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Fehlersuche bei Schall- und Vibrationsmessungen

Fehlersuche bei spezifischen Schall- und Vibrationsproblemen und Ursachenanalyse von Schall- und Vibrationsproblemen. Identifizierung und Umsetzung von Gegenmaßnahmen zur Abmilderung der Probleme.

Die Reduzierung von Lärm und Vibrationen in Produkten trägt dazu bei, dass der Benutzer das Produkt optimal nutzen kann und dass das Produkt während seiner erwarteten Lebensdauer den Spezifikationen entsprechend funktioniert. Dies ist der Fall bei der Entwicklung neuer Produkte, bei der Bewertung von Produktänderungen und bei der Untersuchung von Problemen bei bestehenden Produkten. Zu den Strategien gehören die Fehlersuche bei spezifischen Schall- und Vibrationsproblemen und die Ursachenanalyse von Schall- und Vibrationsproblemen. Eine zentrale Aktivität in diesem Prozess ist die Identifizierung und Umsetzung von Gegenmaßnahmen zur Abschwächung der Probleme.

Wir haben mit einer Reihe von Kunden an Projekten zur Geräuschreduzierung bei in Betrieb befindlichen Produkten und zur Identifizierung von Lärm- und Vibrationsursachen bei Konstruktionsänderungen gearbeitet. Die Produktlebensdauer kann auch mit Methoden der Fehlersuche und Ursachenanalyse untersucht werden.

Im Folgenden finden Sie einige Projekte, bei denen wir mit Kunden zusammengearbeitet haben, um Geräusch- und Vibrationsprobleme zu beheben und Abhilfemaßnahmen zu empfehlen:

 

Ein Unternehmen für medizinische Geräte benötigte Unterstützung bei der Bewertung der NVH-Leistung eines Wundtherapiegeräts und bei der Ermittlung der besten Richtlinien zur Reduzierung von Lärm und Vibrationen. Betriebsgeräusch- und Vibrationsmessungen wurden in einer schalltoten Kammer durchgeführt. Wir haben den Quelle-Path-Empfänger-Ansatz verwendet und uns dabei auf die FFT- und Ordnungsanalyse konzentriert, um die Ursachen der vom Gerät verursachten Geräusche und Vibrationen zu ermitteln. 

Anhand der Testergebnisse konnten wir wirksame Gegenmaßnahmen vorschlagen, um Lärm und Vibrationen sowohl an der Quelle als auch auf dem Weg zum Empfänger zu reduzieren. Da das Gerät jedoch bereits weit in der Entwicklung war, beschloss der Kunde, nur pfadbezogene Gegenmaßnahmen zu implementieren.

Ein Hersteller von Landwirtschafts-, Umwelt- und Baumaschinen entschied sich dafür, die Messung der Schallleistung seiner Wannenschleifmaschine auszulagern. Sie wollten auch die Techniken erlernen, um ihre Probleme mit der Tonleistung selbst zu beheben. Es wurden standardisierte Schallleistungsmessungen durchgeführt und zur Quantifizierung der Quellen verwendet, wobei der Schwerpunkt auf der Beurteilung lag, welche Bänder am meisten zum Gesamtpegel beitragen. Sobald der Fokus eingegrenzt war, wurden sowohl akustische als auch strukturelle Resonanzen berechnet/gemessen, um festzustellen, ob die Ursache eine erzwungene Reaktion oder eine Eigenfrequenz war. Die Ursache wurde ermittelt und es wurden Empfehlungen angenommen, die die Schallleistungsergebnisse des Wannenschleifers erheblich reduzierten. Der Kunde lernte die für dieses Projekt verwendeten Techniken, so dass er ähnliche Probleme in Zukunft lösen kann.

Ein koreanisches Transplantat benötigte eine Buzz, Squeak and Rattle (BSR) Validierung eines Facelifts seines Serienfahrzeugs für den nordamerikanischen Markt. Die Problembereiche waren die Instrumententafel, die Mittelkonsole und der Dachhimmel. Um diesen Test durchzuführen, haben wir das Fahrzeug auf einen 4-Säulen-Shaker gestellt und verschiedene Antriebsdateien verwendet, um verschiedene BSR-Ereignisse anzuregen.

Identifizierung von Geräuschen, Quietschen und Klappern und Ursachenanalyse

Um die Kommunikation mit dem koreanischen Team zu erleichtern, haben wir ein sphärisches Beamforming-Array-System verwendet, um akustische Bilder von vorübergehenden BSR-Ereignissen vor und nach den Anpassungen des Fahrzeugs aufzunehmen. 

Ein nordamerikanischer Automobilhersteller bat uns, die Mechanismen zu untersuchen, die die Klangqualität (SQ) eines Türschließvorgangs beeinflussen. Die Messungen wurden am Fahrzeug des Kunden und an einem Zielfahrzeug mit gutem Türschluss SQ durchgeführt. Die Fahrzeuge waren mit Dichtungsdruckmesssystemen, Beschleunigungssensoren zur Ermittlung der Betriebsablenkungsformen und Dehnungssensoren zur Abschätzung der Kräfte an der Verschluss-/Schließerposition während des Türschließvorgangs mit kontrollierter Geschwindigkeit ausgestattet. Es wurden auch akustische Nahfeldholographie-Messungen durchgeführt, um den von der Türoberfläche abgestrahlten Lärm als Funktion von Zeit und Frequenz zu visualisieren. Die gesammelten Daten wurden analysiert und mit denen der anderen Fahrzeuge verglichen, um Rückschlüsse auf physische Unterschiede zu ziehen und Hypothesen über die vorherrschenden Kontrollmechanismen zu formulieren.

Ein Tier-1-Zulieferer von Fahrzeugdachsystemen benötigte technische Unterstützung bei der Integration seiner PULSE NVH-Produktionstestsysteme in seine Produktionslinie, bei der Entwicklung/Setzung von Produktakzeptanzzielen und bei der Behebung von Geräusch- und Vibrationsproblemen in den geprüften Proben. An einer Reihe von End-of-Line-Systemen in den USA und im Ausland wurden Vibrationsmessungen im Betrieb durchgeführt. Für jeden identifizierten Fehlermodus wurden verschiedene Analysetechniken angewandt, wie z.B. Frequenzspektren, Hüllkurvenanalyse und Statistik im Zeitbereich. Der Quelle-Path-Empfänger-Ansatz wurde für die Fehlersuche bei NVH-Problemen verwendet. Anschließend wurden die Kriterien für die Produktakzeptanz mit den subjektiven Präferenzen korreliert und in das End-of-Line-Produktionssystem implementiert.

Ein Erstausrüster, der Antriebsstränge für Nutzfahrzeuge herstellt, bat uns, ein vibrationsbedingtes Problem mit der Haltbarkeit seiner Kraftstoffleitungen zu beheben. Vibrations- und Belastungsmessungen wurden auf einem Dynamometer und in einer externen Einrichtung durchgeführt. Diese wurden mit den Ergebnissen der statischen Modaltests für die Komponenten verglichen. Die Ursache für die starken Vibrationen wurde auf die modale Ausrichtung der Komponenten des Kraftstoffsystems zurückgeführt. Im Rahmen des Projekts haben wir mehrere Gegenmaßnahmen entwickelt und getestet, die die Vibrationen der Kraftstoffleitung und die Belastung ihrer Befestigungskomponenten erheblich reduzieren.

Ein weltweit tätiger Anbieter von IT-Dienstleistungen und -Geräten bat um Unterstützung bei der Identifizierung von Lärmquellen in seiner Schecksortieranlage und um Vorschläge für Gegenmaßnahmen zur allgemeinen Lärmminderung. Sowohl operative als auch stationäre Messungen wurden in einem schalltoten Raum durchgeführt. Akustische Holographie-Messungen im Nahfeld wurden in Verbindung mit einer Schmalband-, 1/3-Oktavband- und Frequenzganganalyse (FRF) durchgeführt, um alle relevanten Geräuschquellen aufzuspüren. Die Gegenmaßnahmen zur Behebung der Resonanzprobleme und zur Senkung des Gesamtpegels wurden vom Kunden akzeptiert. Darüber hinaus wurden Empfehlungen für die Klangqualität ausgesprochen, die der Kunde bei zukünftigen Designprozessen berücksichtigen will.

Ein führendes Unternehmen in der Entwicklung, Herstellung und dem weltweiten Vertrieb von elektronischen und elektromechanischen Komponenten und Systemen bat uns um Hilfe, um die Ursache eines Geräuschproblems zu verstehen und zu identifizieren, das die Markteinführung einer seiner Produktlinien verzögert hatte. Betriebsakustik und Vibrationen, statische FRF-Tests und Messungen der Klangqualität wurden durchgeführt, um objektive Parameter zur Unterscheidung zwischen gut und schlecht zu bestimmen. Das Quelle-Path-Empfänger-Modell wurde angewandt, wobei der Schwerpunkt auf der Frequenzbereichsanalyse lag, um die wichtigsten Geräuschmerkmale des störenden Lärms zu identifizieren. Dies führte zur Implementierung von Gegenmaßnahmen, um das Problem des spezifischen Rauschens sowohl an der Quelle als auch auf dem Weg zum Empfänger zu reduzieren. Die Empfehlungen aus dem Projekt halfen dem Kunden dabei, diese Produktlinie mit einem verbesserten Motordesign auf den Markt zu bringen.

Ein Hersteller von Staubsaugern und Bodenpflegeprodukten benötigte Hilfe, um die Hauptlärmquellen zu verstehen, die am stärksten zum Gesamtschalldruckpegel und zur Belästigung des Bedieners eines Industriestaubsaugers beitragen. Die Messungen der Betriebsgeräusche wurden in einer halbschalltoten Kammer und in einem ruhigen Raum durchgeführt, um eine typische Betriebsumgebung besser zu simulieren. Mehrere Mikrofone, ein binauraler Kopf und eine Schallintensitätskartierung wurden sowohl in Schmalband- als auch in 1/3-Oktav-Bändern analysiert, um die wichtigsten Geräuschquellen zu ermitteln. Das Ergebnis war eine Reihe von Design-Empfehlungen, die in diese Produktlinie eingearbeitet wurden und als Design-Richtlinien für alle zukünftigen Plattformen dienen.

Windturbinen sind mit Alarmen ausgestattet, um sicherzustellen, dass Ungleichgewichte im System erkannt und korrigiert werden, bevor eine Turbine kritische Fehler entwickelt. Ein Hersteller von kundenspezifischen Windturbinenblättern und Lüftungsanlagen bat uns, ein Unwuchtproblem in einem Blatt an einem Kundenstandort in Mexiko zu untersuchen, da der Unwuchtalarm immer wieder ertönte. Um das Problem zu verstehen, haben wir vor Ort betriebliche Vibrationsmessungen durchgeführt. Wir haben FFT, Ordnungsanalyse und Balancierungstechniken verwendet, um das Ungleichgewicht der Blätter zu charakterisieren. Die Messungen ergaben, dass es nicht die Unwucht der Blätter war, die den Alarm auslöste. Ein Problem an einer anderen Stelle der Anlage war die Ursache für die Vibrationsprobleme, die der Kunde des Klingenherstellers hatte. 

Diagnose von Geräusch- und Vibrationsproblemen bei einem großen RollenprüfstandEingroßer Rollenprüfstand für Fahrzeuge wies übermäßige Hintergrundgeräusche im 200- und 250-Hz-Bereich auf. Wir führten betriebliche und künstliche Erregungsversuche durch und stellten fest, dass das Geräusch strukturell bedingt war und auf einen Biege- und einen Torsionsmodus der Reaktionsmasse des Prüfstandmotors zurückzuführen war, der mit einem Biegemodus der Motorantriebswelle gekoppelt war. Die Lebendigkeit der Moden bei diesen beiden Frequenzen wurde sowohl durch Modaltests als auch durch Betriebsablenkungsformen aus Betriebsdaten bestätigt. Um das Problem zu lösen, wurden Dämpfer mit abgestimmter Masse entwickelt und erfolgreich installiert.

Ein Hersteller von Zugangsgeräten und Spezialfahrzeugen für den Verteidigungs-, Feuerwehr- und Notfallbereich sowie für den kommerziellen Einsatz musste die wichtigsten Lärmquellen und -pfade identifizieren und Designempfehlungen zur Reduzierung des Schallpegels einer Feuerlöschanlage geben. Impulsive Akustik- und Vibrationsmessungen wurden nach den Vorgaben des Kunden im Werk des Kunden durchgeführt. Sowohl die Analyse im Zeit- als auch im Frequenzbereich wurde angewandt, um die Quelle zu quantifizieren und zu beurteilen, ob es Möglichkeiten zur Verringerung der Emissionen im Verlauf des Systems gibt. Es wurden Konstruktionsempfehlungen zur Reduzierung des impulsiven Lärms gegeben und Gegenmaßnahmen zur weiteren Reduzierung des Lärmpegels in diskreten Frequenzbereichen vorgestellt.

Ein Hersteller von Schwerlastachsen und Achsenkomponenten für Militärfahrzeuge und Off-Highway-Maschinen benötigte Unterstützung bei der Identifizierung der Quelle eines unangenehmen Ratterns in einer Getriebebaugruppe und bat um Gegenmaßnahmen und Empfehlungen zur Reduzierung oder Beseitigung des Geräuschs. Betriebsgeräusch- und Vibrationsmessungen wurden in einer unabhängigen Testanlage für Geländewagen durchgeführt. Wir haben Zeit- und Frequenzbereichsanalysen, Ordnungsanalysen, Hüllkurvenanalysen und modale FRF-Messungen verwendet, um die Quelle des Rauschens zu identifizieren. Es wurden Design-Empfehlungen ausgesprochen, die sich auf die Senkung von Zwangsfunktionen und das Verstehen/Verschieben von Resonanzen konzentrieren. Es wurde auch empfohlen, die Isolierung zu verbessern, um das Klappergeräusch weiter zu reduzieren.

Wir haben mit einem Hersteller von Rasenmähern zusammengearbeitet, um ihm zu helfen, die Vibrationsleistung eines seiner Produkte zu verstehen. Um die interessanten Frequenzbereiche zu identifizieren, haben wir künstliche Anregungsdaten erfasst. Dann haben wir während des Betriebs gemessen, um die Vibrationsstärke des Mähers bei normaler Nutzung zu verstehen. Die Modalanalyse wurde verwendet, um herauszufinden, wie die Vibrationen am Standort des Bedieners (Empfängers) am besten verbessert werden können. Die Ergebnisse wurden dem Kunden zur Integration in die zukünftige Entwicklung der Vibrationsqualität seiner Produkte übergeben.

Ein Hersteller von Landwirtschaftsmaschinen wandte sich an uns, um einen akustischen Ausleger in einem Traktor zu beheben und mögliche Gegenmaßnahmen zu ermitteln. Wir haben statische und betriebliche Geräusche und Vibrationen in der Anlage des Kunden unter Anwendung des Quelle-Path-Empfänger-Modells gemessen. Spektral-, Ordnungs- und Modalanalyse wurden verwendet, um die Schlüsselkomponenten des akustischen Booms zu verstehen.

Traktor Akustischer Ausleger Fehlersuche

Der Ausleger bestand aus hohen Quellpegeln in Verbindung mit einem Problem der modalen Ausrichtung, das nach einer Designänderung auftrat. Wir haben empfohlen, den Quellpegel zu reduzieren und die gekoppelten Resonanzen zu verschieben. Zusätzlich zu den empfohlenen Änderungen halfen wir dem Kunden auch bei der Entwicklung eines Diagramms zur Ausrichtung der Betriebsarten, das bei der zukünftigen Entwicklung von Traktoren als Referenz dienen soll.

Um den Geräuschpegel am Fahrerplatz eines Fahrzeugs effektiv zu kontrollieren, ist es wichtig, genau zu wissen, welche Elemente des Fahrzeugs zu den Pegeln am Fahrerplatz beitragen. Wir haben eine SPC-Analyse (Source Path Contribution) an einem Kompaktlader durchgeführt, um die Hauptverursacher der Schalldruckpegel an der Fahrerposition zu ermitteln. Die SPC-Analyse erfordert akustische (P/F) und Vibrations- (A/F) Übertragungsfunktionen von den Quellenstandorten zum Empfängerstandort zusätzlich zu den Messungen zur Charakterisierung der Betriebsquellen (abgestrahlter Schall und Vibrationen), so dass der Beitrag jeder Quelle und jedes Pfades berechnet werden kann.

Wir haben diese Analyse durch Was-wäre-wenn-Studien ergänzt, in denen die Daten analysiert wurden, um zu zeigen, welche Reduzierungen der Strahlungsstärke erforderlich wären, um die Betreiberwerte auf ein gewünschtes Zielniveau zu senken. Durch diese Tests und Analysen konnte der Fahrzeughersteller ein besseres Verständnis dafür entwickeln, wie der Lärm am Fahrerplatz am besten kontrolliert werden kann. Sie erhielten auch einen Einblick in und ein Verständnis für den SPC-Prozess und seine Möglichkeiten.

> BOBCAT reduziert Betriebsschwingungen mit der Analyse des gesamten Fahrzeugs (Fallstudie)

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