit mit demselben, hier erläuterten Verfahren ermittelt, welches allerdings auf eine Schneckenfamilie angewendet wurde, deren Lautstärke bereits bekannt war.
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Die Hauptoberschwingungskomponente (CA) ist es, die unterschiedliche Merkmale bei geräuschvollen beziehungsweise bei geräuscharmen Schnecken aufweist.
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Der Wert der berücksichtigten Hauptoberschwingung (CA) muss mit den Normalverteilungen (G0, G1) verglichen werden, die sich bei der Umsetzung des Verfahrens bei bekannten Schnecken ergeben.
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Die beiden Normalverteilungen (G0, G1) sind mit den Werten der Hauptoberschwingungskomponente (CA) geräuschvoller beziehungsweise geräuscharmer Schnecken verbunden.
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Wenn man schaut, unter welche Normalverteilung (G0, G1) der Amplitudenwert (AA) der Hauptoberschwingungskomponente (CA) der jeweils getesteten Schnecke fällt, kann man mit einer gewissen Sicherheit vorhersagen, ob die Schnecke geräuschvoll sein wird oder nicht.
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Insbesondere dann, wenn die Schnecke voll ins Innere der Normalverteilung der geräuscharmen Schnecken (G0) oder der geräuschvollen Schnecken (G1) fällt, wird sie mit hoher Wahrscheinlichkeit geräuscharm oder geräuschvoll sein.
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Wenn die Schnecke hingegen in den Bereich fällt, in dem die beiden Normalverteilungen sich überschneiden, kann man hingegen nicht mit Sicherheit vorhersagen, ob die Schnecke geräuscharm oder geräuschvoll ist.
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Unter Bezugnahme auf 9 ist der erfindungsgemäße Apparat zur Bestimmung von geräuschvollen Schnecken mit einem Fühler (4) ausgestattet, der einen Sensor besitzt, um das Spannungssignal (s(t)) zu ermitteln. Die Firmware/Software des Apparates umfasst:
- – einen Konverter (6) zur Umwandlung der Volt des Spannungssignals (s(t)) in eine Längen-Maßeinheit (beispielsweise Mikron), um ein Signal (s(t)) zu erhalten, das Hinweise auf das Gewindeprofil der Schnecke gibt (der Konverter ist in die Software zu Abtastung der Schnecken eingebaut. Zur Umwandlung genügt also die Multiplikation mit einem Skalenfaktor).
- – einen DFT-Rechner (7) zur Berechnung der OFT des Signals (s(t)), das Hinweis auf das Gewinde der Schnecke gibt, um ein Spektrum (F(c)) zu erhalten,
- – einen Komparator-Selektor (8), um bei jeder Oberschwingung (C) die Amplituden des Spektrums der als geräuschvoll klassifizierten Schnecken mit den Amplituden des Spektrums der als geräuscharm klassifizierten Schnecken zu vergleichen und eine aufgetretene Hauptoberschwingung (CA) auszuwählen, bei der die Amplituden-Differenz zwischen dem Spektrum der geräuscharmen Schnecken und dem Spektrum der geräuschvollen Schnecken am größten ist,
- – Amplitudenberechnungsmittel (9), um die Amplitude (AA) des Spektrums in der Hauptoberschwingungskomponente (CA) zu berechnen;
- – Normalverteilungsberechnungsmittel (10), um die Normalverteilungen (G0, G1) zu berechnen, deren Erwartungswert (μ0, μ1) entweder der Amplituden-Mittelwert der Spektren der mit dieser Hauptoberschwingungskomponente (CA) berechneten, geräuscharmen Schnecke oder der Amplituden-Mittelwert der mit dieser Hauptoberschwingungskomponente (CA) berechneten geräuschvollen Schnecke ist, und
- – Bestimmungsmittel (11), die dazu dienen, festzulegen, ob der mit der genannten Hauptoberschwingungskomponente (CA) des Spektrums eines Signals einer Schnecke mit unbekannter Lautstärke berechnete Amplitudenwert (AA) unter die Normalverteilung der geräuscharmen Schnecken (G0) oder unter die Normalverteilung der geräuschvollen Schnecken (G1) fällt.
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Die Verbindung zwischen dem Amplitudenberechner (9) und dem Normalverteilungsberechner (10) besteht nur dann, wenn das Verfahren auf Schnecken mit bekannter Lautstärke angewendet wird, um die Normalverteilungen (G0, G1) zu bestimmen.
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Zur Aktualisierung der Normalverteilungen (G0, G1) ist ein Rückzugsblock (12) vorgesehen, bei dem eine Funktionskontrolle der Schnecke im schalltoten Raum vorgesehen ist. Einige Schnecken, die vom Diskriminator (11) als geräuschvoll oder geräuscharm diskriminiert wurden und folglich eine Amplitude des bekannten Spektrums (AA) besitzen, werden in einen schalltoten Raum (12) geschickt, um die Korrektheit des Ergebnisses zu bestätigen. In diesem Fall wird der Spektral-amplitudenwert (AA) der Schnecke an den Normalverteilungsberechner (10) geschickt, um die Normalverteilungen (G0, G1) zu aktualisieren.
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An der vorliegenden Ausführungsform können zahlreiche Variationen und Detailänderungen vorgenommen werden, die jedem Fachmann zugänglich sind und in jedem Fall unter den Schutzraum der Erfindung fallen, der in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist.
