DE10351698A1

DE10351698A1 - Meßverfahren zur Bestimmung der Geräuschemission eines Elektromotors und Meßvorrichtung

Info

Publication number: DE10351698A1
Application number: DE10351698A
Authority: DE
Inventors: Guido Schmid; Eduard Hudec; Hubert Hauser
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2005-06-30
Also published as: US20050092090A1; JP2005140786A; JP4260724B2; US7165456B2

Abstract

Es wird ein Meßverfahren zur Bestimmung der Geräuschemission eines Elektromotors vorgeschlagen, bei dem eine Schwingungsanregung des laufenden Elektromotors durch eine Laservibrometervorrichtung gemessen wird und die gemessene Schwingungsanregung mit einem Geräuschpegel korreliert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren zur Bestimmung der Geräuschemission eines Elektromotors.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Messung des Geräuschpegels eines Elektromotors, mit welcher insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.

Es ist bekannt, die Geräuschemission von Elektromotoren in einer Geräuschkabine zu messen, welche gegenüber der Umgebung schalldicht abgeschlossen ist. Die Schalldruckmessung in der Geräuschkabine ist sehr aufwendig und auch mit hohem Zeitaufwand verbunden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren zur Bestimmung der Geräuschemission eines Elektromotors zu schaffen, mit welchem sich der Schalldruck auf einfache und genaue Weise ermitteln läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Schwingungsanregung des laufenden Elektromotors durch eine Laservibrometervorrichtung gemessen wird und die gemessene Schwingungsanregung mit einem Geräuschpegel korreliert wird.

Der Laserstrahl, welcher den zu prüfenden Elektromotor beaufschlagt, beeinflußt diesen in seinen Resonanzeigenschaften nicht. Dadurch läßt sich die Schwingungsanregung mit hoher Reproduzierbarkeit messen und dadurch wiederum läßt sich eine gute Korrelation mit dem Geräuschpegel, d. h. dem Schalldruck, erreichen. Insbesondere ist keine Einspannung des zu prüfenden Elektromotors erforderlich, so daß durch die Lagerung des zu prüfenden Elektromotors in der entsprechenden Meßvorrichtung das Schwingungsverhalten des zu prüfenden Elektromotors nur gering beeinflußt wird.

Die Positionierung des zu prüfenden Elektromotors bezüglich der Laservibrometervorrichtung läßt sich auf einfache Weise erreichen. Die über die Laservibrometervorrichtung erfaßten Schwingungsamplituden des zu prüfenden Elektromotors können analysiert werden und über Korrelationsparameter läßt sich der Geräuschpegel ermitteln. Es ist dabei möglich, eine solche Korrelierung für einen Gesamtgeräuschpegel oder auch für einzelne Frequenzkomponenten im Schallfrequenzspektrum des zu prüfenden Elektromotors durchzuführen.

Über den Laserstrahl der Laservibrometervorrichtung läßt sich der zu prüfende Elektromotor gezielt abtasten. Insbesondere kann die Schwingungsanregung an einer solchen Stelle oder an solchen Stellen gemessen werden, an denen eine gute Korrelation zu dem Schallpegel besteht.

Ein Laservibrometer ermittelt die Schwingungsamplitude eines Meßobjekts aufgrund des Doppler-Effekts, der zu einer Frequenzverschiebung zwischen Laserlicht führt, mit dem das Meßobjekt beaufschlagt wird, und Laserlicht, welches von dem Meßobjekt reflektiert wird. Eine Laservibrometervorrichtung ist beispielsweise in der DE 195 22 272 A1 beschrieben.

Es lassen sich somit insbesondere mit geringem Zeitaufwand Elektromotoren bezüglich ihrer Geräuschemission durchmessen, wobei sich genaue Resultate mit hoher Reproduzierbarkeit erzielen lassen.

Insbesondere wird die Schwingungsanregung bei der Nenndrehzahl des Elektromotors gemessen, um eine Vergleichbarkeit mit einer Spezifikation zu ermöglichen.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schwingungsanregung an einer oder mehreren definierten Stellen des Elektromotors gemessen wird. Es hat sich beispielsweise bei einer Vielzahl von Elektromotortypen gezeigt, daß eine einzige Meßstelle ausreicht, um den Geräuschpegel über die Schwingungsanregung zu bestimmen, wobei die Schwingungsamplituden wiederum laservibrometrisch gemessen werden. Da dann nur diese definierte Meßstelle durch den Laserstrahl abgetastet werden muß, läßt sich der zu prüfende Elektromotor bezüglich seiner Geräuschemission schnell durchmessen.

Günstig ist es, wenn die Schwingungsanregung an einer oder mehreren Meßstellen des Elektromotors gemessen wird, an der oder denen sich ein Schwingungsbauch ausbilden kann. Bei einem Schwingungsbauch kann es sich dabei um ein absolutes Maximum der Amplitude handeln oder um ein relatives Maximum. Eine solche Meßstelle ist dann repräsentativ bezüglich der Korrelation mit dem Schalldruck, d. h. es liegt eine hohe Korrelation vor.

Es kann vorgesehen sein, daß der zu prüfende Elektromotor oder ein oder vorzugsweise mehrere baugleiche Elektromotoren abgetastet werden, um die Meßstelle oder Meßstellen zu bestimmen. Insbesondere läßt sich durch eine solche Abtastung ein Schwingungsbauch bestimmen. Wenn mehrere baugleiche Elektromotoren abgetastet werden, dann läßt sich mit guter statistischer Zuverlässigkeit eine oder mehrere Meßstellen bestimmen.

Es kann dabei vorgesehen sein, daß eine Oberfläche des oder der Elektromotoren in ein Gitter eingeteilt wird und die Schwingungsanregung an Gitterplätzen durch die Laservibrometervorrichtung ermittelt wird. Dadurch läßt sich gezielt nach einer Meßstelle bzw. nach Meßstellen suchen.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Meßstelle oder Meßstellen dadurch bestimmt werden, daß eine hohe Korrelation zum Geräuschpegel vorliegt. Insbesondere werden baugleiche Elektromotoren verwendet, die einen bekannten Geräuschpegel aufweisen, welcher beispielsweise zuvor in einer Geräuschkabine ermittelt wurde. Diese Elektromotoren werden dann abgetastet und es werden die Korrelationsparameter zum Geräuschpegel bestimmt. Es wird dann nach dem oder den Punkten gesucht, welche die höchste Korrelation aufweisen. Diese Punkte wiederum definieren dann die Meßstelle bzw. die Meßstellen. Diese werden dann entsprechend festgelegt und der zu prüfende Elektromotor und die Laservibrometervorrichtung werden so zueinander positioniert, daß bei der Prüfung der Laserstrahl gerade auf die definierte Meßstelle gerichtet ist.

Es kann dabei vorgesehen sein, daß die Meßstelle oder Meßstellen im Rahmen einer Oktavanalyse der Schwingungsanregungen ermittelt werden. Beispielsweise wird das Frequenzspektrum ermittelt und aus dem Frequenzspektrum werden zur Bestimmung der Meßstelle bzw. Meßstellen nur höheroktavige Anteile, wie beispielsweise der Anteile der dritten Oktave oder höher, herangezogen. Dadurch lassen sich für die Bestimmung der Meßstelle bzw. Meßstellen niederfrequente Anteile, die beispielsweise auf Unwucht oder Schaltgeräusche zurückzuführen sind, ausschließen.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn zur Bestimmung von Korrelationsparametern zwischen Schwingungsanregung und Geräuschpegel bei einer Reihe von baugleichen Elektromotoren mit bekanntem Geräuschpegel die Schwingungsanregung bestimmt wird. Dadurch läßt sich, wenn die Anzahl der baugleichen Elektromotoren genügend hoch gewählt wird, eine hohe statistische Zuverlässigkeit zur Bestimmung der Korrelationsparameter erreichen. Dadurch wiederum läßt sich über die Bestimmung der Schwingungsamplitude der Schalldruck mit hoher Reproduzierbarkeit ermitteln.

Insbesondere werden die Elektromotoren so ausgewählt, daß der Geräuschpegel in einem bestimmten Pegelbereich liegt. Dieser Pegelbereich umfaßt vorzugsweise den Bereich der mindestens zweifachen Standardabweichung. Es hat sich in der Praxis als günstig erwiesen, wenn dieser Bereich ein Vier-Sigma-Bereich ist, d. h. das Vierfache der Standardabweichung umfaßt. Da dann eine genügende Auswahl von unterschiedlichen Schalldrücken vorhanden ist, sollte auch ein entsprechender Wertebereich für Schwingungsamplituden vorliegen. Dadurch wiederum lassen sich Korrelationsparameter und insbesondere eine Korrelationsgerade (Regressionsgerade) mit hoher Korrelation bestimmen.

Insbesondere wird im Rahmen einer solchen Korrelationsbestimmung an baugleichen Elektromotoren mit bekannten Geräuschpegeln auch eine Meßstelle oder mehrere definierte Meßstellen bestimmt, an denen dann die zu prüfenden Elektromotoren gemessen werden.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Frequenzspektrum der Schwingungsanregung ermittelt wird, wobei dies beispielsweise über eine Fast-Fourier-Transformation der von der Laservibrometervorrichtung gelieferten Daten erfolgen kann. Das Frequenzspektrum ist dabei ein Spektrum der Schwingungsfrequenzen des Elektromotors, welcher insbesondere mit seiner Nenndrehzahl betrieben wird. Es kann dann auch geprüft werden, ob die Amplituden bei einzelnen Frequenzen unterhalb eines frequenzabhängigen Grenzwerts liegen.

Insbesondere wird das Frequenzspektrum bis mindestens 20 kHz ermittelt, um so eine gute Übersicht zu erhalten.

Grundsätzlich kann ein Gesamtschalldruck (overall) bestimmt werden und ein frequenzabhängiger Schalldruck. Es kann dann wiederum überprüft werden, ob der Gesamtschalldruck den Grenzwert unterschreitet oder überschreitet und es kann geprüft werden, ob der Schalldruck bei einzelnen Frequenzen einen frequenzabhängigen Grenzwert unterschreitet oder überschreitet. Insbesondere sind dann frequenzabhängige Grenzwerte vorgesehen, um überprüfen zu können, ob der zu prüfende Elektromotor auch bei bestimmten prominenten Frequenzen entsprechende Grenzwerte unterschreitet oder überschreitet.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der zu prüfende Elektromotor frei gelagert wird und insbesondere nicht eingespannt wird. Es wird dann durch die Lagerung keine wesentliche Resonanzverschiebung und Dämpfung bewirkt, so daß der Schalldruck mit hoher Reproduzierbarkeit ermittelbar ist.

Insbesondere wird der zu prüfende Elektromotor schwingungsgedämpft gelagert, um den Einfluß der Umgebung auf die Schwingungsanregung des Elektromotors gering zu halten.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung des Geräuschpegels eines Elektromotors bereitzustellen, mittels welcher der Geräuschpegel auf einfache und reproduzierbare Weise ermittelbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Lagervorrichtung für den zu prüfenden Elektromotor vorgesehen ist, in welcher dieser frei lagerbar ist, eine Laservibrometervorrichtung vorgesehen ist, mittels der eine Schwingungsanregung des zu prüfenden Elektromotors bestimmbar ist, und eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher die Schwingungsanregung mit einem Geräuschpegel korrelierbar ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorteile einer solchen Vorrichtung wurden bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert.

Insbesondere ist die Lagervorrichtung so ausgebildet, daß der zu prüfende Elektromotor schwingungsgedämpft lagerbar ist. Dadurch läßt sich der Einfluß der Umgebung auf das Resonanzverhalten des zu prüfenden Elektromotors gering halten.

Es kann dazu vorgesehen sein, daß die Lagervorrichtung ein oder mehrere Dämpfungselemente umfaßt, auf dem oder denen der zu prüfende Elektromotor aufsetzbar ist, d. h. auf denen dieser gelagert werden kann. Dadurch läßt sich eine schwingungsmäßige Entkopplung von der Umgebung erreichen.

Die Laservibrometervorrichtung kann als Scanvorrichtung ausgebildet sein, mit der sich eine Oberfläche des Elektromotors abscannen läßt, um die Schwingungsanregung an verschiedenen Stellen zu bestimmen.

Es kann zusätzlich oder alternativ eine Haltevorrichtung vorgesehen sein, an welcher die Laservibrometervorrichtung beweglich gehalten ist. Wenn eine oder wenige definierte Meßstellen bestimmt sind, an denen eine hohe Korrelation der Schwingungsanregung mit dem Schalldruck vorliegt, dann genügt es grundsätzlich, für einen zu prüfenden Elektromotor die Schwingungsanregung nur an dieser Meßstelle bzw. an diesen wenigen Meßstellen zu bestimmen. Ein Abscannen des Elektromotors durch die Laservibrometervorrichtung ist dann nicht mehr notwendig. Wenn also die Meßstelle bzw. Meßstellen bekannt sind, dann genügt ein Einpunkt-Laservibrometer zur Ermittlung des Geräuschpegels. Es muß dann nur noch dafür gesorgt werden, daß der Laserstrahl der Laservibrometervorrichtung die definierte Meßstelle beaufschlagt. Es kann eine relative Bewegung zwischen der Laservibrometervorrichtung und der Lagervorrichtung für den zu prüfenden Elektromotor vorgesehen sein, um diese Beaufschlagung einstellen zu können.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Meßvorrichtung zur Bestimmung der Geräuschemission eines Elektromotors;
2 eine Draufsicht auf einen zu prüfenden Elektromotor, auf welchen ein Gitter gelegt ist, um eine Meßstelle zu bestimmen;
3 ein Vergleich der Schwingungsamplitude an einer definierten Meßstelle mit dem Schalldruck für eine Reihe von baugleichen Elektromotoren sowie eine Korrelationsgerade (Regressionsgerade) und deren Gleichung und
4 ein Frequenzspektrum an einer definierten Meßstelle für eine Reihe von Elektromotoren.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung zur Bestimmung der Geräuschemission eines zu prüfenden Elektromotors 10, welche in 1 als Ganzes mit 12 bezeichnet ist, umfaßt eine Basisplatte 14, an welcher eine Halteeinrichtung 16 für eine Laservibrometervorrichtung 18 angeordnet ist. Die Laservibrometervorrichtung 18 emittiert einen Laserstrahl 20 auf eine Oberfläche 22 des zu prüfenden Elektromotors 10. Der zurückreflektierte Laserstrahl wird von der Laservibrometervorrichtung 18 registriert.
Über die Laservibrometervorrichtung 18 lassen sich Schwingungsanregungen des Elektromotors 10 quantitativ messen; das Meßprinzip beruht auf dem Doppler-Effekt. Laservibrometer werden deshalb auch als Laser-Doppler-Vibrometer bezeichnet. An einer abgetasteten Meßstelle 24 läßt sich durch die Laservibrometervorrichtung 18 das Schwingungsfrequenzspektrum des zu prüfenden Elektromotors 10 ermitteln.
Der Laserstrahl 20, mit welchem der zu prüfende Elektromotor 10 beaufschlagt wird, hat eine typische Strahlbreite in der Größenordnung von 20 μm.
Ein Laservibrometer für Schwingungsmessungen ist beispielsweise in der DE 195 22 272 A1 beschrieben.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt die Halteeinrichtung 16 einen Halterahmen 26, welcher sich in Höhenrichtung oberhalb der Basisplatte 14 erstreckt. An dem Halterahmen 26 sitzt ein Schlitten 28, welcher die Laservibrometervorrichtung 18 trägt. Dieser Schlitten 28 ist vorzugsweise beweglich ausgebildet mit einer Bewegungsrichtung 30 parallel zur Ebene der Basisplatte 14 und einer quer dazu liegenden Bewegungsrichtung 32, welche ebenfalls parallel zur Ebene der Basisplatte 14 ist.
Durch Positionierung des Schlittens 28 in den Bewegungsrichtungen 30 und 32 läßt sich der Laserstrahl 20 an eine definierte Meßstelle 24 des zu prüfenden Elektromotors 10 richten. Grundsätzlich kann es vorgesehen sein, daß die Laservibrometervorrichtung 18 eine Laser-Scanning-Vibrometervorrichtung ist, durch die ein Oberflächenbereich in einem Scanvorgang abgetastet werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann alternativ, wie unten noch näher erläutert wird, auch eine Einpunkt-Laservibrometervorrichtung eingesetzt werden, welche so ausgebildet und angeordnet ist, daß der emittierte Laserstrahl 20 bei fixiertem Schlitten 28 auf eine bezüglich der Basisplatte 14 feste Meßstelle 24 am zu prüfenden Elektromotor 10 gerichtet ist.
Für den zu prüfenden Elektromotor 10 ist eine als Ganzes mit 34 bezeichnete Lagervorrichtung vorgesehen, durch die der zu prüfende Elektromotor 10 in einer definierten Position bezüglich der Basisplatte 14 und der Halteeinrichtung 16 und damit auch bezüglich der Laservibrometervorrichtung 18 lagerbar ist. Diese Lagervorrichtung 34 umfaßt eine Aufnahme 36, in welche der zu prüfende Elektromotor 10 einlegbar ist, ohne daß er verspannt werden muß. Die Lagervorrichtung 34 mit der Aufnahme 36 ist dabei so ausgebildet, daß der Einfluß der Lagerung auf die Schwingungsanregung des Elektromotors 10 minimiert ist. Insbesondere ist der zu prüfende Elektromotor 10 auf einem Dämpfungselement 38 aufgesetzt, welches beispielsweise aus einem Gummimaterial hergestellt ist. Dieses Dämpfungselement 38 entkoppelt den zu prüfenden Elektromotor 10 schwingungsmäßig von der Lagervorrichtung 34 und damit der Meßvorrichtung 12.
Es kann vorgesehen sein, daß die Aufnahme 36 selber auf Säulen 40 sitzt, um für eine verbesserte Schwingungsentkopplung zu sorgen.
Zur elektrischen Kontaktierung des Elektromotors 10 ist eine Kontaktierungsvorrichtung 42 vorgesehen, welche ein elektrisches Anschlußelement 44 aufweist. Das elektrische Anschlußelement 44 ist angepaßt an ein entsprechendes Anschlußelement 46 des zu prüfenden Elektromotors 10.
Die Kontaktierungsvorrichtung 42 ist so ausgebildet, daß das elektrische Anschlußelement 44 von oben her oder von unten her an den Elektromotor 10 ankoppelbar ist mit minimierter Berührung der Oberfläche 22 des Elektromotors 10. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung 12 umfaßt die Kontaktierungsvorrichtung 42 eine Hubdreheinheit 48, welche das elektrische Anschlußelement 44 mit den entsprechenden Anschlußleitungen hält. Diese Hubdreheinheit ist um eine Achse drehbar und weist eine Verschieblichkeit längs dieser Achse auf. Dadurch läßt sich das elektrische Anschlußelement 44 von oben her auf das Anschlußelement 46 des zu prüfenden Elektromotors 10 aufsetzen.
Durch die Meßvorrichtung 10 wird an einer oder wenigen definierten Meßstellen 24 über eine Laser-Doppler-Messung die Schwingungsanregung bestimmt. Erfindungsgemäß wird diese Schwingungsanregung mit der Geräuschemission des zu prüfenden Elektromotors 10 korreliert. Die Korrelation erfolgt über eine Auswerteeinrichtung 50. Um eine solche Messung und Korrelation durchführen zu können, sind Vorarbeiten notwendig, um eben die Meßstelle 24 oder die wenigen Meßstellen 24 zu bestimmen und die Korrelationsparameter zu bestimmen.
Es kann dabei wie folgt vorgegangen werden:
Es wird eine Reihe von baugleichen Elektromotoren ausgewählt, deren Geräuschemission bekannt ist. Deren Geräuschpegel (Schalldruck) wird beispielsweise in einer Geräuschkabine gemessen. Die Anzahl der Elektromotoren ist so gewählt, daß sich statistisch relevante Aussagen ableiten lassen. Beispielsweise werden 50 Elektromotoren ausgewählt.
Es wird dann als eigentliche Meßreihe aus dieser Anzahl von Meßmotoren eine Untermenge ausgewählt, wobei für diese Elektromotoren der Geräuschpegel in einem bestimmten Geräuschpegelbereich liegt. Dieser definierte Geräuschpegelbereich ist vorzugsweise statistisch definiert über die Standardabweichung von einem mittleren Geräuschpegel. Beispielsweise werden Elektromotoren ausgewählt, deren Geräuschpegel in einem Bereich des Vierfachen der Standardabweichung liegt (Vier-Sigma-Bereich). Zur Bestimmung der Korrelationsgeraden gemäß 3 wurden 20 Elektromotoren ausgewählt.
Diese Reihe an ausgewählten Elektromotoren wird nun mit der Meßvorrichtung 12 durchgemessen. Die jeweiligen Elektromotoren 52 werden, wie in 2 schematisch gezeigt, dabei mit Hilfe eines (virtuellen) Gitters 54 durchgemessen, welches durch eine beispielsweise scannende Laservibrometervorrichtung 18 abgetastet wird. An Gitterpunkten 56 wird bei laufendem Elektromotor 52, welcher insbesondere mit seiner Nenndrehzahl betrieben ist, jeweils die Schwingungsanregung laservibrometrisch bestimmt.
Es werden dann Meßstellen 24 bestimmt, an denen sich eine relativ hohe Schwingungsamplitude ergibt, d. h. es wird nach Schwingungsbäuchen gesucht, an denen sich ein absolutes oder zumindest relatives Maximum der Schwingungsamplitude ausbildet.
Diese Messungen werden für die ausgewählte Reihe an Elektromotoren 52 durchgeführt. Es wird dann eine Meßstelle 24 oder es werden wenige Meßstellen 24 für die Gesamtzahl der Elektromotoren bestimmt, an denen sich eine große (relative) Schwingungsamplitude ergibt. Diese Meßstelle 24 oder wenigen Meßstellen 24 werden dann für die Bestimmung der Geräuschemission für den zu prüfenden Elektromotor 10 verwendet.
Beispielsweise liegt ein gut ausgebildeter Schwingungsbauch an dem Gitterpunkt 58 gemäß 2. Dieser definiert dann die Meßstelle 24 für die zu prüfenden Elektromotoren 10.
Entsprechend werden dann die Lagervorrichtung 34 und die Laservibrometervorrichtung 18 so relativ zueinander positioniert, daß der Laserstrahl 20 auf die definierte Meßstelle 24 gerichtet ist, wenn ein zu prüfender Elektromotor 10 in der Aufnahme 36 aufgenommen ist.
Während es vorteilhaft ist, zur Bestimmung des Gitterpunkts 58 die Oberfläche der baugleichen Elektromotoren 52 abzuscannen und daher eine scannende Laservibrometervorrichtung vorteilhaft ist, genügt es nach Auffinden einer solchen Meßstelle 24 bzw. von wenigen Meßstellen 24, eine Einpunkt-Laservibrometervorrichtung 18 zu verwenden. Beispielsweise kann zur Bestimmung der Meßstelle 24 oder der Meßstellen 24 eine getrennte Vorrichtung vorgesehen sein und zur Ermittlung der Geräuschemission des zu prüfenden Elektromotors 10 wird eine Einpunkt-Laservibrometervorrichtung 18 verwendet oder die Laservibrometervorrichtung 18 kann eine Scanfunktionalität aufweisen, die nach der Bestimmung der Meßstelle 24 oder der Meßstellen 24 bei der Ermittlung der Geräuschemission von zu prüfenden Elektromotoren 10 ausgeschaltet ist.
Die Schwingungsanregung an der Meßstelle 24 (entsprechend dem Gitterpunkt 58) wird, wie in 3 schematisch gezeigt ist, an der Reihe von Elektromotoren 52 mit dem bekannten Geräuschpegel korreliert. In 3 ist dabei an der Y-Achse die Schwingungsamplitude in dB(A) aufgetragen, welche an der Meßstelle 24 jeweils für die Elektromotoren 52 durch die Laservibrometervorrichtung 18 ermittelt wurde. Auf der X-Achse ist der Schalldruck in dB(A) aufgetragen, welcher für die Elektromotoren 52 bekannt ist. Die Meßpunkte 60 entsprechen jeweils einem Elektromotor 52.
Für die Meßpunkte 60 wurde eine Korrelationsgerade 62 (Regressionsgerade) bestimmt, welche die Gleichung y = 0,8519 x – 76,261 mit einem Korrelationskoeffizienten R² von 0,9258 hat.
Über die Bestimmung der Korrelationsgeraden werden die Korrelationsparameter (nämlich Steigung und Achsenabschnitt dieser Geraden) ermittelt; diese Parameter wiederum können dann von der Auswerteeinrichtung 50 benutzt werden, um aus der laservibrometrisch gemessenen Schwingungsamplitude den Geräuschpegel – berührungslos – zu bestimmen.
Es kann dabei grundsätzlich vorgesehen sein, daß die Korrelationsgerade für jeden Gitterpunkt 56 der Reihe von Elektromotoren 52 bestimmt wird; beispielsweise sind 300 Gitterpunkte vorgesehen. Es wird dann für jeden Gitterpunkt für diese Reihe von Elektromotoren 52 der Korrelationskoeffizient R² bestimmt. Die ausgezeichnete Meßstelle 24 (oder eine Anzahl von wenigen Meßstellen 24), an der die Schwingungsanregung am besten mit dem Geräuschpegel korreliert ist, ergibt sich vorzugsweise dort, wo der Korrelationskoeffizient R² am größten ist, d. h. am dichtesten bei Eins liegt.
In der Praxis hat es sich gezeigt, daß es meistens genügt, einen Schwingungsbauch aufzufinden, um eine gute Korrelation zu erhalten.
Zur Bestimmung der Amplitude der Schwingungsanregungen wird vorzugsweise das Frequenzspektrum beispielsweise über eine Fast-Fourier-Transformation ermittelt. Zur Bestimmung der Meßstelle 24 oder der Meßstellen 24 ist dabei vorzugsweise eine Oktavauswertung vorgesehen, wobei beispielsweise die dritte Oktave verwendet wird. Dadurch haben dann niederfrequente Einflüsse wie Unwucht und Schaltgeräusche keinen Einfluß auf die Bestimmung der Meßstelle 24 bzw. der wenigen Meßstellen 24.
Für einen bestimmten Typ von Elektromotor ist nach der Korrelationsbestimmung an einer Reihe von Elektromotoren 52 die Meßstelle 24 bzw. die wenigen Meßstellen 24 bekannt. Ferner sind die Korrelationsparameter bekannt, so daß erfindungsgemäß bei einem zu prüfenden baugleichen Elektromotor 10 die über die Laservibrometervorrichtung 18 meßbaren Schwingungsamplituden an einer Meßstelle 24 mit dem Geräuschpegel (Schalldruck) korrelierbar ist. Es läßt sich somit berührungsfrei die Geräuschemission eines zu prüfenden Elektromotors 10 ermitteln, wobei aufgrund der einzigen Meßstelle 24 bzw. der wenigen Meßstellen 24 sich schnell ein Ergebnis erhalten läßt. Dadurch wiederum läßt sich eine Vielzahl von Elektromotoren 10 (der gleichen Bauart) auf einfache, schnelle und reproduzierbare Weise prüfen.
In 4 sind Frequenzspektren für verschiedene Elektromotoren gezeigt, welche sich aus der Messung an der definierten Meßstelle 24 ergeben haben. Die Frequenzspektren wurden dabei aus den Meßdaten über Fast-Fourier-Transformation ermittelt.
Man erkennt, daß das Frequenzspektrum 64 stark von den anderen Frequenzspektren abweicht. Der Elektromotor mit dem Frequenzspektrum 64 hat eine zu hohe Geräuschemission.
Es sind auch Spektren in 4 erkennbar, die bei niedrigen Frequenzen und insbesondere bei der Frequenz Null eine endliche Amplitude aufweisen. Dies ist auf eine Unwucht des entsprechenden Elektromotors zurückzuführen. Dieser Spektrumsanteil wird für die Bestimmung des Schalldrucks weggefiltert.
Bei einer Frequenz von ca. 5000 Hz (sowie ganzzahligen Vielfachen davon) sind Änderungen im Frequenzspektrum bei einer Vielzahl von Elektromotoren erkennbar. Dies ist auf Schaltgeräusche (switching noise) zurückzuführen.
Es ist möglich, aus dem gemessenen Frequenzspektrum Kriterien abzuleiten, ob ein Elektromotor eine vorgegebene Spezifikation erfüllt oder nicht. Es ist dabei anzumerken, daß die Frequenzen akustische Frequenzen sind. Der Elektromotor selber dreht bei der Geräuschermittlung mit seiner Nenndrehzahl.
Beispielsweise kann für Elektromotoren vorgegeben sein, daß der Schalldruck kleiner als 42 dB(A) sein muß. Eine entsprechende Grenzkurve 66 ist in 3 eingezeichnet. Dadurch wiederum ergibt sich ein Grenzwert 68 für die Schwingungsamplitude an der Meßstelle 24.
Es ist möglich, über die Grenzkurve 66 (cut-off-level) einen Grenzwert bzw. einen Grenzwertbereich für jede einzelne Frequenz für die Elektromotoren zu bestimmen, die die Spezifikation erfüllen. Auf die gleiche Weise ist es möglich, eine (Minimums-)Grenzwertkurve für jede einzelne Frequenz der Elektromotoren zu bestimmen, die die Geräuschspezifikation nicht erfüllen.
Dadurch wiederum kann ein Grenzwertbereich für jede einzelne Frequenz bestimmt werden, um so auf einfache Weise frequenzaufgelöst bestimmen zu können, ob ein Elektromotor die geforderten Spezifikationen erfüllt oder nicht erfüllt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird über die Laservibrometervorrichtung 18 die Schwingungsamplitude an der bestimmten Meßstelle 24 des zu prüfenden Elektromotors 10 erfaßt und mit an baugleichen Elektromotoren zuvor bestimmten Korrelationsparametern wird der Geräuschpegel berechnet.
Es läßt sich dabei sowohl der Gesamtgeräuschpegel (overall) als auch der Geräuschpegel für die einzelnen Frequenzkomponenten (prominent tone) ermitteln.
Erfindungsgemäß läßt sich dadurch der Geräuschpegel mit hoher Reproduzierbarkeit und hoher Genauigkeit berührungslos ermitteln. Die Resonanzeigenschaften des zu prüfenden Elektromotors 10 werden durch die Messung nur geringfügig beeinflußt.

10: Elektromotor
12: Meßvorrichtung
14: Basisplatte
16: Halteeinrichtung
18: Laservibrometervorrichtung
20: Laserstrahl
22: Oberfläche
24: Meßstelle
26: Halterahmen
28: Schlitten
30: Bewegungsrichtung
32: Bewegungsrichtung
34: Lagervorrichtung
36: Aufnahme
38: Dämpfungselement
40: Säulen
42: Kontaktierungsvorrichtung
44: elektrisches Anschlußelement
46: elektrisches Anschlußelement
48: Hubdreheinheit
50: Auswerteeinrichtung
52: Elektromotor
54: Gitter
56: Gitterpunkt
58: Gitterpunkt
60: Meßpunkt
62: Korrelationsgerade
64: Frequenzspektrum
66: Grenzkurve
68: Grenzwert

Claims

Meßverfahren zur Bestimmung der Geräuschemission eines Elektromotors, bei dem eine Schwingungsanregung des laufenden Elektromotors durch eine Laservibrometervorrichtung gemessen wird und die gemessene Schwingungsanregung mit einem Geräuschpegel korreliert wird.
Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsanregung bei der Nenndrehzahl des Elektromotors gemessen wird.
Meßverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsanregung an einer oder mehreren definierten Stellen des Elektromotors gemessen wird.
Meßverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsanregung an einer Meßstelle oder mehreren Meßstellen des Elektromotors gemessen wird, an der oder denen sich ein Schwingungsbauch ausbildet.
Meßverfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zu prüfende Elektromotor oder ein oder mehrere baugleiche Elektromotoren abgetastet werden, um die Meßstelle oder Meßstellen zu bestimmen.
Meßverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberfläche des oder der Elektromotoren in ein Gitter eingeteilt wird und die Schwingungsanregung an Gitterplätzen durch die Laservibrometervorrichtung ermittelt wird.
Meßverfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstelle oder Meßstellen so bestimmt werden, daß eine hohe Korrelation zum Geräuschpegel vorliegt.
Meßverfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstelle oder Meßstellen im Rahmen einer Oktavanalyse der Schwingungsanregungen ermittelt werden.
Meßverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung von Korrelationsparametern zwischen Schwingungsanregung und Geräuschpegel bei einer Reihe von baugleichen Elektromotoren mit bekanntem Geräuschpegel die Schwingungsanregung bestimmt wird.
Meßverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Elektromotoren so ausgewählt werden, daß der Geräuschpegel in einem bestimmten Pegelbereich liegt.
Meßverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Pegelbereich den Bereich einer mindestens zweifachen Standardabweichung umfaßt.
Meßverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßstelle oder mehrere Meßstellen zur Ermittlung der Schwingungsanregung an der Reihe von baugleichen Elektromotoren bestimmt wird.
Meßverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzspektrum der Schwingungsanregung ermittelt wird.
Meßverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzspektrum bis mindestens 20 kHz ermittelt wird.
Meßverfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Frequenz ein Grenzwert oder ein Grenzwertbereich für die Schwingungsamplitude vorgegeben wird.
Meßverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zu prüfende Elektromotor frei gelagert wird.
Meßverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der zu prüfende Elektromotor schwingungsgedämpft gelagert wird.
Vorrichtung zur Messung des Geräuschpegels eines Elektromotors (10), umfassend eine Lagervorrichtung (34) für den zu prüfenden Elektromotor (10), in welcher dieser frei lagerbar ist, eine Laservibrometervorrichtung (18), mittels der eine Schwingungsanregung des zu prüfenden Elektromotors (10) bestimmbar ist, und eine Auswerteeinrichtung (50), mittels welcher die Schwingungsanregung mit einem Geräuschpegel korrelierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagervorrichtung (34) so ausgebildet ist, daß der zu prüfende Elektromotor (10) schwingungsgedämpft lagerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagervorrichtung (34) ein oder mehrere Dämpfungselemente (38) umfaßt, auf das oder die der zu prüfende Elektromotor (10) aufsetzbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Laservibrometervorrichtung (18) als Scanvorrichtung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halteeinrichtung (16) vorgesehen ist, an welcher die Laservibrometervorrichtung (18) beweglich gehalten ist.