WO2021083539A1

WO2021083539A1 - Prüfvorrichtung und verfahren zur beurteilung des geräuschverhaltens einer baugruppe

Info

Publication number: WO2021083539A1
Application number: PCT/EP2020/000183
Authority: WO
Inventors: Ralph Bründel; Alexander Störmer
Original assignee: Thyssenkrupp Presta Ag; Thyssenkrupp Ag
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2020-10-29
Publication date: 2021-05-06
Also published as: EP4051995A1; DE102019216784B3

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung (11), umfassend eine Tragstruktur (13) und von der Tragstruktur (13) getragene Verbindungsstrukturen (14, 15) zur Bildung einer lösbaren, mechanischen Verbindung mit einer Baugruppe (12), dadurch gekennzeichnet, dass jede der Verbindungsstrukturen (14, 15) eine definierte Steifigkeit aufweist und derart ausgeführt ist, eine kraftschlüssige Verbindung mit der Baugruppe (12) zu bilden, wobei an jeder der Verbindungsstrukturen (14, 15) ein Sensor (18, 19) zur Erfassung von Beschleunigungen und/oder Kräften angeordnet ist.

Description

Prüfvorrichtung und Verfahren zur Beurteilung des Geräuschverhaltens einer Baugruppe

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung, umfassend eine Tragstruktur und von der Tragstruktur getragene Verbindungsstrukturen zur Bildung einer lösbaren, mechanischen Verbindung mit einer Baugruppe. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Beurteilung eines durch, insbesondere mechanische oder elektrische, Schwingungen hervorgerufenen Geräuschverhaltens einer Baugruppe die eine Vielzahl einzelner Elemente aufweist.

Baugruppen umfassen zumindest zwei einzelne Elemente. Typischerweise umfassen Baugruppen eine Vielzahl, das heißt zwei oder mehr, von einzelnen Elementen, das heißt, Bauteilen, Bauelementen, Baumodulen und/oder kleineren Baugruppen.

Die von der Tragstruktur getragenen Verbindungsstrukturen sind an der Tragstruktur angeordnet. Mit anderen Worten: „Getragen“ ist als „angeordnet“ zu verstehen.

In dem laufenden Betrieb eines motorisch angetriebenen Systems mit Baugruppen kann es aufgrund von innerhalb der Baugruppe, das heißt, zwischen den einzelnen Elementen wirkenden, internen Kräften zu Relativbewegungen, Schwingungen und Vibrationen kommen. Solche Kräfte werden auch als Schnittstellenkräfte bezeichnet. Beispiele für Baugruppen sind Lenksysteme von Kraftfahrzeugen, Lenksäulen von Kraftfahrzeugen oder Lenkgetriebe von Kraftfahrzeugen. Die Relativbewegungen, Schwingungen und Vibrationen können sich in Form von Körperschall durch die Struktur der Baugruppe hindurch bewegen bzw. fortpflanzen. Der Körperschall wird schließlich von der Struktur der Baugruppe an einer oder mehreren Stellen in Form von Luftschall abgestrahlt und führt somit zu einer Geräuschemission bzw. zu Lärm, die bzw. der von Menschen regelmäßig als störend empfunden wird. Aber auch der Körperschall selbst - sofern dieser den menschlichen Benutzer erreicht - wird von Menschen regelmäßig als störend empfunden. Daher sind Relativbewegungen, Schwingungen und Vibrationen innerhalb einer Baugruppe möglichst weitgehend zu reduzieren bzw. zu vermeiden. Dabei sollte bereits in der Entwicklungsphase von Baugruppen auf die Reduzierung bzw. Vermeidung von störenden Effekten in Form von Körper- und Luftschall geachtet werden. Es ist bekannt, Schnittstellenkräfte von Baugruppen zu messen. Dazu wird eine zu untersuchende Baugruppe in eine Prüfvorrichtung bzw. einen Prüfstand gespannt, nämlich durch eine lösbare, mechanische Verbindung, und Beschleunigungs- oder Kraftsensoren an der Schnittstelle unmittelbar auf der Körperoberfläche der Baugruppe selbst appliziert bzw. platziert. Nachteilig daran ist jedoch, dass stets darauf zu achten ist, dass bestimmte Einspannbedingungen erfüllt sind und dass die Sensoren in ihrer Positionierung an bzw. auf der Baugruppe präzise eingestellt bzw. kalibriert sind, um die relevanten bzw. interessierenden Schnittstellenkräfte präzise bestimmen zu können. Dies ist für jede einzelne zu untersuchende Baugruppe erneut sicherzustellen. Für jede einzelne Baugruppe müssen sowohl die Sensoren erneut an der Baugruppe platziert werden bzw. darauf positioniert werden als auch die Einspannbedingungen der Baugruppe in dem Prüfstand erneut angepasst werden. Dies erweist sich als zeitintensiv und ist somit unerwünscht.

In Bezug auf die Produktentwicklung von Baugruppen im Kraftfahrzeugbau, insbesondere die Entwicklung von Lenksystemen, Lenksäulen und Lenkgetrieben ist es üblich, deren Geräuschverhalten erst in einer vergleichsweise späten Entwicklungsphase zu untersuchen bzw. zu überprüfen bzw. zu validieren. So werden Fahrzeugprototypen, die in ihrem Entwicklungsstadium bereits so reif sind, dass sie fahrfähig bzw. fahrfertig sind, einer Validierung ihres Geräuschverhaltens unterzogen. Bei fahrfähigen bzw. fahrfertigen Fahrzeugprototypen sind hingegen bereits viele sich gegenseitig bedingende Konstruktionsparameter festgelegt. Dies führt zu folgendem Problem: Falls die Validierung des Geräuschverhaltens eines fahrfähigen bzw. fahrfertigen Fahrzeugprototypen zu dem Ergebnis führt, dass ein oder sogar mehrere Konstruktionsparameter zu ändern sind, um das Geräuschverhalten positiv zu beeinflussen, erfordert dies zwangsläufig eine relativ komplexe Änderung der Konstruktion. Dies ist vergleichsweise aufwändig und daher kostenintensiv.

Auch ist es bekannt, beispielsweise aus DE 102015 122 194 A1, störende Geräusche im Betrieb eines Kraftfahrzeugs mittels destruktiver Interferenz, das heißt, mittels Antischall zu kompensieren und somit zu reduzieren. Nachteilig daran ist allerdings, dass die störenden Geräusche bzw. der Lärm lediglich überlagert werden bzw. wird, ohne dass die Entstehung der ursächlichen Effekte vermieden wird. Mit anderen Worten: Es wird gerade nicht der Ursache der störenden Geräusche entgegengewirkt, sondern lediglich der störenden Geräusche selbst. Demnach handelt es sich dabei lediglich um mittelbare Maßnahmen zur Reduzierung bzw. Vermeidung störender Geräusche. Zudem erfordert eine solche Kompensation ein ständiges sensorisches Erfassen der störenden Geräusche, ein ständiges Ermitteln eines akustischen, den störenden Geräuschen entgegengesetzten Gegensignals sowie ein ständiges aktorisches Aussenden des Gegensignals. Dies erfordert einen relativ komplexen apparativen Aufbau und Betrieb und ist somit kostenintensiv.

Es ist daher wünschenswert, bereits relativ früh innerhalb der Entwicklung von Baugruppen deren Geräuschverhalten beurteilen zu können, um konstruktive Maßnahmen zur Reduzierung bzw. Vermeidung von Ursachen für die Entstehung der störenden Geräusche ergreifen zu können.

Im Lichte der voranstehend erläuterten Probleme und Nachteile der bekannten Maßnahmen zur Reduzierung bzw. Verhinderung von störenden Geräuschen in Baugruppen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vergleichsweise einfache Möglichkeit zu schaffen, das Geräuschverhalten einer Baugruppe zu beurteilen, und zwar möglichst früh innerhalb der Entwicklung Baugruppen.

Darstellung der Erfindung

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich jeweils aus den Unteransprüchen.

Es wird eine Prüfvorrichtung vorgeschlagen, umfassend eine Tragstruktur und, vorzugsweise zwei, von der Tragstruktur getragene Verbindungsstrukturen zur Bildung einer lösbaren, mechanischen Verbindung mit einer Baugruppe. In erfindungsgemäßer Weise weist jede der Verbindungsstrukturen eine definierte Steifigkeit auf und ist derart ausgeführt, eine kraftschlüssige Verbindung mit der Baugruppe zu bilden, wobei an jeder der Verbindungsstrukturen ein Sensor zur Erfassung von Beschleunigungen und/oder Kräften angeordnet ist.

Die Prüfvorrichtung kann eine Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens zur Beurteilung eines durch, insbesondere mechanische oder elektrische, Schwingungen hervorgerufenen Geräuschverhaltens einer Baugruppe sein.

Vorzugsweise weist jede der Verbindungsstrukturen jeweils einen Sensor auf. Denkbar und möglich ist es, mehrere Sensoren an jeder der Verbindungsstruktur anzuordnen, um mehrere Signale messen zu können. Denkbar und möglich ist es ebenfalls, mehr als zwei Verbindungstrukturen vorzusehen, wie beispielsweise drei, vier oder fünf. Durch die definierte Steifigkeit der Verbindungsstrukturen und die kraftschlüssige Verbindung zwischen der zu untersuchenden Baugruppe und den Verbindungsstrukturen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, die interessierenden und relevanten Schnittstellenkräfte zu bestimmen, ohne den oder die Beschleunigungs- und/oder Kraftsensor bzw. -sensoren auf dem Bauteil selbst zu platzieren. Stattdessen ist es dadurch möglich, die interessierenden Schnittstellenkräfte zu bestimmen während der oder die Beschleunigungs- und/oder Kraftsensor bzw. -sensoren auf der erfindungsgemäßen Vorrichtung platziert ist bzw. sind. Der Sensor kann bzw. die Sensoren können somit unverändert an der Prüfvorrichtung bzw. dem Prüfstand angeordnet sein. Eine erneute Platzierung des Sensors bzw. der Sensoren für jede einzelne zu prüfende Baugruppe erübrigt sich dadurch, sodass sich auch eine erneute aufwändige Einstellung bzw. Kalibrierung erübrigt. Dies verkürzt die für die Beurteilung des interessierenden Geräuschverhaltens erforderliche Zeit und spart somit Kosten.

Der Kraftsensor oder die -sensoren kann bzw. können in vorteilhafter Weise in dem Kraftfluss bzw. innerhalb des Kraftflusses der Tragstruktur platziert bzw. angeordnet sein.

Der Beschleunigungssensor kann als Stoß-Beschleunigungssensor ausgestaltet sein, um die Schwingungen bei Stößen harter Materialien aufeinander messen zu können. Weiterhin kann der Beschleunigungssensor als uniaxialer, biaxialer oder besonders bevorzugt als triaxialer Beschleunigungssensor ausgebildet sein, um die Schwingungsmessung in allen dreien Raumachsen gleichzeitig durchführen zu können.

Eine definierte Steifigkeit der Verbindungsstrukturen ist erforderlich, um eine definierte Verbindung zwischen der Tragstruktur und der Baugruppe zu realisieren. Bevorzugt ist die definierte Steifigkeit eine hohe Steifigkeit, um eine starre Verbindung zwischen der Tragstruktur und der Baugruppe zu realisieren, das heißt um starre Verbindungsstrukturen zu realisieren. Starre Verbindungsstrukturen sind wiederum erforderlich, um eine feste kraftschlüssige Verbindung zu gewährleisten und Störeinflüsse durch Relativbewegungen auszuschließen. Eine hohe Steifigkeit der Verbindungsstrukturen und eine feste kraftschlüssige Verbindung gewährleisten präzise Messungen und somit eine qualitativ hochwertige Beurteilung des durch mechanische oder elektrische Schwingungen hervorgerufenen Geräuschverhaltens der zu untersuchenden Baugruppe.

Die definierte Steifigkeit überträgt vorzugsweise Frequenzen in einem definierten Bereich und/oder Amplituden an den jeweiligen Sensor. Vorzugsweise werden durch die starre Verbindung Frequenzen bis 2,5 kHz, weiter bevorzugt bis 3,5 kHz, weiter bevorzugt bis 5 kHz, weiter bevorzugt bis 10 kHz und weiter bevorzugt Frequenzen bis 20 kHz übertragen, um das Geräuschverhalten der Baugruppe besser beurteilen zu können. Die starre Verbindung überträgt dabei vorzugsweise 90 % der Bewegungen an den Sensor, weiter bevorzugt 95 % und weiter bevorzugt 99 % der Bewegungen.

Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung ermöglicht es, bereits frühzeitig, das heißt, in einer frühen Entwicklungsphase konstruktive Maßnahmen zur Verbesserung des Geräuschverhaltens zu ergreifen. Denn die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung kann dazu eingesetzt werden, die Ursachen für die Entstehung von störenden Geräuschen ausfindig zu machen. So können störende Geräusche nicht nur mittelbar, sondern unmittelbar reduziert bzw. vermieden werden. Aufwändige Maßnahmen zur Kompensation von störenden Geräuschen erübrigen sich daher.

Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung kann ein Prüfstand sein. Die Tragstruktur kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Eine mehrteilige Tragstruktur umfasst zwei oder mehr Bestandteile. Bei einer einteiligen Tragstruktur sind sämtliche Verbindungsstrukturen von der Tragstruktur getragen. Bei einer mehrteiligen Tragstruktur sind die Verbindungsstrukturen jeweils von einem der Bestandteile der Tragstruktur getragen.

In einer bevorzugten Ausführung ist die eine Tragstruktur ein Einspannjoch.

In einerweiter bevorzugten Ausführung sind die zwei Verbindungsstrukturen jeweils Einspannbacken.

In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Baugruppe eine Lenksäule oder ein Lenkgetriebe einer elektromechanischen Servolenkung für ein Kraftfahrzeug.

Des Weiteren wird ein Verfahren vorgeschlagen zur Beurteilung eines durch, insbesondere mechanische oder elektrische, Schwingungen hervorgerufenen Geräuschverhaltens einer Baugruppe, die eine Vielzahl einzelner Elemente aufweist. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Bereitstellen einer Prüfvorrichtung, insbesondere der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung; Verbinden der Baugruppe mit der Prüfvorrichtung über die Verbindungsstrukturen der Vorrichtung durch Kraftschluss; Mechanische Anregung der Baugruppe durch Aufprägen eines internen und/oder externen Impulses; Bestimmen einer das Geräuschverhalten definierenden Kenngröße, insbesondere durch Messen der Beschleunigungen und/oder Kräfte mittels eines Sensors. Die Vielzahl einzelner Elemente umfasst zumindest zwei einzelne Elemente.

Das Aufprägen eines Impulses bezeichnet das Beaufschlagen, Einbringen bzw. Einträgen eines Impulses. Bei einem internen Impuls handelt es sich um einen Impuls, welcher aus einem der Bauteile der Baugruppe ausgesendet wird, beispielsweise dem Elektromotor.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst das Bestimmen folgende Schritte: Ermitteln einer, das dynamische Verhalten der Baugruppe, insbesondere zwischen einer Krafteinleitungsstelle und einer Kraftausleitungsstelle, beschreibenden Übertragungsfunktion, insbesondere durch experimentelle Modellbildung, vorzugsweise durch Messen der Beschleunigungen und/oder Kräfte mittels eines Sensors; Berechnen von zwischen den einzelnen Elementen der Baugruppe wirkenden Schnittstellenkräften auf Grundlage der ermittelten Übertragungsfunktion; Analysieren der Schnittstellenkräfte.

Das Ermitteln einer Übertragungsfunktion, insbesondere die experimentelle Modellbildung, umfasst die Verfahrensschritte: Mechanische Anregung der Baugruppe; Erfassen der durch die mechanische Anregung der Baugruppe bewirkten Beschleunigungen und/oder Kräfte an der Tragstruktur.

Die Übertragungsfunktion, die das dynamische Verhalten der Baugruppe beschreibt, kann als Quotient aus einem Eingangssignal und einem Ausgangssignal berechnet werden. Sowohl das Eingangssignal als auch das Ausgangssignal sind dazu als bekannt vorauszusetzen, sensorisch zu erfassen oder dergleichen zu bestimmen.

In einer bevorzugten Ausführung wird die Übertragungsfunktion durch Hammerschlagversuche oder durch Hammerschlagerregung mit einem Impulshammer ermittelt. Der Impulshammer umfasst auf der anschlagenden Seite, das heißt, auf der der Baugruppe zugewandten Seite, des Hammerkopfes einen Kraftsensor. Der Kraftsensor erfasst die Anschlag- bzw. Aufprallkraft beim Hammerschlag. Der Hammerschlag ist eine impulsartige mechanische Anregung der Baugruppe. Die Übertragungsfunktion kann als Quotient aus der durch den Kraftsensor des Impulshammers erfassten Anschlag- bzw. Aufprallkraft und der durch den zumindest einen Sensor der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfassten Beschleunigung berechnet werden.

Bei den einzelnen Anregungen ist auf einen weitestgehend reproduzierbaren Impulsvektor, das heißt, eine möglichst konstante Schlag- bzw. Stoßstärke und eine möglichst konstante Schlag- bzw. Stoßrichtung, zu achten. Hammerschlagversuche sind mit vergleichsweise wenig zeitlichem und instrumentalem Aufwand durchführbar. Außerdem decken sie einen relativ breiten Frequenzbereich ab.

In einer weiter bevorzugten Ausführung umfasst das Analysieren folgende Schritte: Zerlegen der Schnittstellenkräfte durch Frequenzanalyse in Frequenzen; Ermitteln eines das Schwingungsverhalten der Baugruppe repräsentierenden Zahlenwertes durch Mittelung oder Summation der Frequenzen. Dies ist relativ recheneffizient und leicht zu implementieren.

Alternativ kann das Analysieren folgende Schritte umfassen: Zerlegen der Schnittstellenkräfte durch Ordnungsanalyse in Ordnungsanteile; Ermitteln eines das Schwingungsverhalten der Baugruppe repräsentierenden Zahlenwertes durch Mittelung oder Summation der Ordnungsanteile. Auch dies ist relativ recheneffizient und leicht zu implementieren.

In einer weiter bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Analysieren folgende Schritte umfassen: Zerlegen der Schnittstellenkräfte durch eine Filterbank in Frequenzen; Ermitteln eines das Schwingungsverhalten der Baugruppe repräsentierenden Zahlenwertes durch Mittelung oder Summation der Frequenzen. Auf diese Weise lässt sich sowohl die Schwingung als auch die frequenzabhängige Verteilung der Schwingung bestimmen. Bevorzugt werden mehrere Filterbänke verwendet. Filterbänke sind Anordnungen aus Tief-, Band- und Hochpassfiltern, mit denen Signale spektral zerlegt oder aus ihren Spektralanteilen zusammengesetzt werden können. Besonders bevorzugt erfolgt die Analyse mit einer Filterbank mit 1/n-Oktavfiltern. Bei der 1/n-Oktavanalyse wird die zu analysierende Schwingung durch eine digitale Filterbank in Teilsignale aufgeteilt, bevor der Pegel bestimmt wird. Die Filterbank weist mehrere parallel geschaltete 1/n-oktavbreite Filter auf. Bei einem Oktavfilter ist die obere Grenzfrequenz jeweils das Doppelte der unteren Grenzfrequenz. Besonders bevorzugt wird ein 1/3-Oktavfilter, auch Terzfilter genannt, verwendet. Dieser unterteilt die Oktavbänder nochmals in drei Teile.

In vorteilhafter Weise wird ein skalarer Zahlenwert ermittelt. Skalare Zahlenwerte sind recheneffizient handhabbar.

Weiterhin kann das Analysieren den zusätzlichen Schritt umfassen: Vergleichen des ermittelten Zahlenwertes mit einem festlegbaren Schwellwert. Aus dem Vergleich kann eine das Geräuschverhalten der Baugruppe beurteilende Schlussfolgerung bzw. eine Beurteilung abgeleitet werden. Beschreibung der Zeichnung

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen im Einzelnen

Figur 1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zur Beurteilung des Geräuschverhaltens einer Baugruppe in einer schematischen Darstellung,

Figur 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung,

Figur 3 die Vorrichtung aus Figur 2 in einer schematischen Darstellung mit schematisch angedeuteten Hammerschlagversuchen.

Ausführungsform der Erfindung

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und sind daher in der Regel jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.

Figur 1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Prüfvorrichtung 1 zur Beurteilung des Geräuschverhaltens einer Baugruppe 2 in einer schematischen, stark vereinfachten Darstellung.

Die als Prüfstand ausgeführte Vorrichtung 1 umfasst eine einteilige, als Einspannjoch ausgebildete Tragstruktur 3 und zwei, jeweils als Einspannbacken ausgebildete Verbindungsstrukturen 4. Die Verbindungsstrukturen 4 sind jeweils von der Tragstruktur 3 getragen. Die Baugruppe 2, die auch als Prüfling bezeichnet wird und deren Geräuschverhalten im laufenden Betrieb eines motorisch angetriebenen Systems interessiert bzw. zu prüfen ist, ist über die Verbindungsstrukturen 4 mit dem Prüfstand 1 verbunden bzw. in diesen eingespannt. Die Baugruppe 2 kann ein Teilsystem eines Kraftfahrzeugs sein, beispielsweise ein Lenksystem, eine Lenksäule oder ein Lenkgetriebe sein. Unmittelbar an bzw. auf der Baugruppe 2 selbst sind zwei Beschleunigungssensoren 5 angeordnet. Die Beschleunigungssensoren 5 dienen dazu, Relativbewegungen, Schwingungen und Vibrationen innerhalb der Baugruppe 2 zu messen, um die Schnittstellenkräfte zu bestimmen. Damit die interessierenden Schnittstellenkräfte präzise bestimmt werden können, ist darauf zu achten, dass die Beschleunigungssensoren 5 in ihrer Positionierung an dem Prüfling 2 präzise eingestellt werden. Für jeden einzelnen Prüfling 2 müssen sowohl die Beschleunigungssensoren 5 erneut an dem Prüfling 2 angeordnet werden bzw. auf dem Prüfling 2 positioniert werden als auch die Einspannbedingungen des Prüflings 2 in dem Prüfstand 1 erneut angepasst werden.

Figur 2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung 11 in einer schematischen, stark vereinfachten Darstellung.

Die als ein Prüfstand ausgebildete Vorrichtung 11 dient zur Ausführung eines Verfahrens zur Beurteilung des durch mechanische oder elektrische Schwingungen hervorgerufenen Geräuschverhaltens einer Baugruppe 12, wobei die Baugruppe 12 eine Vielzahl einzelner Elemente umfasst. In dem laufenden Betrieb eines motorisch angetriebenen Systems, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, das eine Baugruppe 12, beispielsweise ein Lenksystem, eine Lenksäule oder ein Lenkgetriebe, umfasst, können durch Schnittstellenkräfte hervorgerufene, störende Geräusche entstehen. Störende Geräusche, die auf die Baugruppe 12 zurückzuführen sind, werden typischerweise durch mechanische oder elektrische Schwingungen innerhalb der Baugruppe 12 hervorgerufenen.

Die Vorrichtung 11 umfasst eine als Einspannjoch ausgebildete Tragstruktur 13 sowie eine erste Verbindungsstruktur 14 und eine zweite Verbindungsstruktur 15. Die zwei Verbindungsstrukturen 14, 15 sind jeweils als Einspannbacken ausgebildet und von der Tragstruktur 13 getragen, das heißt an der Tragstruktur 13 angeordnet bzw. befestigt. Die Tragstruktur 13 ist einteilig ausgeführt.

Die Verbindungsstrukturen 14, 15 dienen zur Bildung einer lösbaren, mechanischen Verbindung zwischen der Vorrichtung 11 , genauer gesagt deren Verbindungsstrukturen 14, 15, und der Baugruppe 12.

Die Verbindungsstrukturen 14, 15 weisen eine hohe Steifigkeit auf und sind jeweils derart ausgeführt, eine sichere und feste kraftschlüssige Verbindung zwischen der Vorrichtung 11 und der Baugruppe 12 zu bilden, und zwar in einem ersten Verbindungsbereich 16 und einem zweiten Verbindungsbereich 17. Der erste Verbindungsbereich 16 wird zwischen der ersten Verbindungsstruktur 16 und der Baugruppe 12 gebildet. Der zweite Verbindungsbereich 17 wird zwischen der zweiten Verbindungsstruktur 15 und der Baugruppe 12 gebildet. An der ersten Verbindungsstruktur 14 ist ein erster Beschleunigungssensor 18 angeordnet bzw. fest daran installiert. Analog ist an der zweiten Verbindungsstruktur 15 ein zweiter Beschleunigungssensor 19 angeordnet bzw. fest daran installiert. Die Beschleunigungssensoren 18, 19 sind jeweils derart ausgebildet, triaxiale Beschleunigungen der Baugruppe 12 zu erfassen.

Figur 3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 11 aus Figur 2 in einer schematischen, stark vereinfachten Darstellung mit schematisch angedeuteten Hammerschlagversuchen.

Zur Ermittlung von zumindest einer, das dynamische Verhalten der Baugruppe 12 beschreibenden Übertragungsfunktion sieht das erfindungsgemäße Verfahren die Methode der experimentellen Modellbildung vor. Dazu können Hammerschlagversuche dienen. Zur Durchführung der Hammerschlagversuche wird die Baugruppe 12 an verschiedenen Positionen durch einen kontrollierten Impuls mechanisch angeregt, das heißt, durch einen Impulshammer angeschlagen.

Ein erster Hammerschlag wird durch den Impulshammer an einer ersten Hammerschlagposition 20 durchgeführt, wobei ein in dem Hammerkopf des Impulshammers angeordneter Kraftsensor die Anschlag- bzw. Aufprallkraft des Hammerschlags erfasst. Der Hammerschlag ist durch einen Pfeil andeutungsweise dargestellt. Durch die Erfassung der Anschlag- bzw. Aufprallkraft wird das für die Berechnung der Übertragungsfunktion erforderliche Eingangssignal bestimmt.

Die durch den Hammerschlag an der ersten Hammerschlagposition 20 in die Baugruppe 12 eingebrachten Schwingungen bewegen sich durch deren Struktur hindurch. Das heißt, dass die Schwingung eines Elements der Baugruppe 12 ein daran unmittelbar angrenzendes Element derselben Baugruppe 12 in Schwingung versetzt und so fort. Die eingebrachten, sich durch die Baugruppe 12 hindurchbewegenden Schwingungen erreichen schließlich den an der Verbindungsstruktur 14 angeordneten Beschleunigungssensor 18 sowie den an der Verbindungsstruktur 15 angeordneten Beschleunigungssensor 19. Dies ist andeutungsweise durch jeweils eine gestrichelte Linie dargestellt. Die durch die Schwingungen verursachten Beschleunigungen werden durch die Beschleunigungssensoren 18, 19 erfasst. Durch die Erfassung der Beschleunigungen wird das für die Berechnung der Übertragungsfunktion erforderliche Ausgangssignal bestimmt.

In analoger Weise werden jeweils durch den Impulshammer ein zweiter Hammerschlag an einer zweiten Hammerschlagposition 21, ein dritter Hammerschlag an einer dritten Hammerschlagposition 22 und ein vierter Hammerschlag an einer vierter Hammerschlagposition 23 durchgeführt.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung bzw. Prüfstand

2 Baugruppe bzw. Prüfling 3 Tragstruktur bzw. Einspannjoch

4 Verbindungsstruktur bzw. Einspannbacken

5 Beschleunigungssensor

11 Vorrichtung bzw. Prüfstand 12 Baugruppe bzw. Prüfling

13 Tragstruktur bzw. Einspannjoch

14 Erste Verbindungsstruktur bzw. Einspannbacke

15 Zweite Verbindungsstruktur bzw. Einspannbacke

16 Erster Verbindungsbereich für Kraftschluss 17 Zweiter Verbindungsbereich für Kraftschluss

18 Erster Beschleunigungssensor

19 Zweiter Beschleunigungssensor

20 Erste Hammerschlagposition

21 Zweite Hammerschlagposition 22 Dritte Hammerschlagposition

23 Vierte Hammerschlagposition

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Prüfvorrichtung (11), umfassend eine Tragstruktur (13) und von der Tragstruktur (13) getragene Verbindungsstrukturen (14, 15) zur Bildung einer lösbaren, mechanischen Verbindung mit einer Baugruppe (12), dadurch gekennzeichnet, dass jede der Verbindungsstrukturen (14, 15) eine definierte Steifigkeit aufweist und derart ausgeführt ist, eine kraftschlüssige Verbindung mit der Baugruppe (12) zu bilden, wobei an jeder der Verbindungsstrukturen (14, 15) ein Sensor (18, 19) zur Erfassung von Beschleunigungen und/oder Kräften angeordnet ist.

2. Prüfvorrichtung (11 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (13) ein Einspannjoch ist.

3. Prüfvorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstrukturen (14, 15) jeweils Einspannbacken sind.

4. Prüfvorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (12) eine Lenksäule oder ein Lenkgetriebe einer elektromechanischen Servolenkung ist.

5. Verfahren zur Beurteilung eines durch Schwingungen hervorgerufenen Geräuschverhaltens einer Baugruppe (12), die eine Vielzahl einzelner Elemente aufweist, umfassend folgende Schritte:

- Bereitstellen einer Prüfvorrichtung (11 );

- Verbinden der Baugruppe (12) mit der Prüfvorrichtung (11) über deren Verbindungsstrukturen (14, 15) durch Kraftschluss;

Mechanische Anregung der Baugruppe (12) durch Aufprägen eines externen und/oder internen Impulses;

Bestimmen einer das Geräuschverhalten definierenden Kenngröße.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen folgende Schritte umfasst:

- Ermitteln einer, das dynamische Verhalten der Baugruppe beschreibenden Übertragungsfunktion; Berechnen von zwischen den einzelnen Elementen der Baugruppe (12) wirkenden Schnittstellenkräften auf Grundlage der ermittelten Übertragungsfunktion;

- Analysieren der Schnittstellenkräfte.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfunktion durch Hammerschlagversuche ermittelt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysieren folgende Schritte umfasst:

- Zerlegen der Schnittstellenkräfte durch Frequenzanalyse in Frequenzen;

Ermitteln eines das Schwingungsverhalten der Baugruppe (12) repräsentierenden Zahlenwertes durch Mittelung oder Summation der Frequenzen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysieren folgende Schritte umfasst:

- Zerlegen der Schnittstellenkräfte durch Ordnungsanalyse in Ordnungsanteile; Ermitteln eines das Schwingungsverhalten der Baugruppe (12) repräsentierenden Zahlenwertes durch Mittelung oder Summation der Ordnungsanteile.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysieren folgende Schritte umfasst:

- Zerlegen der Schnittstellenkräfte durch eine Filterbank;

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein skalarer Zahlenwert ermittelt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysieren weiter folgenden Schritt umfasst:

- Vergleichen des Zahlenwertes mit einem festlegbaren Schwellwert.