DE102022130379A1 - Device for generating structure-borne sound, especially in a test object - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Erzeugung von Körperschall mittels Momentenanregung in einem Objekt, insbesondere in einem Prüfobjekt (2), aufweisend einen Schlagrahmen (3), der an einem Schaft (4) rotierbar gelagert ist.Vorgeschlagen wird, dass an dem Schaft (4) zumindest ein Element einer Bremsvorrichtung (48) angeordnet ist. In einem weiteren Aspekt wird vorgeschlagen, dass ein Gegenanschlagelement (16) im Querschnitt gesehen S-förmig mit einem Basissteg (17) und zwei so daran angeordneten Fortsätzen (18) ausgeführt ist, dass Anschlagflächen (19) der Fortsätze (18) fluchten.The invention relates to a device (1) for generating structure-borne sound by means of moment excitation in an object, in particular in a test object (2), having an impact frame (3) which is rotatably mounted on a shaft (4). It is proposed that at least one element of a braking device (48) is arranged on the shaft (4). In a further aspect, it is proposed that a counter-stop element (16) is S-shaped in cross-section with a base web (17) and two extensions (18) arranged on it in such a way that stop surfaces (19) of the extensions (18) are aligned.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Körperschall in einem Objekt, insbesondere in einem Prüfobjekt, aufweisend einen Schlagrahmen, der an einem Schaft rotierbar gelagert ist.The invention relates to a device for generating structure-borne sound in an object, in particular in a test object, comprising an impact frame which is rotatably mounted on a shaft.
Die
Die
Die
Eine Vorrichtung zur Resonanzerregung gemäß der
Kraftfahrzeuge sind ursprünglich dazu geschaffen worden, Menschen und Material von einem Ort zum anderen zu transportieren, ohne dabei übermäßige körperliche Anstrengungen aufbringen zu müssen. Die Faszination jedoch, die vom Fahrzeug ausgeht, beruht vielmehr auf dem Fahrgefühl, das der Benutzer eines Fahrzeugs erlebt. Neben der Geschwindigkeit und der Beschleunigung nimmt der Mensch dabei die Optik und die Akustik des Fahrzeugs wahr und verbindet alles miteinander zu einem umfassenden Fahrerlebnis. Von der Akustik erwartet der Fahrer ein dem Fahrzeug angemessenes Geräusch. Die Fahrzeughersteller sind daher sehr bemüht, den Erwartungen ihrer Kunden zu entsprechen oder sie sogar zu übertreffen. Dazu werden Forschungs- und Entwicklungsabteilungen betrieben, die mit viel Aufwand das Fahrzeuginnengeräusch immer weiter optimieren und neue Erkenntnisse und Erfahrungen auf dem Gebiet der Fahrzeugakustik sammeln und umsetzen.Motor vehicles were originally designed to transport people and materials from one place to another without having to exert excessive physical effort. However, the fascination that emanates from vehicles is based more on the driving experience that the user of a vehicle experiences. In addition to speed and acceleration, people perceive the appearance and acoustics of the vehicle and combine everything together to create a comprehensive driving experience. The driver expects the acoustics to produce a sound that is appropriate for the vehicle. Vehicle manufacturers therefore make every effort to meet or even exceed their customers' expectations. To this end, research and development departments are operated that put a lot of effort into continually optimizing the interior noise of vehicles and collecting and implementing new knowledge and experience in the field of vehicle acoustics.
Schallquellen sind dadurch charakterisiert, dass sie Schwingungen erzeugen, die sich über ein Medium ausbreiten und zu guter Letzt an einen Empfänger, dem Fahrer oder einem Messgerät, gelangen. Die Schwingungen müssen sich also über einen bestimmten Weg von der Schallquelle zum Ohr hin ausbreiten. Die Ausbreitungswege vom Sender zum Empfänger nennt man Transferpfade.Sound sources are characterized by the fact that they generate vibrations that spread through a medium and ultimately reach a receiver, the driver or a measuring device. The vibrations must therefore spread over a certain path from the sound source to the ear. The propagation paths from the transmitter to the receiver are called transfer paths.
Im Rahmen von „Noise, Vibration and Harshness“-Untersuchungen (NVH) werden häufig Impulshämmer oder elektrodynamische Shaker zur Anregung einer Struktur verwendet. Beiden Erregungsmethoden ist gemeinsam, dass ein breites Frequenzspektrum angeregt und so auf einmal untersucht werden kann. Mit der Kenntnis der Anregungskraft und der Schwingungsantwort des Systems lässt sich das NVH-Verhalten des Systems bestimmen. Eine beispielhafte Untersuchung ist die Transferpfadanalyse (TPA) einzelner Schwingungs-/Geräuschübertragungspfade vom Anregungspunkt zu einem definierten Antwortpunkt. Die TPA kann dabei sowohl simulativ mittels Computer Aided Engineering (CAE) als auch messtechnisch durchgeführt werden. Bei der TPA werden die Teilschallquellen/Beiträge einzelner Transferpfade (Schnittstellen zwischen dem Fahrwerk und der Karosserie), die zum Fahrzeuginnengeräusch beitragen, untersucht. Eine mögliche Ursache für die Differenz zwischen der simulativen bzw. messtechnischen TPA und dem Ist-Zustand des Fahrzeugs ist die ausschließliche Betrachtung von Schnittkräften. Reale Subsysteme sind jedoch meist auch durch Schnittmomente gekoppelt.In the context of noise, vibration and harshness (NVH) investigations, impulse hammers or electrodynamic shakers are often used to excite a structure. Both Excitation methods have in common that a broad frequency spectrum can be excited and thus examined at once. With knowledge of the excitation force and the vibration response of the system, the NVH behavior of the system can be determined. An example of an investigation is the transfer path analysis (TPA) of individual vibration/noise transmission paths from the excitation point to a defined response point. The TPA can be carried out both simulated using computer-aided engineering (CAE) and by measurement. In the TPA, the partial sound sources/contributions of individual transfer paths (interfaces between the chassis and the body) that contribute to the vehicle interior noise are examined. One possible reason for the difference between the simulated or measured TPA and the actual state of the vehicle is the exclusive consideration of cutting forces. However, real subsystems are usually also coupled by cutting moments.
In dem Fachbeitrag von
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Körperschall aufzuzeigen, mit welcher die Anregung eines reinen Moments, zumindest eines nahezu reinen Moments zu Prüfzwecken auf Systemebene ermöglicht wird.The invention is based on the object of demonstrating a device for generating structure-borne sound, with which the excitation of a pure moment, at least an almost pure moment, is made possible for testing purposes at system level.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, the object is achieved by a device having the features of claim 1.
In einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Erzeugung von Körperschall in einem Objekt, insbesondere in einem Prüfobjekt, aufgezeigt, die einen Schlagrahmen, der an einem Schaft rotierbar gelagert ist, aufweist. Erfindungsgemäß ist an dem Schaft zumindest ein Element einer Bremsvorrichtung angeordnet.In a first aspect of the invention, a device for generating structure-borne sound in an object, in particular in a test object, is shown, which has an impact frame that is rotatably mounted on a shaft. According to the invention, at least one element of a braking device is arranged on the shaft.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.It should be noted that the features and measures listed individually in the following description can be combined with one another in any technically reasonable manner and show further embodiments of the invention. The description further characterizes and specifies the invention, particularly in connection with the figures.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es weiterhin eine große Lücke zwischen CAE bzw. Messungen und dem realen Verhalten bei der Analyse dynamischer Systeme gibt, z. B. bei der TPA von Gesamtfahrzeugen. Bei der TPA werden die Teilschallquellen/Beiträge einzelner Transferpfade (Schnittstellen zwischen dem Fahrwerk und der Karosserie), die zum Fahrzeuginnengeräusch beitragen, untersucht. Eine mögliche Ursache für die Differenz zwischen der TPA und dem Ist-Zustand des Fahrzeugs ist die ausschließliche Betrachtung von Schnittkräften. Hier setzt die Erfindung an, mit dem Ziel, den Einfluss der Schnittmomente zu ermitteln und mit dem Ziel, Momente an den Schnittstellen anzuregen. Zielführend wird aber ein Doppelschlag aufgrund der Einwirkung der Bremsvorrichtung vermieden. Durch einen Doppelschlag, also weiteren Schlägen nach dem ersten, wird das System am natürlichen Ausschwingen gehindert und es entstehen ausgeprägte Nichtlinearitäten, aufgrund derer die Güte der Messdaten signifikant abfällt, was mit der Erfindung in idealer Ausgestaltung vermieden ist.The invention is based on the knowledge that there is still a large gap between CAE or measurements and the real behavior in the analysis of dynamic systems, e.g. in the TPA of entire vehicles. In the TPA, the partial sound sources/contributions of individual transfer paths (interfaces between the chassis and the body) that contribute to the vehicle interior noise are examined. One possible cause of the difference between the TPA and the actual state of the vehicle is the exclusive consideration of cutting forces. This is where the invention comes in, with the aim of determining the influence of the cutting moments and with the aim of exciting moments at the interfaces. However, a double impact due to the effect of the braking device is effectively avoided. A double impact, i.e. further impacts after the first, prevents the system from naturally oscillating and creates pronounced non-linearities, due to which the quality of the measurement data drops significantly, which is ideally avoided with the invention.
Die Bremsvorrichtung ist in bevorzugter Ausgestaltung als elektromagnetische Bremse ausgebildet, deren Stator mit dem Schaft und deren Anker mit dem Schlagrahmen verbunden ist. So kann die elektromagnetische Bremse nach einem Impuls den Schlagrahmen in seiner Rückprallbewegung abbremsen, womit ein Doppelschlag vorteilhaft vermieden ist.In a preferred embodiment, the braking device is designed as an electromagnetic brake, the stator of which is connected to the shaft and the armature of which is connected to the striking frame. The electromagnetic brake can thus brake the striking frame in its rebound movement after an impulse, which advantageously prevents a double impact.
Vorteilhaft im Sinne der Erfindung ist, wenn der Schlagrahmen zur Ausübung der Drehbewegung mit einer Beschleunigungsvorrichtung fremdangetrieben ist. Möglich ist, den Schlagrahmen manuell in eine Drehbewegung zu versetzten. Dies ist hinsichtlich der Reproduzierbarkeit des Aufschlagimpulses und der Zugänglichkeit von Anregungspositionen im Vergleich zu einem elektromotorischen oder federkraftbedingten Antrieb normalerweise nachteilig. An einem elektromotorischen Antrieb sollten entsprechende Maßnahmen zur Geräuschreduzierung vorgesehen werden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, wenn ein Elektromotor zum Antrieb und zum Bremsen eingesetzt wird. In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Beschleunigungsvorrichtung als Energiespeicher, bevorzugt als Federelement, insbesondere als Torsionsfeder ausgebildet ist, die mit dem Schlagrahmen in Verbindung steht und die in einer Bohrung des Schafts gegengelagert ist, vorgespannt wird. Die vorgespannte Position wird durch Betätigung der elektromagnetischen Bremse gehalten und ermöglicht ein Nachjustieren der Vorrichtung vor der eigentlichen Durchführung z.B. Testdurchführung. Durch Lösen der Bremse und anschließender Entspannung wird die Drehbewegung des Schlagrahmens bewirkt.It is advantageous in the sense of the invention if the impact frame is externally driven by an acceleration device to perform the rotary movement. It is possible to manually set the impact frame in a rotary movement. This is normally disadvantageous in terms of the reproducibility of the impact impulse and the accessibility of excitation positions compared to an electric motor or spring-force drive. Appropriate measures for noise reduction should be provided on an electric motor drive. It is within the scope of the invention if an electric motor is used for driving and braking. In a preferred embodiment, it is provided that the acceleration device is designed as an energy store, preferably as a spring element, in particular as a torsion spring, which is connected to the impact frame and which is pre-tensioned in a bore in the shaft. The pre-tensioned position is held by actuating the electromagnetic brake and enables the device to be readjusted before the actual implementation, e.g. test implementation. The rotary movement of the impact frame is brought about by releasing the brake and then relaxing it.
Aufgrund der Beschleunigungsvorrichtung wird der Schlagrahmen mit einer vorbestimmten Kraft, nämlich der Federkraft vorgespannt, so dass ein stets reproduzierbarer Impuls mit dem Schlagrahmen erzeugt wird, was jedoch auch eine Rückprallbewegung und sogar die Gefahr des zweiten Kontakts erhöht. In idealer Ausgestaltung ist daher eine Bewegungsüberwachungsvorrichtung vorgesehen, die nach einem Aufprall des Schlagrahmens aufgrund der Rückprallbewegung die Bremsvorrichtung aktiviert, welche die Rückprallbewegung unterbindet. So ist ein ungewollter Zweitkontakt des Schlagrahmens vermieden. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Bewegungsüberwachungsvorrichtung mit einem Element an dem Schaft und mit zumindest einem weiteren Element an dem Schlagrahmen angeordnet.Due to the acceleration device, the striking frame is pre-tensioned with a predetermined force, namely the spring force, so that a constantly reproducible impulse is generated with the striking frame, which, however, also increases a rebound movement and even the risk of a second contact. In an ideal design, a movement monitoring device is therefore provided which, after an impact of the striking frame due to the rebound movement, activates the braking device which prevents the rebound movement. This avoids an unwanted second contact of the striking frame. In a preferred design, the movement monitoring device is arranged with one element on the shaft and with at least one further element on the striking frame.
In bevorzugter Ausgestaltung weist die Bewegungsüberwachungsvorrichtung eine Lichtschranke auf, welche mit dem Schaft verbunden, bevorzugt drehfest mit dem Schaft verbunden ist. In Zusammenwirken mit einem an die Lichtschranke angepassten Element, welches an dem Schlagrahmen angeordnet ist, kann die Lichtschranke ein entsprechendes Aktivierungssignal zur Aktivierung der Bremse generieren, so dass die Rückprallbewegung des Schlagrahmes begrenzt wird, sogar vor einem ungewollten Zweitkontakt vollständig unterbunden wird. Das mit der Lichtschranke zusammenwirkende Element ist in bevorzugter Ausgestaltung ein Stab, der an einer Kopfseite des Schlagrahmens angeordnet ist. In bevorzugter Ausgestaltung sind zwei identische Stäbe borgesehen, die gegenüberliegend angeordnet sind und der Vermeidung von Unwucht dienen.In a preferred embodiment, the movement monitoring device has a light barrier which is connected to the shaft, preferably connected to the shaft in a rotationally fixed manner. In conjunction with an element adapted to the light barrier, which is arranged on the striking frame, the light barrier can generate a corresponding activation signal to activate the brake, so that the rebound movement of the striking frame is limited, even completely prevented before an unwanted second contact. In a preferred embodiment, the element which interacts with the light barrier is a rod which is arranged on one head side of the striking frame. In a preferred embodiment, two identical rods are provided which are arranged opposite one another and serve to prevent imbalance.
In zielführender Ausgestaltung weist der Schaft an seinem zum Kopfende gegenüberliegenden unteren freien Ende eine bewegliche Spitze auf, die aus einer Ruheposition in eine Zentrierposition in eine Zentrieraufnahme bewegbar ist, und in der Zentrierposition fixierbar ist. So kann der Schlagrahmen an dem Objekt bzw. an dem Prüfobjekt zentriert werden.In a targeted design, the shaft has a movable tip at its lower free end opposite the head end, which can be moved from a rest position to a centering position in a centering receptacle and can be fixed in the centering position. In this way, the impact frame can be centered on the object or on the test object.
In weiter Ausgestaltung der Erfindung ist der Schaft an seinem Kopfende mit einem Messuhrhalter verbindbar. Dieser ist flexibel einstellbar und ausreichend stabil, um den Schlagrahmen mit dem Schaft in dieser Position zu fixieren, zu befestigen und den z.B. in der Testdurchführung wirkenden Kräfte und Momenten standzuhalten.In a further embodiment of the invention, the shaft can be connected to a dial gauge holder at its head end. This is flexibly adjustable and sufficiently stable to fix and fasten the impact frame with the shaft in this position and to withstand the forces and moments that act, for example, during the test.
In weiter günstiger Ausgestaltung sind an dem Schlagrahmen Schlagspitzen angeordnet, die zueinander so ausgerichtet sind, dass ein Kontakt der Schlagspitzen gleichzeitig und punktuell erfolgt.In a further advantageous embodiment, striking tips are arranged on the striking frame, which are aligned with each other in such a way that contact of the striking tips occurs simultaneously and at specific points.
Vorteilhaft im Sinne der Erfindung sind rotierende und feststehende Elemente vorgesehen. Zu den rotierenden Elementen gehört der Schlagrahmen, der die erforderliche Masse hat, um ein gewünschtes Moment zu erzeugen. An dem Schlagrahmen sind Schlagspitzen angeordnet, bei denen es sich um Standardteile für Schlagprüfungen handelt. Je weicher die Spitze ist, desto niedriger ist der Frequenzbereich, der angeregt wird. Die Oberflächen dieser Schlagspitzen sind zielführend so ausgerichtet, dass die beiden Kräfte senkrecht zum Adapter eingeleitet werden. Da die Abmessungen der Spitzen, also die Länge, variieren können, ist eine Durchgangsbohrung im Schlagrahmen vorgesehen. Die Schlagspitzen können mit einer Schraube, z. B. mit einer Madenschraube unterschiedlich tief eingeschraubt werden, so dass die Längenvariation aufgehoben ist, also ein gleichzeitiger Anschlag und senkrechter Aufprall zum Sensor sichergestellt also gewährleitstet ist. Bei dieser Art der Untersuchung ist es notwendig, dass beide Kontakte genau zur gleichen Zeit stattfinden. Nach dem gewünschten Kontakt kommt es zu einem Rückprall des Schlagrahmens, der gestoppt wird, um einen zweiten Kontakt zu vermeiden. Die Vorrichtung umfasst dazu die elektromagnetische Bremse. Die Rückprallbewegung wird von einer Lichtschranke erfasst, die wiederum die Bremse auslöst. Der Anker der Bremse ist mit dem Schlagrahmen verbunden. Anstelle der elektromagnetischen Bremse können auch andere geeignete Vorrichtungen zum Vermeiden des ungewollten Zweitkontakts verwendet werden, wie z. B. eine mechanische Abfangung durch Ratschen oder ein schaltbares Dämpfungselement. Der Stator der Bremse ist fest mit dem Schaft verbunden. Auf diesem Schaft ist auch der Schlagrahmen drehbar gelagert, wobei für einen ruhigeren und leiseren Betrieb ein Gleitlager bevorzugt aus Kunststoff vorgesehen ist. Der Schaft hat an seinem Fußende eine bewegliche Spitze, die z. B. mit einer Schraube fixiert werden kann. Beim Ausrichten des Schlagrahmens kann die Spitze herausbewegt und in die Zentrierausnehmung gesteckt werden. Zwischen der Schaftspitze und dem Schlagrahmenlager ist eine Bohrung für die Aufnahme einer Torsionsfeder vorgesehen. Diese Feder ist die Antriebsfeder, gegen die der Schlagrahmen vorgespannt und dann zur Drehung gebracht wird.Rotating and fixed elements are advantageously provided in the sense of the invention. The rotating elements include the impact frame, which has the necessary mass to generate a desired moment. Impact tips are arranged on the impact frame, which are standard parts for impact tests. The softer the tip, the lower the frequency range that is excited. The surfaces of these impact tips are aligned in such a way that the two forces are introduced perpendicular to the adapter. Since the dimensions of the tips, i.e. the length, can vary, a through hole is provided in the impact frame. The impact tips can be screwed in at different depths with a screw, e.g. with a grub screw, so that the length variation is eliminated, i.e. a simultaneous stop and perpendicular impact to the sensor is ensured. With this type of test, it is necessary that both contacts take place at exactly the same time. After the desired contact, the impact frame rebounds and is stopped to avoid a second contact. The device includes the electromagnetic brake for this purpose. The rebound movement is detected by a light barrier, which in turn triggers the brake. The brake armature is connected to the impact frame. Instead of the electromagnetic brake, other suitable devices can be used to avoid unwanted secondary contact, such as mechanical interception by ratchets or a switchable damping element. ment. The brake stator is firmly connected to the shaft. The impact frame is also mounted on this shaft so that it can rotate, with a plain bearing, preferably made of plastic, being provided for smoother and quieter operation. The shaft has a movable tip at its base end which can be fixed with a screw, for example. When aligning the impact frame, the tip can be moved out and inserted into the centering recess. Between the shaft tip and the impact frame bearing there is a hole for a torsion spring. This spring is the drive spring against which the impact frame is pre-tensioned and then made to rotate.
Insgesamt wird eine Vorrichtung zur Erzeugung von Körperschall aufgezeigt, mit welcher die Anregung eines reinen Moments zu Prüfzwecken auf Systemebene ermöglicht wird.Overall, a device for generating structure-borne sound is presented, which enables the excitation of a pure moment for testing purposes at system level.
Die Lösung der Aufgabe gelingt aber auch mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11.However, the problem can also be solved with a device having the features of claim 11.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Erzeugung von Körperschall in einem Objekt, insbesondere in einem Prüfobjekt, aufgezeigt, die einen Schlagrahmen, der an einem Schaft rotierbar gelagert ist, aufweist. Erfindungsgemäß ist ein Gegenanschlagelement vorgesehen, das im Querschnitt gesehen S-förmig mit einem Basissteg und zwei so daran angeordneten Fortsätzen ausgeführt ist, dass Anschlagflächen der Fortsätze zueinander fluchten.In a further aspect of the invention, a device for generating structure-borne sound in an object, in particular in a test object, is shown, which has an impact frame that is rotatably mounted on a shaft. According to the invention, a counter-stop element is provided which, viewed in cross section, is S-shaped with a base web and two extensions arranged on it in such a way that the stop surfaces of the extensions are aligned with one another.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Fortsätze Sensoraufnahmen auf, in welchen jeweils ein Sensor aufgenommen ist, deren Sensoranschlagflächen so ausgerichtet sind, dass die Kräfte koaxial zur Messrichtung, also senkrecht zu den Anschlagflächen bzw. Sensoranschlagflächen wirken.In a further embodiment of the invention, the extensions have sensor receptacles in which a sensor is each accommodated, the sensor stop surfaces of which are aligned such that the forces act coaxially to the measuring direction, i.e. perpendicular to the stop surfaces or sensor stop surfaces.
Der Basissteg kann geradlinig in die Fortsätze übergehen. In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Basissteg mit gebogen verlaufenden Übergangsabschnitten, die in die Fortsätze übergehen, ausgeführt.The base bar can transition into the extensions in a straight line. In a further preferred embodiment of the invention, the base bar is designed with curved transition sections that transition into the extensions.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung kann das Gegenanschlagelement an seiner Oberseite eine Zentrierausnehmung aufweisen. Die Zentrieraufnahme ist bevorzugt mittig in dem Gegenanschlagelement angeordnet. In diese könnte ein Zentrierelement in seine Zentrierposition zur Ausrichtung hineinbewegt werden.In a further preferred embodiment, the counter-stop element can have a centering recess on its upper side. The centering recess is preferably arranged centrally in the counter-stop element. A centering element could be moved into this into its centering position for alignment.
Insbesondere kann das Gegenanschlagelement formschlüssig mit dem Objekt oder Prüfobjekt, verbunden werden, bevorzugt verklebt werden. Um die eine lokale Momenteneinleitung durch die Befestigung auf möglichst kleiner Fläche bewirken zu können, ist in bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen, dass an der Unterseite des Gegenanschlagelementes eine Erhebung angeordnet ist. Die Erhebung ist insbesondere kleiner ausgeführt als der Basissteg, und mit seinem Rand zum Rand des Basissteges beabstandet. Bevorzugt ist die Erhebung als stufenartige Erhebung an der Unterseite angeordnet, und weiter bevorzugt kreisförmig ausgeführt.In particular, the counter stop element can be connected to the object or test object in a form-fitting manner, preferably by gluing. In order to be able to achieve local moment introduction by fastening on as small an area as possible, a preferred embodiment provides for a raised area to be arranged on the underside of the counter stop element. The raised area is in particular smaller than the base web and is spaced apart by its edge from the edge of the base web. The raised area is preferably arranged as a step-like raised area on the underside and is more preferably circular.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung kann das Gegenanschlagelement an seiner zur Oberseite gegenüberliegenden Unterseite, insbesondere in der Erhebung zumindest eine Aussparung aufweisen. So kann die Klebefläche und somit die Fläche der Momenteneinleitung weiter verkleinert werden, wobei gleichzeitig sichergestellt bleibt, dass die Klebeverbindung dem eingeleiteten Moment standhält.In a further preferred embodiment, the counter-stop element can have at least one recess on its underside opposite the top side, in particular in the elevation. In this way, the adhesive surface and thus the area of moment introduction can be further reduced, while at the same time ensuring that the adhesive connection withstands the introduced moment.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung kann die Aussparung kreuzförmig ausgeführt sein, so dass die Unterseite, insbesondere die Erhebung geviertelt ist. So kann die Klebefläche und somit die Fläche der Momenteneinleitung weiter verkleinert werden, wobei gleichzeitig sichergestellt bleibt, dass die Klebeverbindung dem eingeleiteten Moment standhält.In a further preferred embodiment, the recess can be designed in a cross shape so that the underside, in particular the elevation, is quartered. In this way, the adhesive surface and thus the area of the moment introduction can be further reduced, while at the same time ensuring that the adhesive connection withstands the introduced moment.
Das Gegenanschlagelement, das auch als passiver Adapter bezeichnet werden kann, ist gemäß der Erfindung S-förmig hergestellt, so dass die Anschlagflächen fluchten und die Kraft, bzw. die Auftreffkraft, also der Impuls, senkrecht auf die Oberfläche einwirken kann. Außerdem kann die Erhöhung mit der kreuzförmigen Aussparung an der Unterseite des Adapters vorgesehen werden. Die Erhebung ermöglicht die Momenteneinleitung auf kleiner Fläche und auch die Befestigung auf kleiner Fläche, z. B. durch Kleben. Zum Messen der Kräfte sind die Kraftsensoren in den Adapter integriert. Die Sensoranschlagflächen der Kraftsensoren sind in idealer Ausgestaltung so ausgerichtet, dass die Kräfte koaxial zur Messrichtung wirken, d.h. senkrecht zu den Anschlagflächen bzw. Sensoranschlagflächen. Auf der Oberseite des Adapters befindet sich die Zentrierausnehmung, an der der Schlagrahmen ausgerichtet werden kann. Eine alternative Ausrichtung des Schlagrahmens zum Adapter kann mit einem optischen Ansatz erfolgen.The counter stop element, which can also be referred to as a passive adapter, is manufactured in an S-shape according to the invention, so that the stop surfaces are aligned and the force or the impact force, i.e. the impulse, can act perpendicularly on the surface. In addition, the elevation with the cross-shaped recess can be provided on the underside of the adapter. The elevation enables the moment to be introduced on a small surface and also enables attachment to a small surface, e.g. by gluing. The force sensors are integrated into the adapter to measure the forces. The sensor stop surfaces of the force sensors are ideally aligned so that the forces act coaxially to the measuring direction, i.e. perpendicular to the stop surfaces or sensor stop surfaces. On the top of the adapter there is the centering recess, on which the impact frame can be aligned. An alternative alignment of the impact frame to the adapter can be achieved using an optical approach.
Das Gegenschlagelement oder der passive Adapter wird direkt an dem Objekt oder Prüfobjekt geklebt. Der S-förmige Teil und die Erhebung mit der kreuzförmigen Aussparung werden aus einem Teil gefertigt, bevorzugt aus einem Teil gefräst. Die Erhebung dient der lokalen Einleitung des Moments. In bevorzugter Ausgestaltung wird bei der Momenten-Anregungsmethode gemäß der Erfindung ein Gegenanschlagelement, also ein passiver Adapter, eingesetzt. Weiterhin besitzt das Gegenanschlagelement eine erste Eigenfrequenz von ca. 6 kHz, was deutlich oberhalb der relevanten Frequenzen bei der TPA von Gesamtfahrzeugen und auch oberhalb des Anregungsfrequenzbereichs liegt. Aus diesem Grund kann der Einfluss des Gegenanschlagelementes im Nachhinein durch Kenntnis des Trägheitsmoments berücksichtigt werden, ohne Korrekturen in den Frequenzinhalten des interessierenden Frequenzbereichs machen zu müssen. Jedoch ist dieser Einfluss marginal.The counter-impact element or the passive adapter is glued directly to the object or test object. The S-shaped part and the elevation with the cross-shaped recess are made from one part, preferably milled from one part. The elevation serves to introduce the moment locally. In a preferred embodiment, a counter-impact element, i.e. a passive adapter, is used in the moment excitation method according to the invention. Furthermore, the counter-impact element has ment has a first natural frequency of approximately 6 kHz, which is significantly above the relevant frequencies for the TPA of entire vehicles and also above the excitation frequency range. For this reason, the influence of the counter-stop element can be taken into account retrospectively by knowing the moment of inertia, without having to make corrections to the frequency content of the frequency range of interest. However, this influence is marginal.
Das Gegenanschlagelement wird direkt auf die zu untersuchende Struktur geklebt. Die Masse, die dadurch zusätzlich aufgebracht wird, ist bei den meisten zu messenden Stellen vernachlässigbar gegenüber der aktiv schwingenden Masse des Prüfobjekts an der Messstelle. Bei Bedarf kann bei der Auswertung der Messdaten die Masse des Gegenanschlagelementes berücksichtigt werden.The counter stop element is glued directly onto the structure to be examined. The additional mass that is thereby applied is negligible at most of the points to be measured compared to the actively vibrating mass of the test object at the measuring point. If necessary, the mass of the counter stop element can be taken into account when evaluating the measurement data.
Der Fahrzeugentwicklungsprozess für NVH sieht bislang nur die klassischen kraftbasierten Untersuchungen vor, nicht die momentbasierten. Dies kann je nach Ausmaß der einwirkenden Momente zu großen Unterschieden zwischen der realen Strukturdynamik und den mittels messtechnischer Untersuchungen/CAE bestimmten führen. Die mit der Erfindung verbesserte Vorrichtung erzeugt Körperschall in einem Prüfobjekt mit Hilfe von Momenten. Die dadurch mögliche Optimierung der Korrelation von Tests und CAE führt zu einer besseren Vorhersagequalität, was zu kürzeren Entwicklungszyklen und damit zu einer Reduzierung der Entwicklungskosten und -zeit führt.The vehicle development process for NVH has so far only included the classic force-based tests, not the moment-based ones. Depending on the extent of the acting moments, this can lead to large differences between the real structural dynamics and those determined by means of measurement tests/CAE. The device improved by the invention generates structure-borne noise in a test object using moments. The optimization of the correlation between tests and CAE that this enables leads to better prediction quality, which leads to shorter development cycles and thus to a reduction in development costs and time.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch eine flexible Montage des Gegenanschlagelementes, also des passiven Adapters an nahezu beliebigen Prüfobjekten aus, wobei ein signifikant geringerer Einfluss auf das dynamische System (geklebt anstatt geschweißt) erreichbar ist. Auch ist eine flexible Montage des Schlagrahmes zusammen mit dem an den Schaft angeordneten Elementen mittels der Ausrichtvorrichtung, also bevorzugt mittels des Messuhrhalters gegeben. Zudem ist eine reproduzierbare Anregung durch die Antriebsvorrichtung inkl. Bremse ohne die Notwendigkeit manueller Eingriffe gegeben.The device according to the invention is characterized by flexible mounting of the counter stop element, i.e. the passive adapter, on almost any test object, whereby a significantly lower influence on the dynamic system (glued instead of welded) can be achieved. Flexible mounting of the impact frame together with the elements arranged on the shaft is also possible using the alignment device, i.e. preferably using the dial gauge holder. In addition, reproducible excitation is provided by the drive device including the brake without the need for manual intervention.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren vorgestellt, bei welchem mittels der Vorrichtung zur Erzeugung von Körperschall gemäß der Erfindung die Anregung eines reinen Moments zu Prüfzwecken auf Systemebene ermöglicht wird.In a further aspect of the invention, a method is presented in which the device for generating structure-borne sound according to the invention enables the excitation of a pure moment for testing purposes at system level.
Dabei wird in einem ersten Schritt der Schlagrahmen in eine Ausgangsposition gebracht, in welcher bevorzugt eine Torsionsfeder vorgespannt ist. Die Bremsvorrichtung wird aktiviert, so dass der Schlagrahmen in der vorgespannten Position gehalten wird. Zugleich wird ein Zählwerk in einem Steuergerät zurückgesetzt. Die Bremsvorrichtung wird in einem weiteren Schritt deaktiviert, wodurch der Schlagrahmen federkraftbedingt beschleunigt wird. Durch die Entspannung der Torsionsfeder vollzieht der Schlagrahmen eine freie Rotation (ohne Beschleunigung oder Abbremsung) und durchläuft mit seinem Element der Bewegungsüberwachungsvorrichtung zum ersten Mal eine Lichtschranke der Bewegungsüberwachungsvorrichtung. Dies wird in einem Zählwerk beispielsweise eines Steuergerätes vermerkt. Der Schlagrahmen bewegt sich weiter, bis seine Schlagspitzen die Anschlagflächen kontaktieren und das Testobjekt zur Schwingung anregt wird. Der Schlagrahmen prallt zurück, und durchläuft mit seinem Element ein zweites Mal die Lichtschranke, was in dem Zählwerk vermerkt wird, wobei ein Grenzwert erreicht ist, so dass ein Signal zur Aktivierung der Bremsvorrichtung generiert wird. Die Bremsvorrichtung unterbindet sodann eine weitere Bewegung des Schlagrahmens, so dass ein zweiter Kontakt mit dem Prüfobjekt durch weiteres Spannen und Entspannen der Feder unterbunden ist.In a first step, the impact frame is brought into a starting position in which a torsion spring is preferably pre-tensioned. The braking device is activated so that the impact frame is held in the pre-tensioned position. At the same time, a counter in a control unit is reset. The braking device is deactivated in a further step, whereby the impact frame is accelerated due to the spring force. As the torsion spring relaxes, the impact frame rotates freely (without acceleration or deceleration) and its element of the motion monitoring device passes through a light barrier of the motion monitoring device for the first time. This is recorded in a counter, for example in a control unit. The impact frame continues to move until its impact tips contact the stop surfaces and the test object is stimulated to vibrate. The impact frame bounces back and its element passes through the light barrier a second time, which is recorded in the counter, whereby a limit value is reached so that a signal is generated to activate the braking device. The braking device then prevents any further movement of the impact frame, so that a second contact with the test object is prevented by further tensioning and relaxing of the spring.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigt:
-
1 eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Körperschalls in einem Prüfobjekt mittels Momentenanregung, -
2 die Vorrichtung aus1 mit ausgefahrener Zentrierspitze, -
3 einen Anschlagrahmen als Einzelheit, -
4 den Anschlagrahmen aus 3 in einer Aufsicht, -
5 ein Gegenanschlagelement in einer perspektivischen Ansicht, -
6 das Gegenanschlagelement aus5 in einer Ansicht von unten, -
7 einen Schaft als Einzelheit mit Anbauelementen, -
7a der Schaft aus 7 im Schnitt gesehen mit weiteren Elementen -
8 die Vorrichtung aus1 an einem Prüfobjekt, -
8a aus 8 zur Darstellung der Bewegungsüberwachungsvorrichtung und -
9a bis 9f Die Vorrichtung aus1 in einer Ansicht von unten in aufeinanderfolgenden Ablaufschritten.
-
1 a perspective view of a device for generating structure-borne sound in a test object by means of moment excitation, -
2 the device from1 with extended centering tip, -
3 a stop frame as a detail, -
4 thestop frame 3 in a supervision, -
5 a counter stop element in a perspective view, -
6 the counter stop element5 in a view from below, -
7 a shaft as a detail with attachments, -
7a the shaft made of7 in section with additional elements -
8th the device from1 on a test object, -
8a out of8th to display the motion monitoring device and -
9a to 9f The device made of1 in a view from below in successive process steps.
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.In the different figures, identical parts are always provided with the same reference numerals, which is why they are usually only described once.
Der Schlagrahmen 3 ist als Einzelheit am besten in den
Der Schlagrahmen 3 wirkt auf das Gegenanschlagelement 16, das fußseitig zu dem Schlagrahmen 3 angeordnet ist. Das Gegenschlagelement 16 ist am besten in den
Der Schaft 4 (
Bei dem in
Mit dem Schaft 4 steht zudem noch ein Element einer Bremsvorrichtung 48 in Verbindung, die in
An dem Schaft 4 ist noch ein Element der Bewegungsüberwachungsvorrichtung 11 angeordnet, wie bereits oben erwähnt. Ein Element der Bewegungsüberwachungsvorrichtung 11 sind die oben erwähnte Stäbe 13. Ein weiteres Element der Bewegungsüberwachungsvorrichtung 11 stellt eine Lichtschranke 49 dar. Die Lichtschranke 49 ist an einer Lichtschrankenaufnahme 50 (
Bei dem in
An dem Schlagrahmen 3 stehen die Stäbe 13 jeweils senkrecht, in der Zeichnungsebene nach oben ab (siehe
Das Gegenschlagelement 16 ist zwischen den Schlagarmen 8 des Schlagrahmens 3 angeordnet. In
Bei dem in
Die Vorrichtung 1 weist also einen aktiven Teil, von dem sich der Schlagrahmen 3 und der Anker einer Bremsvorrichtung 48 in der Ausgestaltung als elektromagnetische Bremse während der messtechnischen Untersuchung dreht, und einen passiven Teil, das Gegenanschlagelement 16, also den passiven Adapter auf, der an dem Prüfobjekt 2 befestigt ist. Der rotierende Teil regt den Adapter an zwei Punkten gleichzeitig mit der gleichen, entgegengesetzten Kraft an. Aufgrund des Abstandes zwischen den Kraftwirkungslinien wird ein theoretisch reines Moment angeregt. Die Funktionsweise ist in den
Die
Die Bremsvorrichtung 48 in der Ausgestaltung als elektromagnetische Bremse ist über ein Steuergerät 55 steuerbar. In dem Steuergerät 55 ist eine Routine abgelegt, welche nach einem zweimaligen Unterbrechen des Signals der Lichtschranke 49 ein Signal zur Aktivierung der Bremsvorrichtung 48 generiert. Das Steuergerät 55 ist lediglich in
Zunächst wird die Torsionsfeder gespannt, was durch manuelles Bewegen des Schlagrahmens 3 gegen die Federkraft bewirkt wird. Dieser Zustand ist in
Wird ein entsprechendes Signal an dem Steuergerät 55 generiert, beispielsweise durch Betätigen eines Eingabeelementes an dem Steuergerät 55, wird die Bremsvorrichtung 48 gelöst, wodurch sich die Torsionsfeder zu entspannen beginnt. Die Torsionsfeder beschleunigt den Schlagrahmen 3 bis die Torsionsfeder entspannt ist, was bei der in
Ist die Torsionsfeder entspannt, bewegt sich der Schlagrahmen 3 mit seinen Schlagspitzen 9 weiter in Richtung der Anschlagflächen 19 der Fortsätze 18, also in Richtung der Sensoranschlagflächen 24, was in
In
Der Schlagrahmen 3 prallt ab, also die Schlagspitzen 9 prallen ab, wobei der Schlagrahmen 3 bei der Rückprallbewegung mit seinem Stab 13 ein weiteres Mal die Lichtschranke 49 durchläuft, wodurch das Zählwerk des Steuergerätes 55 auf den Betrag Zwei gesetzt wird. Das nochmalige Durchlaufen der Lichtschranke 49 ist in
Soll ein weiterer Messwert aufgenommen werden, wird die Bremsvorrichtung 48 mittels des Steuergerätes 55 deaktiviert, so dass die Torsionsfeder erneut vorgespannt werden kann. Dabei wird die Zähleinrichtung bzw. das Zählwerk der Steuereinrichtung 55 zurück auf NULL gesetzt.If another measured value is to be recorded, the braking device 48 is deactivated by means of the control device 55 so that the torsion spring can be pre-tensioned again. In the process, the counter or the counter of the control device 55 is reset to ZERO.
Bezugszeichenliste:List of reference symbols:
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- PrüfobjektTest object
- 33
- SchlagrahmenImpact frame
- 44
- Schaftshaft
- 55
- 66
- Mittelteil von 3Middle part of 3
- 77
- Balken von 3Bars of 3
- 88th
- Schlagarm von 3Impact arm of 3
- 99
- Schlagspitzen an 8Impact tips at 8
- 1010
- Bohrungen in 8Drilling in 8
- 1111
- BewegungsüberwachungsvorrichtungMotion monitoring device
- 1212
- Aufnahmebohrung in 8Mounting hole in 8
- 1313
- Stäbe an 8 für 11Bars on 8 for 11
- 1414
- Führung für 4Tour for 4
- 1515
- 1616
- GegenanschlagelementCounter stop element
- 1717
- Basissteg von 16Base bridge of 16
- 1818
- Fortsätze von 16Extensions of 16
- 1919
- Anschlagflächen von 18Stop surfaces of 18
- 2020
- Befestigungsbohrung in 18Mounting hole in 18
- 2121
- Sensoraufnahmen in 19Sensor recordings in 19
- 2222
- Übergänge von 17 in 18Transitions from 17 to 18
- 2323
- KraftsensorenForce sensors
- 2424
- Sensoranschlagflächen von 23Sensor stop surfaces of 23
- 2525
- 2626
- Durchführung in 21Implementation in 21
- 2727
- Oberseite von 16Top of 16
- 2828
- ZentrieraufnahmeCentering mount
- 2929
- Unterseite von 16Bottom of 16
- 3030
- 3131
- Erhebung an 29 von 16Survey on 29 of 16
- 3232
- Aussparung in 31Recess in 31
- 3333
- Rand von 31Edge of 31
- 3434
- Rand von 16Edge of 16
- 3535
- 3636
- Kopfende von 4Head end of 4
- 3737
- Fußende von 4Foot end of 4
- 3838
- Aufnahme an 4Recording on 4
- 3939
- Durchgangsbohrungen in 38Through holes in 38
- 4040
- SchlagrahmenlagerImpact frame bearing
- 4141
- Spitze an 37Top at 37
- 4242
- Ruheposition von 41Resting position of 41
- 4343
- Zentrierposition von 41Centering position of 41
- 4444
- Bohrung an 4Hole at 4
- 4545
- 4646
- BeschleunigungsvorrichtungAcceleration device
- 4747
- Federschenkel von 46Spring legs of 46
- 4848
- BremsvorrichtungBraking device
- 4949
- LichtschrankePhotoelectric barrier
- 5050
- LichtschrankenaufnahmeLight barrier recording
- 5151
- Befestigungssteg von 50Mounting bar of 50
- 5252
- Tragsteg von 50Supporting web of 50
- 5353
- MessuhrhalterDial gauge holder
- 5454
- NutGroove
- 5555
- 5656
- LanglochLong hole
- 5757
- FixierbohrungFixing hole
- 5858
- SpitzenschaftTop shaft
- 5959
- SpitzenbohrungCenter hole
- 6060
- GegenfederschenkelCounter spring leg
- 6161
- ZentrierflächeCentering surface
- 6262
- Betätigungselement für 41Actuator for 41
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- WO 2020126026 A1 [0004]WO 2020126026 A1 [0004]
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
-
Eck, Walsh und Horner - Measurement of vibrational energy and point mobility of a beam subjected to moment excitation using a finite-difference approximation - Journal of Mechanical Engineering Science, Vol. 220, Issue 6, 2006, pp. 795-806 [0009]Eck, Walsh and Horner - Measurement of vibrational energy and point mobility of a beam subjected to moment excitation using a finite-difference approximation - Journal of Mechanical Engineering Science, Vol. 220,
Issue 6, 2006, pp. 795-806 [0009]
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---|---|---|---|
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---|---|
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Eck, Walsh und Horner - Measurement of vibrational energy and point mobility of a beam subjected to moment excitation using a finite-difference approximation - Journal of Mechanical Engineering Science, Vol. 220, Issue 6, 2006, pp. 795-806 |
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