DE19647792A1

DE19647792A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Körperschall-Güteprüfung

Info

Publication number: DE19647792A1
Application number: DE1996147792
Authority: DE
Inventors: Winfried Dr Keiper; Karl Dr Bendel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-11-19
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 1998-05-28
Also published as: EP0843164A3; EP0843164A2

Description

STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung einer Körperschall-Güteprüfung an einem Prüf ling, inbesondere einem Elektromotor, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ferner bezieht sie sich auf ein entsprechendes Verfahren gemäß Anspruch 4.

Die Untersuchung von Körperschall, der durch kleine mechani sche Geräte auf mit den Geräten verbundene Strukturen übertra gen wird, ist deshalb wichtig, da ein Großteil der erzeugten Geräusche in erster Linie nicht durch die Geräte selbst (z. B. wegen deren relativ kleinen Oberfläche), sondern vorwiegend durch die mit den Geräten verbundenen Strukturen, wie z. B. Rohre, Platten, Balken, etc., abgestrahlt wird, die vom Men schen als lästiger "Luftschall" empfunden werden. Daneben muß die Einleitung von Schwingungsenergie in die Anbauumgebung, also der Körperschallfluß, häufig auch aus anderen qualitäts relevanten Gründen kontrolliert werden. Überhöhte Körper schallpegel können etwa zu vorzeitiger Materialermüdung und Schwingungsbruch, sowie zu verschlechtertem Betriebsverhalten aufgrund von vergrößerten Spielen und Losen führen.

Allerdings ist die Messung von Körperschall schwierig, da der Prüfling für die Messung starr mit einem Prüfhalter verbunden wird, an dem die Meßeinrichtung zur Messung der Schwingungen angeschlossen wird. Somit hängen die Meßergebnisse für die Schwingungen nicht nur von den modalen Eigenschaften des Prüf lings ab, sondern werden ebenfalls von den modalen Eigenschaf ten des Prüfhalters beeinflußt. Insbesondere können bereits geringe geometrische Veränderungen, leicht modifizierte Win kel- und Einspannwerte oder Variationen der Randbedingungen von Prüfstandshaltern zu einem unterschiedlichen Eigenschwin gungs- und Übertragungsverhalten der Prüfhalter führen. Wenn z. B. auf Grund der natürlich auftretenden Schwankungen im Be triebsverhalten etwa von Elektromotoren während der Prüfung eine leicht verschobene Anregungsfrequenz des Prüflings auf tritt, so kann dies zu erheblich veränderten Meßsignalen am Sensor bzw. Signalaufnehmer führen. Diese Meßfehler können zu Fehlbeurteilungen von Prüflingen führen.

Um diese Meßfehler zu umgehen, verwendet man sogenannte hoch modale Prüfhalter, die im zu untersuchenden Frequenzbereich viele Eigenfrequenzen bzw. Moden aufweisen. Derartige Prüfhal ter besitzen ein über der Frequenz deutlich weniger ausgepräg tes Übertragungsverhalten. Die vom Prüfling in den Prüfhalter und dann in die Meßeinrichtung eingespeisten Schwingungen und Körperschallsignale werden dadurch weniger stark verfälscht. Bei bekannten Verfahren wird eine räumliche bzw. geometrische Mittelung über viele Meßorte auf einem solchen Prüfhalter durchgeführt, die zu stabilen, den Prüfling wiederholgenau charakterisierenden Meßergebnissen führt. Eine Vielzahl von Prüfhaltertypen mit hoher Modendichte sind bekannt. So können z. B. bedämpfte Stahl- oder Aluminiumbleche, perforierte Ble che und ringförmig gebogene Blechstrukturen verwendet werden. Diese Vorgehensweise der geometrischen Mittelung über viele Meßorte an einem hochmodalen Prüfhalter ist jedoch mit einem erheblichen Meßaufwand verbunden, da viele Sensoren eingesetzt werden müssen.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des An spruchs 1 bzw. das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkma len des Anspruchs 4 der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, die hohe Modendichte eines geeigneten Prüfhalters mit nur ei nem einzigen, höchstens jedoch zwei Sensoren auszunutzen. Dies gelingt mittels Variation der Betriebsfrequenz des Prüflings, wie z. B. der Drehzahl des Elektromotors. Der zu prüfende Elektromotor wird mit geeignet variabler Spannung betrieben, oder die an den Motor angelegte Last wird entsprechend vari iert. Wichtig ist dabei, daß die Bandbreite der interessieren den drehzahlabhängigen Anregungsfrequenzen des Prüflings bei der Messung eine größere Anzahl von Moden des Prüfhalters überstreichen. Indem man die üblichen Körperschallsignale, die mit herkömmlichen Prüfeinrichtungen auf herkömmliche Weise ge messen werden, über eine geeignet gewählte Anzahl von Zeit punkten mittelt, kann der Einfluß von Resonanzen und Antireso nanzen des Prüfhalters durch diese Mittelung weitgehend aufge hoben werden. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich beson ders vorteilhaft realisieren, wenn man den Motor im Hochlauf oder Herunterlauf alle Betriebsdrehzahlen durchlaufen läßt.

Da man anstelle der geometrischen Mittelung über viele Meßorte und entsprechend viele Sensoren erfindungsgemäß über eine ge eignet gewählte Anzahl von Zeitpunkten mit nur einem einzigen oder zwei Sensoren mittelt, wird eine kostengünstige Messung der Eigenschaften des Prüflings weitgehend unabhängig von den Prüfstandseigenschaften möglich. Dies erhöht nicht nur die Aussagesicherheit der Güteprüfung, sondern macht auch ver schiedene gleichartige Prüfstände untereinander vergleichbar, selbst wenn die Prüfhalter an unterschiedlichen Standorten aufgebaut sind oder durch geringfügig modifizierte Winkel- und Einspannwerte oder Variationen der Randbedingungen ein unter schiedliches Übertragungsverhalten haben.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Gegen stände der Ansprüche 1 und 4 möglich.

ZEICHNUNG

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Prüfhalters zur Durchführung der Körperschall-Güteprüfung an einem Prüfling mittels einer erfindungsgemä ßen Vorrichtung; und

Fig. 2 den Prüfhalter mit Prüfling und erfindungsgemä ßer Vorrichtung von Fig. 1 entlang des Pfeiles I betrachtet.

BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Fig. 1 zeigt einen Prüfhalter 2, der über flexible Aufhängun gen 7 von seiner Umgebung weitgehend schwingungsisoliert auf gehängt ist. Der zu untersuchende Prüfling ist im vorliegenden Falle ein Elektromotor 1, der über starre Befestigungsvorrich tungen 10 mit dem Prüfhalter 2 verbunden ist, so daß der beim Betrieb des Prüflings auftretende Körperschall auf den Prüf halter 2 übertragen wird. Der Elektromotor 1 wird mittels ei ner Spannungsquelle 8 über Stromleitungen 11 angetrieben. Die von dem Elektromotor 1 im Betrieb auf den Prüfhalter 2 über tragenen Körperschall-Schwingungen werden von einem Sensor 3 erfaßt und über eine Meßsignalleitung 12 auf eine Meßdatenver arbeitungsvorrichtung 4 übertragen. Die Meßdatenverarbeitungs vorrichtung 4 erfaßt sowohl die Eigenfrequenzen des Elektromo tors 1 als auch die im Frequenzbereich liegenden Eigenfrequen zen bzw. Moden 5 des Prüfhalters 2. Die bei variabler Be triebsanregung des Elektromotors 1 erfaßten Körperschallsi gnale des hochmodalen Prüfhalters 2 werden in einer nachge schalteten Einrichtung 6 zeitlich gemittelt. Durch diese zeit liche Mittelung läßt sich der Einfluß von Resonanzen und Anti resonanzen des Prüfhalters stark verringern.

Fig. 2 zeigt den Prüfhalter 2 mit dem Elektromotor 1 und der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Körperschall-Güteprüfung entlang des Pfeiles I betrachtet. Die Meßdaten-Verarbeitungs vorrichtung 4 mit der Anzeige für die Moden 5 sowie die Ein richtung 6 zur zeitlichen Mittelung und die Spannungsquelle 8 sind in Fig. 2 nicht gezeigt. Insbesondere erkennt man ein Prüfling-Gegengewicht 9, das wahlweise an dem Prüfhalter 2 zum Ausgleich der Masse des Prüflings befestigt werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Durchführung der Kör perschall-Güteprüfung an dem Elektromotor 1 wird zu verschie denen Zeitpunkten bei verschiedenen Betriebszuständen des Prüflings 1 an den gemessenen Körperschall-Schwingungen eine zeitliche Mittelung durchgeführt. Durch Variation der von der Spannungsquelle 8 abgegebenen Spannung läßt sich der gesamte Drehzahlbereich des Elektromotors 1 durchlaufen. Die Drehzah len des Elektromotors 1 können z. B. so variiert werden, daß der Elektromotor 1 einen Drehzahlbereich durchläuft, der sich über eine größere Anzahl von Moden 5 des Prüfhalters 2 er streckt. Alternativ kann die Drehzahl des Elektromotors 1 auch durch eine variable Last an dem Elektromotor 1 verändert wer den. Hierfür kann eine in der Zeichnung nicht gezeigte Wirbel strombremse verwendet werden. Vorzugsweise wird der Elektromo tor 1 von seiner minimalen bis zu seiner maximalen Drehzahl hochgefahren und anschließend von seiner maximalen Drehzahl zu seiner minimalen Drehzahl heruntergefahren, wobei während des Hochfahrens und Herunterfahrens der Drehzahlen zu verschie denen Zeitpunkten von dem Elektromotor 1 auf den Prüfhalter 2 übertragene Körperschall-Schwingungen über den Sensor 3 und die Meßdatenverarbeitungsvorrichtung 4 gemessen und anschlie ßend durch die Einrichtung 6 zeitlich gemittelt werden.

Selbstverständlich können mit der beschriebenen Einrichtung auch Körperschall-Güteprüfungen an anderen schwingenden oder rotierenden Vorrichtungen durchgeführt werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Durchführung einer Körperschall-Güteprü fung an einem Prüfling (1), insbesondere einem Elektromotor, der im Betriebszustand innerhalb eines bestimmten Frequenzbe reiches schwingt, wobei die Vorrichtung einen von der Umgebung schwingungsisolierten Prüfhalter (2) sowie eine an ihm ange schlossene Meßeinrichtung (3, 4) zur Messung von Schwingungen aufweist und der zu untersuchende Prüfling (1) mit dem Prüf halter (2) starr verbindbar ist, wobei der Prüfhalter (2) in dem bestimmten Frequenzbereich eine Vielzahl von Moden (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung weiter hin eine Einrichtung (6) zur zeitlichen Mittelung von zu ver schiedenen Zeitpunkten bei verschiedenen Betriebszuständen des Prüflings (1) gemessenen Schwingungen aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (3, 4) aus maximal zwei Sensoren (3) be steht und die verschiedenen Betriebszustände verschiedene Drehzahlen des Prüflings (1) sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die verschiedenen Drehzahlen über eine größere Anzahl von Moden (5) des Prüfhalters (2) erstrecken.

4. Verfahren zur Durchführung einer Körperschall-Güteprüfung an einem Prüfling, insbesondere einem Elektromotor, mittels der Vorrichtung von Anspruch 1, wobei zu verschiedenen Zeit punkten bei verschiedenen Betriebszuständen des Prüflings an dem Prüfhalter gemessene Schwingungen zeitlich gemittelt wer den.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Betriebszustände verschiedene Drehzahlen des Prüflings sind.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlen des Prüflings so variiert werden, daß der Prüf ling Drehzahlen durchläuft, die sich über eine größere Anzahl von Moden des Prüfhalters erstrecken, oder daß ein zu untersu chender Drehzahlbereich mehrfach durchlaufen wird, insbesonde re auch verschieden schnell.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Variation der Drehzahlen durch Variieren der Antriebsspan nung und/oder der Last an dem Prüfling bewirkt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfling von seiner minimalen bis zu seiner maximalen Drehzahl hochgefahren und von seiner maximalen Drehzahl zu seiner minimalen Drehzahl heruntergefahren wird, wobei während des Hochfahrens und des Herunterfahrens der Drehzahlen zu ver schiedenen Zeitpunkten Schwingungen am Prüfhalter gemessen und dann gemittelt werden.