DE102012105789A1 - Prüfverfahren und Prüfstand zur Erfassung von Noise-Vibration-Harshness Emissionen (NVH) eines Motoraggregats - Google Patents

Abstract

Es wird ein Prüfverfahren zur Erfassung von Noise-Vibration-Harshness-Emissionen eines Motoraggregats mittels eines Prüfstands vorgeschlagen, wobei in einem ersten Verfahrensschritt eine Welle des Motoraggregats mittels eines Antriebs des Prüfstands angetrieben wird und wobei in einem zweiten Verfahrensschritt eine Körperschallmessung am Motoraggregat mittels Sensoren des Prüfstands durchgeführt wird, bevor das Motoraggregat einen stabilen Betriebszustand erreicht hat.

Description

• Stand der Technik
• Die Erfindung geht aus von einem Prüfverfahren zur Erfassung von Noise-Vibration-Harshness-Emissionen eines Aggregats, bei welchem eine Welle des Aggregats in Rotation versetzt wird und eine Körperschallmessung am Aggregat mittels Sensoren des Prüfstands durchgeführt wird.
• Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, Aggregate in Form von Verbrennungsmotoren nach der Herstellung und vor der Montage in ein Kraftfahrzeug in einem Prüfstand einer Noise-Vibration-Harshness-Prüfung (NVH-Prüfung) zu unterziehen, um anhand des Geräuschund Schwingungsverhaltens des Motoraggregats zu beurteilen, ob das Aggregat beispielsweise funktionstüchtig ist und fehlerfrei montiert wurde.
• Hierfür wird eine Welle des zu prüfenden Aggregats in Rotation versetzt, um den normalen Betriebszustand des Aggregats zu simulieren. Nachdem sich das Aggregat stabilisiert hat, wird die Körperschallmessung durchgeführt. Das Abwarten bis zum Erreichen der Stabilisationsphase dient zur Sicherstellung dahingehend, dass sich der Öldruck im Aggregat aufgebaut hat und sämtliche Schmierstellen im Aggregat mit Öl versorgt sind, bevor mit der Körperschallmessung begonnen wird, da vor dem Erreichen der Stabilisationsphase üblicherweise eine Vielzahl von zusätzlichen Störgeräuschen im Aggregat auftreten, welche nicht auf unerwünschte und üblicherweise zu detektierende Fehler im Aggregat, sondern lediglich auf mangelnde Schmierung einzelner Lagerstellen in der Anlaufphase des Aggregats zurückzuführen sind.
• Nachteilig an solchen bekannten Prüfverfahren ist, dass einige typische Montagefehler nicht detektierbar sind.
• Offenbarung der Erfindung
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Prüfverfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches die Detektion zusätzlicher Fehler im Aggregat ermöglicht und welches zudem einfach und schnell durchführbar, sowie kostengünstig zu implementieren ist.
• Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Prüfverfahren zur Erfassung von Noise-Vibration-Harshness-Emissionen eines Aggregats mittels eines Prüfstands, wobei eine Welle des Aggregats in Rotation versetzt wird und eine Körperschallmessung am Aggregat mittels Sensoren des Prüfstands durchgeführt wird und wobei ferner die Körperschallmessung durchgeführt wird, bevor das Aggregat einen stabilen Betriebszustand erreicht hat.
• Das erfindungsgemäße Prüfverfahren hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass eine Körperschallmessung durchgeführt wird, bevor das Aggregat seinen stabilen Betriebszustand erreicht hat, so dass Fehler, die nur im instabilen Zustand des Aggregats über Körperschallmessungen detektierbar sind, mittels der durchgeführten Körperschallmessung aufgefunden werden können. Es hat sich für den Fachmann in überraschender und nicht zu erwartender Weise gezeigt, dass im Aggregat potentiell solche Fehler auftreten können, welche im instabilen Zustand trotz des Vorhandenseins einer Vielzahl von sich überlagernden Störgeräuschen (hervorgerufen beispielsweise durch mangelnde Schmierung in einigen Lagerbereichen) über Körperschallmessungen detektierbar sind und welche im späteren stabilen Zustand nicht mehr mittels Körperschallmessungen detektierbar sind. Solche Fehler können beispielsweise eine fehlende Feder im Kettenspanner eines Verbrennungsmotors oder nicht einrastende Nockenwellenversteller sein. In vorteilhafter Weise ermöglicht das erfindungsgemäße Prüfverfahren somit das Auffinden von Fehlern, welche bei den aus dem Stand der Technik bekannten Prüfverfahren nicht detektierbar sind. Die Prüfqualität wird hierdurch erheblich gesteigert. Das Aggregat ist vorzugsweise ein Verbrennungsmotor, dessen Kurbelwelle die Welle im Sinne des Anspruchswortlauts darstellt. Alternativ wäre aber auch denkbar, dass das Aggregat lediglich ein Getriebe oder dergleichen umfasst. Ein stabiler Betriebszustand im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein Zustand, in welchem sich im Aggregat ein Öldruck eingestellt hat, welcher für den üblichen Gebrauch des Aggregats typisch ist. Insbesondere ist im stabilen Betriebszustand ein solcher Öldruck erreicht, dass sämtliche Schmierstellen sicher mit Öl versorgt werden. Im Falle eines Verbrennungsmotors hat das Motoröl im stabilen Betriebszustand seinen Betriebsdruck erreicht, während im instabilen Zustand der Druck des Motoröls noch kontinuierlich ansteigt. Der stabile Betriebszustand eines Verbrennungsmotos ist beispielsweise erreicht, wenn das Öl einen Druck von wenigstens 2 bar, bevorzugt von wenigstens 1,5 bar und besonders bevorzugt von wenigstens 1 bar erreicht hat.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Körperschallmessung bei einer Drehzahl der Welle zwischen 10 und 2.000 U/min, bevorzugt zwischen 100 und 1.500 U/min und besonders bevorzugt zwischen 150 und 1.000 U/min durchgeführt wird. In vorteilhafter Weise ist bei diesen Drehzahlen insbesondere der Betriebsdruck des Motoröls noch nicht erreicht, so dass sicher davon ausgegangen werden kann, dass sich das Aggregat noch im instabilen Zustand befindet und eine Körperschallmessung zum Auffinden von nur im instabilem Zustand zu detektierenden Fehlern sinnvoll ist. Zur Überwachung, dass sich die Welle des Aggregats auch tatsächlich im richtigen Drehzahlbereich befindet, wird während der Körperschallmessung die Drehzahl der Welle vorzugsweise gemessen.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Welle mittels eines Antriebs des Prüfstands in Rotation versetzt wird. In vorteilhafter Weise kann somit die NVH-Erfassung beim Prüfen eines Verbrennungsmotors im sogenannten Kalttest durchgeführt werden. Der Begriff Kalttest bedeutet, dass die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors mittels des Antriebs des Prüfstands, beispielsweise ein Elektromotor, angetrieben wird, um den Betrieb des Verbrennungsmotors zu simulieren. Der Verbrennungsmotor wird folglich nicht aus eigener Kraft, d.h. durch Verbrennung von Kraftstoff in den Brennräumen des Verbrennungsmotors betrieben. Der Verbrennungsmotor muss somit nicht mit Kraftstoff gespeist werden. Hierdurch verkürzen sich vorteilhafterweise die Bestückungszeiten beim Bestücken des Prüfstands mit dem zu prüfenden Verbrennungsmotor, da beispielsweise keine Kraftstoffleitungen oder Abgasabführleitungen angeschlossen an den Verbrennungsmotor angeschlossen werden müssen. Grundsätzlich könnte das erfindungsgemäße Verfahren alternativ aber auch in einem Heißtest angewendet werden, in welchem die Kurbelwelle des Aggregats durch eine Verbrennung von Kraftstoff in den Brennräumen des Verbrennungsmotors in Rotation versetzt wird. Vorzugsweise wird während der Körperschallmessung die Welle in einem ersten Zeitintervall beschleunigt und in einem zweiten Zeitintervall mit einer konstanten Drehzahl angetrieben. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch eine besonders gute Detektion von Fehlern zu erzielen ist. Das erste Zeitintervall liegt zeitlich vor oder nach dem zweiten Zeitintervall.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass zur Körperschallmessung ein dem Körperschall des Aggregats proportionales Körperschallsignal mittels eines am Aggregat angeordneten Beschleunigungssensors und/oder eines Mikrofons erzeugt wird. In vorteilhafter Weise erzeugt der Beschleunigungssensor und/oder das Mikrofon ein dem Körperschall des Aggregats proportionales Körperschallsignal. Der Beschleunigungssensor umfasst vorzugsweise einen mikromechanischen Inertialsensor, welcher unmittelbar auf das Außengehäuse des Aggregats platziert wird. Das Mikrophon wird vorzugsweise vom Außengehäuse des Aggregats beabstandet angeordnet.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass eine weitere Körperschallmessung mittels der Sensoren des Prüfstands durchgeführt wird, nachdem das Aggregat einen stabilen Betriebszustand erreicht hat und insbesondere nachdem das Motoröl seinen Betriebsdruck erreicht hat. In vorteilhafter Weise wird somit neben der im instabilen Zustand durchgeführten Körperschallmessung auch noch eine weitere Körperschallmessung im stabilen Zustand durchgeführt, so dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch solche Fehler auffindbar sind, die nur im stabilen Zustand detektierbar sind. Das erfindungsgemäße Prüfverfahren liefert somit stets mehr Informationen als die aus dem Stand der Technik bekannten NVH-Messungen. Zudem kann das erfindungsgemäße Verfahren auf bereits vorhandenen Prüfständen durchgeführt werden, indem die entsprechenden Steuerungs-, Detektions- und Analysemechanismen umkonfiguriert werden.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das während der Körperschallmessung und/oder während der weiteren Körperschallmessung erzeugte Körperschallsignal mittels einer Auswerteeinheit ausgewertet wird, wobei insbesondere eine Kurtosis und/oder ein Effektivwert des gemessenen Körperschallsignals als Funktion der Drehzahl der Welle berechnet und mit einem Referenzwert verglichen wird. Es hat sich gezeigt, dass die Bestimmung der Kurtosis und/oder des Effektivwertes in Abhängigkeit der Drehzahl ein besonders gutes Maß zur Detektion von Fehlern ist. Vorzugsweise werden sowohl die Kurtosis, als auch der Effektivwert bestimmt und jeweils mit einem entsprechenden Referenzwert oder einem Referenzbereich für eine bestimmte Drehzahl verglichen. Die Referenzwerte werden in vorhergehenden Referenzmessungen an solchen Aggregaten gleicher Bauart bestimmt, die nachweislich keine Fehler aufweisen und sich innerhalb der geforderten Fertigungstoleranzen befinden. Die Kurtosis ist dabei ein Maß für den Impulsgehalt des Körperschallsignals, während der Effektivwert (auch als RMS-Wert bezeichnet) ein Maß für den Energiegehalt ist.
• Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Prüfstand zur Erfassung von Noise-Vibration-Harshness-Emissionen eines Aggregats, insbesondere mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei der Prüfstand Mittel aufweist, um eine Welle des Aggregats in Rotation zu versetzen, und wobei Sensoren zur Durchführung einer Körperschallmessung im und/oder am Aggregat vorgesehen sind, wobei der Prüfstand zur Durchführung einer Körperschallmessung, bevor das Aggregat einen stabilen Betriebszustand erreicht hat, konfiguriert ist.
• In vorteilhafter Weise ermöglicht der erfindungsgemäße Prüfstand die Durchführung einer Körperschallmessung im instabilen Zustand des Aggregats, so dass im Unterschied zum Stand der Technik auch solche Fehler, die nur im instabilen Zustand detektierbare Geräusche verursachen, im Rahmen der Körperschallmessungen aufgefunden werden können. Das Aggregat umfasst vorzugsweise einen Verbrennungsmotor, wobei die Welle sowohl durch die Verbrennung von Kraftstoff (Heißtest) als auch durch einen Elektromotor angetrieben werden kann. Die Mittel zum Versetzen der Welle in Rotation könnten beispielsweise entweder Kraftstoffzuleitungen umfassen, damit Kraftstoff in den Brennräumen des Verbrennungsmotors verbrannt werden kann (Heißtest), oder einen externen Motor, insbesondere einen Elektromotor, umfassen, um die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ohne Verbrennung von Kraftstoff in den Brennräumen des Verbrennungsmotors zu drehen (Kalttest). Vorteilhafterweise können konventionelle NVH-Prüfstände in den erfindungsgemäßen Prüfstand aufgerüstet werden, indem die entsprechenden Steuerungs-, Detektions- und Analysemechanismen adaptiert und/oder neu konfiguriert werden. Die Sensoren können insbesondere in das Aggregat integriert und somit Teil des Aggregats sein oder die Sensoren sind Teil der Prüfvorrichtung und somit insbesondere außerhalb des Aggregats angeordnet.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Prüfstand zur Durchführung der Körperschallmessung bei einer Drehzahl der Welle zwischen 10 und 2000 U/min, bevorzugt zwischen 100 und 1500 U/min und besonders bevorzugt zwischen 150 und 1000 U/min konfiguriert ist. In vorteilhafter Weise ist somit sichergestellt, dass sich das Aggregat während der Körperschallmessung im instabilen Zustand befindet, d.h. das Motoröl des Verbrennungsmotors hat noch nicht seinen üblichen Betriebsdruck erreicht. Vorzugsweist ist der Prüfstand derart konfiguriert, dass die Welle während der Durchführung der Körperschallmessung mit konstanter Drehzahl dreht und/oder der Öldruck kontinuierlich steigt.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Prüfstand eine Auswerteeinheit zur Auswertung von mittels der Sensoren im Rahmen der Körperschallmessung erzeugten Körperschallsignale aufweist, wobei die Auswerteeinheit zur Berechnung einer Kurtosis und/oder eines Effektivwertes des gemessenen Körperschallsignals als Funktion der Drehzahl der Welle und zum Vergleichen der Kurtosis und/oder des Effektivwertes mit einem Referenzwert konfiguriert ist. Hierdurch wird in einfacher und schneller Weise eine Aussage über die Funktionsfähigkeit bzw. die Qualität des Aggregats getroffen, ohne dass es rechenaufwändiger Analysemethoden bedarf.
• Der erfindungsgemäße Prüfstand ist vorzugsweise in eine Herstellung- bzw. Montagestraße für Antriebskomponenten eines Kraftfahrzeugs integriert.
• Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Prüfstands zur Durchführung eines Prüfverfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 2 illustriert die verschiedenen Zustände eines mit dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren zu prüfenden Aggregats, sowie die Zeitpunkte für die Durchführung der Körperschallmessungen des Prüfverfahrens gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 3a, 3b zeigen beispielhaft Analyseergebnisse, welche beim Überprüfen verschiedener Aggregate mittels des Prüfverfahrens gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermittelt wurden.
• Ausführungsformen der Erfindung
• In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
• In 1 ist eine schematische Ansicht eines Prüfstands 1 zur Erfassung von Noise-Vibration-Harshness-Emissionen eines Aggregats 2 illustriert, mittels welchem ein Prüfverfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. Im vorliegenden Beispiel umfasst das Aggregat 2 einen Verbrennungsmotor 3. Zunächst wird der Prüfstand 1, welcher beispielsweise Teil einer Herstellungs- und Montagestraße für Antriebskomponenten eines Kraftfahrzeugs ist, mit dem zu prüfenden Verbrennungsmotor 3 bestückt. Anschließend werden Sensoren 4 des Prüfstands 1 mittels verfahrbaren Konsolen 5 positioniert. Im vorliegenden Beispiel weist der Prüfstand Beschleunigungssensoren 6, welcher auf dem Motorgehäuse des Verbrennungsmotors 3 platziert werden, sowie ein Mikrofon 7, welches oberhalb des Verbrennungsmotors 3 angeordnet ist, auf. Darüber hinaus wird die Kurbelwelle 8 des Verbrennungsmotors 3 mit der Rotorwelle 9 eines Elektromotors 10 (Antrieb 11) des Prüfstandes 1 gekoppelt. Zwischen der Rotorwelle 9 und der Kurbelwelle 8 ist vorzugsweise eine Drehmomentmesswelle 12 angeordnet. Die Bestückung des Prüfstands 1 und das Anschließen des Verbrennungsmotors 3 ist nun abgeschlossen. Für den Fachmann versteht sich von selbst, dass natürlich weitere Komponenten, wie beispielsweise der zentrale Kabelstrang des Motorsteuergeräts des Verbrennungsmotors 3, im Prüfstand 1 angeschlossen werden können, um gegebenenfalls weitere Motordaten auszulesen oder notwendige Steuerdaten einzuspeisen.
• Anschließend wird die Kurbelwelle 8 mittels des Elektromotors 10 zu einer Rotation angetrieben und mit einer konstanten und vergleichsweise niedrigen Drehzahl, d.h. insbesondere eine Drehzahl kleiner als 1000 U/min, betrieben. In dieser ersten Phase (siehe Bezugszeichen 100 in 2) wird zunächst mittels der Drehmomentmesswelle 12 das Losbrechmoment des Verbrennungsmotors 3 gemessen, sowie eine initiale Körperschallmessung mittels der Sensoren 4 durchgeführt. Der Verbrennungsmotor 3 befindet sich in der Körperschallmessphase 100 in einem instabilen Zustand, d.h. der Öldruck des Motoröls hat noch nicht seinen im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors 3 üblichen Betriebsdruck erreicht. In dieser ersten Phase 100 können grobe Montagefehler mittels der initialen NVH-Körperschallmessung gefunden werden. Hierbei handelt es sich typischerweise um Fehler die zu Kollisionen verschiedener Motorkomponenten führen können und einfach über eine Pegelanalyse detektiert werden können.
• Nach Durchlaufen der ersten Phase 100 wird die Drehzahl gesteigert, so dass eine beschleunigte Öldruckaufbauphase eingeleitet wird (siehe Bezugszeichen 200 in 2). Die Kurbelwelle 8 wird vorzugsweise mit einer höheren konstanten Drehzahl angetrieben. Der Verbrennungsmotor 3 befindet sich aber immer noch in einem instabilen Zustand, d.h. der Öldruck des Motoröls hat noch nicht seinen im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors 3 üblichen Betriebsdruck erreicht. In dieser Ölaufbauphase 200 wird eine NVH-Körperschallmessung durchgeführt, wobei anhand der von den Sensoren 4 erzeugten Körperschallsignale potentiell vorhandene (Montage-)Fehler des Verbrennungsmotors 3 detektiert werden, welche in einem sich später ausbildenden stabilen Zustand des Verbrennungsmotors 3, in welchem das Motoröl aufgrund der Rotationsbewegung seinen üblichen Betriebsdruck erreicht hat, nicht mehr detektierbar sind.
• Solche Fehler können beispielsweise eine fehlende Feder im Kettenspanner (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors 1 sein, wodurch im instabilen Zustand ein Rasseln der nicht ausreichend gespannten Kette hervorgerufen wird, während im stabilen Zustand der Kettenspanner durch den Öldruck gespannt wird und somit die fehlende Feder nicht mehr zu Abweichungen im Geräusch- und Schwingungsverhaltens des Verbrennungsmotor 3 aufgrund von Kettenrasseln führen kann. Ein solcher Fehler ist daher im stabilen Zustand mittels NVH-Messungen nicht detektierbar. Ein anderer solcher Fehler kann beispielsweise das Fehlen einer Feder oder des Verriegelungspins in der Nockenwellenverstellung sein. Die Nockenwellenverstellung zwischen Nockenwelle und Kettenantrieb erlaubt eine Relativbewegung zwischen Kettenrad und Nockenwelle zur Optimierung der Steuerzeiten. Die Nockenwellenverstellung wird im stabilen Zustand des Verbrennungsmotors über den Öldruck auf beiden Seiten der Verstellrotoren der Nockenwellenverstellung geregelt. Im drucklosen, d.h. instabilen Zustand während des Startens des Verbrennungsmotors werden die Verstellrotoren durch Feder bzw. den Verriegelungspin in Spätstellung gehalten, bis der Öldruck groß genug wird, um die Regelung der Verstellrotoren zu übernehmen. Ein Fehlen dieser Feder bzw. des Verriegelungspins kann daher mittels Körperschallmessungen ebenfalls nur im instabilen Zustand detektiert werden.
• Zur Detektion solcher Fehler werden mittels einer Auswerteeinheit des Prüfstandes 1 die Kurtosis und der Effektivwert unter anderem als Funktion der Drehzahl der im instabilen Zustand mittels der Sensoren 4 gemessenen Körperschallsignale bestimmt und jeweils mit Referenzwerten verglichen. Die Referenzwerte werden in vorhergehenden Referenzmessungen an Verbrennungsmotoren 3 gleicher Bauart bestimmt, die nachweislich keine derartigen Fehler aufweisen und sich innerhalb der geforderten Fertigungstoleranzen befinden. Wenn von der Auswerteeinheit eine Abweichung von den Referenzwerten detektiert wird, welche über einer bestimmten Toleranzgrenze liegen, wird der Verbrennungsmotor 3 als „nicht in Ordnung“ und andernfalls als „in Ordnung“ markiert. Wenn ein Verbrennungsmotor 3 an dieser Stelle bereits als „nicht in Ordnung“ erkannt wird, wird die Prüfung insbesondere sofort abgebrochen.
• Nachdem der Öldruck seinen Betriebsdruck erreicht hat, befindet sich der Verbrennungsmotor 3 im stabilen Zustand, d.h. sämtliche Schmierstellen des Verbrennungsmotors 3 werden ausreichend mit Öl versorgt. In der daraufhin eingeleiteten weiteren Körperschallmessphase (siehe Bezugszeichen 300 in 2) wird nun die Drehzahl des Verbrennungsmotors 3 kontinuierlich gesteigert und gleichzeitig mittels der Sensoren 4 eine weitere Körperschallmessung durchgeführt, welche zur Detektion von solchen Fehlern vorgesehen ist, welche lediglich im stabilen Zustand detektierbar sind. In den im Rahmen der weiteren Körperschallmessung erfassten Körperschallsignalen der Sensoren 4 werden in analoger Weise mittels der Auswerteeinheit die Kurtosis und der Effektivwert als Funktion der Drehzahl bestimmt und mit weiteren Referenzwerten verglichen und in Abhängigkeit der Abweichung von den weiteren Referenzwerten erneut entschieden, ob der Verbrennungsmotor 3 als „nicht in Ordnung“ oder als „in Ordnung“ markiert wird.
• In einer optionalen anschließenden Selbsttestphase (siehe Bezugszeichen 400 in 2) werden die Sensoren 4 einem Selbsttest unterzogen, in welchem die Drehzahl konstant gehalten wird. Danach wird in einer Mechaniktestphase (siehe Bezugszeichen 500 in 2) vorzugsweise die Drehzahl wieder reduziert und die Mechanik des Prüfstandes 1 einem Selbsttest unterzogen. Abschließend wird der Elektromotor 10 gestoppt und der Verbrennungsmotor 3 wird aus dem Prüfstand 1 entladen. Der Prüfstand 1 ist nun bereit zur Aufnahme eines neuen Prüflings und zum erneuten Durchlaufen der beschriebenen Prüfprozedur.
• In 2 sind zur Veranschaulichung der Prüfablauf 24 (wo ist 24 zu finden?) des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens und die verschiedenen Zustände eines mit dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren zu prüfenden Aggregats 2, hier der Verbrennungsmotor 3, sowie die Zeitpunkte für die Durchführung der Körperschallmessungen des Prüfverfahrens gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, nochmals graphisch illustriert. Auf der Abszisse ist dabei die Zeit 17 aufgetragen, während auf der Ordinate die Drehzahl aufgetragen ist.
• In der Körperschallmessphase 100 wird die Kurbelwelle 8 in Rotation versetzt, die Losbrechmomentmessung durchgeführt und parallel dazu initiale Körperschallmessungen durchgeführt. In der Öldruckaufbauphase 200 wird die Drehzahl auf einen konstanten und höheren Wert gesteigert und mittels der Sensoren 4 die NVH-Körperschallmessung durchgeführt, bis das Öl den Betriebsdruck erreicht hat. Die Körperschallsignale des Verbrennungsmotors 3 werden hierbei gemessen und entsprechend ausgewertet. In der Drehzahlrampe von der Losbrechmomentmessung zur Öldruckaufbaudrehzahl wird NVH über die Rampe gemessen, als auch bei Erreichen der Öldruckaufbaudrehzahl bei konstanter Geschwindigkeit. In der nachfolgenden weiteren Körperschallmessphase 300 wird eine weitere Körperschallmessung durchgeführt und die im Rahmen der weiteren Körperschallmessung erfassten Körperschallsignale ausgewertet. In der anschließenden Selbsttestphase 400 wird ein Sensortest bei konstanter Drehzahl durchlaufen. Nachfolgend wird im Rahmen der Mechaniktestphase 500 die Drehzahl reduziert und ein Mechaniktest durchgeführt. Abschließend wird die Drehzahl auf null reduziert.
• In 3a und 3b sind beispielhaft Analyseergebnisse dargestellt, welche beim Überprüfen verschiedener Aggregate mittels des Prüfverfahrens gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermittelt wurden. In 3a ist auf der Abszisse die Drehzahl 13 und auf der Ordinate die Kurtosis 14 aufgetragen, während in 3b auf der Abszisse die Drehzahl 15 und auf der Ordinate der Effektivwert 16 aufgetragen ist. Die Ergebnisse basieren auf einer im instabilen Zustand durchgeführten Körperschallmessung am Zylinderkopf (Kurven 20) und am Motorblock (Kurven 21) jeweils eines fehlerfreien Aggregats 2 (Kurven 22), sowie eines fehlerbehafteten Aggregats 2 (Kurven 23) gleicher Bauart. Bei dem fehlerbehafteten Aggregat 2 fehlt die Feder des Kettenspanners. Es ist zu sehen, dass die beiden Kurven 23 des fehlerbehafteten Aggregats 2 deutlich oberhalb der zugeordneten Kurven 22 des fehlerfreien Aggregats 2 angeordnet sind. Bei den Messungen am Zylinderkopf sind die Abweichungen am deutlichsten. Die fehlende Feder am Kettenspanner ist mittels der im instabilen Zustand durchgeführten Körperschallmessung somit deutlich zu detektieren.
• Bezugszeichenliste

1

Prüfstand

2

Aggregat

3

Verbrennungsmotor

4

Sensor

5

Konsole

6

Beschleunigungssensor

7

Mikrofon

8

Kurbelwelle

9

Rotorwelle

10

Elektromotor

11

Antrieb

12

Drehmomentmesswelle

13

Drehzahl

14

Kurtosis

15

Drehzahl

16

Effektivwert

17

Zeit

20

Zylinderkopf-Kurven

21

Motorblock-Kurven

22

Kurven fehlerfreier Aggregate

23

Kurven fehlerbehafteter Aggregate

24

Prüfablauf

100

Körperschallmessphase

200

Öldruckaufbauphase

300

Weitere Körperschallmessphase

400

Selbsttestphase

500

Mechaniktestphase

Claims (12)

1. Prüfverfahren zur Erfassung von Noise-Vibration-Harshness-Emissionen eines Aggregats (2), insbesondere eines Verbrennungsmotors, mittels eines Prüfstands (1), wobei eine Welle (8) des Aggregats (2) in Rotation versetzt wird und eine Körperschallmessung am Aggregat (2) mittels Sensoren (4) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperschallmessung durchgeführt wird, bevor das Aggregat (2) einen stabilen Betriebszustand erreicht hat.
2. Prüfverfahren nach Anspruch 1, wobei die Körperschallmessung durchgeführt wird, bevor ein Motoröl des Aggregats (2) seinen Betriebsdruck erreicht hat.
3. Prüfverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Körperschallmessung bei einer Drehzahl (13, 15) der Welle (8) zwischen 10 und 2.000 U/min, bevorzugt zwischen 100 und 1.500 U/min und besonders bevorzugt zwischen 150 und 1.000 U/min durchgeführt wird.
4. Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während der Körperschallmessung die Drehzahl (13, 15) der Welle (8) gemessen wird.
5. Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Welle (8) mittels eines Antriebs (11) des Prüfstands (1) in Rotation versetzt wird, wobei während der Körperschallmessung die Welle (8) in einem ersten Zeitintervall beschleunigt und in einem zweiten Zeitintervall mit einer konstanten Drehzahl (13, 15) angetrieben wird.
6. Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Körperschallmessung ein dem Körperschall des Aggregats (2) proportionales Körperschallsignal mittels eines am Aggregat (2) angeordneten Beschleunigungssensors (6) und/oder eines Mikrofons (7) erzeugt wird.
7. Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine weitere Körperschallmessung mittels der Sensoren (4) durchgeführt wird, nachdem das Aggregat (2) einen stabilen Betriebszustand erreicht hat und insbesondere nachdem das Motoröl seinen Betriebsdruck erreicht hat.
8. Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das während der Körperschallmessung und/oder während der weiteren Körperschallmessung erzeugte Körperschallsignal mittels einer Auswerteeinheit ausgewertet wird, wobei insbesondere eine Kurtosis und/oder ein Effektivwert des gemessenen Körperschallsignals als Funktion der Drehzahl (13, 15) der Welle (8) berechnet und mit einem Referenzwert verglichen wird.
9. Prüfstand (1) zur Erfassung von Noise-Vibration-Harshness-Emissionen eines Aggregats (2), insbesondere mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Prüfstand (1) Mittel aufweist, um eine Welle (8) des Aggregats (2) in Rotation zu versetzen, und wobei Sensoren zur Durchführung einer Körperschallmessung im und/oder am Aggregat (2) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfstand (1) zur Durchführung einer Körperschallmessung, bevor das Aggregat (2) einen stabilen Betriebszustand erreicht hat, konfiguriert ist.
10. Prüfstand (1) nach Anspruch 9, wobei der Prüfstand (1) zur Durchführung der Körperschallmessung bei einer Drehzahl (13, 15) der Welle (8) zwischen 10 und 2000 U/min, bevorzugt zwischen 100 und 1500 U/min und besonders bevorzugt zwischen 150 und 1000 U/min konfiguriert ist.
11. Prüfstand (1) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei der Prüfstand (1) einen Antrieb (11) zum aktiven Antreiben der Welle (8) aufweist, wobei der Prüfstand (1) zum Antreiben der Welle (8) mit konstanter Drehzahl (13, 15) während der Durchführung der Körperschallmessung konfiguriert ist.
12. Prüfstand (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Prüfstand (1) eine Auswerteeinheit zur Auswertung von mittels der Sensoren (4) erzeugten Körperschallsignale aufweist, wobei die Auswerteeinheit zur Berechnung einer Kurtosis und/oder eines Effektivwertes des gemessenen Körperschallsignals als Funktion der Drehzahl (13, 15) der Welle (8) und zum Vergleichen der Kurtosis und/oder des Effektivwertes mit einem Referenzwert konfiguriert ist.

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