18.1.2005 1

Erkennung von Produktionsfehlernund akustikrelevante Bewertung

Rotas-MTE: Zahnradprüfung mit Drehbeschleunigungsmessung

18.1.2005 2

Discom Industrielle Meß- und Prüftechnik

Die Firma wurde 1985 gegründet. Der Sitz ist Göttingen. Seit 1989 Meßsysteme für die akustische Qualitätssicherung. Zur Zeit 22 Mitarbeiter.

Die Basis-Systeme sind Rotas und MESAM-4 (DC-Entwicklung). Darauf basieren stationäre und mobile Systeme für die Prüfung von Gesamtfahrzeugen (APAS), Getrieben (ROTAS-GP), Zahnrädern (ROTAS-ZP), Kegelrollenlagern (ROTAS-TMO) und einer Reihe weiterer Komponenten.

MESAM 4

APAS-II

Grundsysteme KomponentenprüfungInnengeräusch

ROTAS-Mobil

18.1.2005 3ZF DZR-Abrollprüfung

Volkswagen D,SA,AR, China,B,SK,BRGetriebe, Innengeräuschprüfung,ZR-Abrollprüfung, Produktionsdaten

Tongil, KoreaSchaltgetriebe, Dauerlaufprüfung

SFT, Magna Stey PowertrainAchsgetriebe

Skoda, CzSchaltgetriebe

Saab, SSchaltgetriebe

SKF D, USA, Indien, UkraineKegelrollen-Lager

Robert Bosch Starter, Einspritzpumpen,Produktionsdaten

Renault, PeugeotAutomatikgetriebe

OpelSchaltgetriebe

DISCOM: Kunden und Anwendungen

New Venture Gear, DAusgleichsgetriebe

Linamar, CanadaAchsgetriebe

Hyundai, KoreaZR-Abrollprüfung

Gearbox, SPSchaltgetriebe, ZR-Abrollprüfung

Ford, DZR-Abrollprüfung

First Automobile Works, ChinaSchaltgetriebe

DaimlerChrysler D, USKooperation MESAM4, Getriebe und Motoren.

Borg-Warner, USA,UKAusgleichsgetriebe und Achsen

Bentley, UKInnengeräuschprüfung APAS

American Axle, USAAchsgetriebe

18.1.2005 4

Umdrehunssynchrone Getriebeanalyse

Antrieb Zwischen-Welle Abtrieb

Das Getriebegeräusch setzt sichaus der Summe der Einzel-geräusche der mechanischen Komponenten zusammen.

Aus den Übersetzungsverhältnissen lassen sich die Einzelgeräusche zurückgewinnen

UmdrehungssynchroneGetriebeanalyse:Die Signalewerden synchronzu den Getriebe-wellen erfaßt:Akustisches Stroboskop.

Antrieb

Zw.-Welle

Abtrieb

18.1.2005 5

400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 m Rev

-16.0

-8.0

0.0

8.0

16.0

g

ZwAn

-16.0

-8.0

0.0

8.0

16.0

g

ZwAb

-16.0

-8.0

0.0

8.0

16.0

g

TsAb

Synchrone Mittelung II

Beschädigungen werden in dem Synchron-Kanal angezeigt, der auf die beschädigte Welle synchronisiert ist.

Als Meßgröße dient der Crest-Faktordes Zeitsignals

Crest = Spitzenwert/Effektivwert

AG4 V4.0 Typ 39 Palette 67 04.Jun'2000,17:10:16-------------------------------------------------------------------Code Fehlertext Gang Ist Grenz Mw E Kx448 Beschaedigung 3.-Gang / Zug 3-Z 16.8/ 12.0/ 9.5 Crest ZwAn--------------------------------------------------------------------

AG4 V4.0 Typ 39 Palette 67 04.Jun'2000,17:10:16-------------------------------------------------------------------Code Fehlertext Gang Ist Grenz Mw E Kx448 Beschaedigung 3.-Gang / Zug 3-Z 16.8/ 12.0/ 9.5 Crest ZwAn--------------------------------------------------------------------

18.1.2005 6

Messung der Drehbeschleunigung

n

M

3000

0

0

50 60 70 80 90 100 110 120 130 Ord

40

50

60

70

80

dBV

Mix

Antrieb

GM

2 *GM

GhostOrders

Mechanisches LayoutRotas Geräuschanalyse

TorsionalAccelerometer

5-10 Nm 5-10 Nm

Prüfling

t

t

15-20 s

Abrollrad

Zug-Schub-Messung bei geeigneter Drehzahl. Option Rampe

18.1.2005 7

Optischer Drehbeschleunigungssensor

Rotierender Messflansch

Beschleunigungs-Sensoren messen Abweichung von gleichförmiger Umdrehung

LED-SenderOptischer Empfänger Stromversorgung fürMessflansch

Beschleunigungs-sensor

18.1.2005 8

Prüfling

Meisterrad

Drehbeschleunigungs-Sensor

Einflanken-Wälzprüfung mit Linnenbrink

18.1.2005 9

Stirnradverzahnung mit Drehbeschleunigung

0.00.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Rev

V.V

-0.3

-0.2.-0.2

-0.1.-0.1

0.0.0.0

0.1.0.1

0.2.0.2

Crank

0.00.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Rev

V.V

-0.3

-0.2.-0.2

-0.1.-0.1

0.0.0.0

0.1.0.1

0.2.0.2

Cam_Shaft

0.00.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Rev

V.V

-0.3

-0.2.-0.2

-0.1.-0.1

0.0.0.0

0.1.0.1

0.2.0.2

Crank

0 00 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 Rev

V.V

-0.3

-0.2.-0.2

-0.1.-0.1

0.0.0.0

0.1.0.1

0.2.0.2

Cam_Shaft

Guter Radsatz

Kurbel-wellen-Rad

Nocken-wellen-Rad

0.00.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Rev

V.V

-0.24

-0.16.-0.16

-0.08.-0.08

0.00.0.00

0.08.0.08

0.16.0.16

Crank

0.00.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Rev

V.V

-0.24

-0.16.-0.16

-0.08.-0.08

0.00.0.00

0.08.0.08

0.16.0.16

Cam_Shaft

Schlechter Radsatz:Exzentrizität am Nockenwellenrad, Tragbildfehler

Schlechter Radsatz: Beschädigung am Nockenwellenrad

Die Bilder zeigen die Drehbeschleunigungs-Signale von drei Stirnradpaarungen. Deutlich können die verschiedenen Fehler unterschieden werden.

18.1.2005 10

Vergleich mit DIN 3960 Wälzabweichung

Fi’ Einflanken-Wälzabweichung

Fi’Fi’

fk’ kurzwelligerAnteil derWälzabweichung

fk’ fk’

Guter Radsatz Schlechter Radsatz:Exzentrizität am Nockenwellenrad, Tragbildfehler

Die Bilder zeigen die Wälabweichung einer Umdrehung des Nockenwellenrads nach Mittelung über 10 Umdrehungen. Trotz der Messzeit von 25 s unterscheiden sich gute und schlechte Räder nur gering. Fi’ ist sogar kleiner für den schlechten Radsatz.

18.1.2005 11

Trennung von Verzahnungsfehlern

Im akustischen Signal sind dieAnteile aller Verzahnungen enthalten.

Aus den Übersetzungsverhältnissen des Getriebes lassen sich Ausschnitte des Signals ermitteln, die zu einer Umdrehung einer Welle gehören.Die Zahneingriffspegel sind physikalisch bedingt nur von der Zahnradpaarung abhängig.

Rundlauffehler und Oberflächenfehler jedoch lassen sich den Wellen und Zahnrädern zuordnen. Dazu gehören:

� Exzentrizitäten, � Abweichung von der Kreisform� Teilungsfehler,� Oberflächenwelligkeiten

(Geisterordnungen)� Beschädigungen

Z1

16

Z2

20

Z1

16

Z2

20

Der Zahneingriff hängt von der Paarung ab.

Rundlauf- und Oberflächenfehlerlassen sich den Rädern zuordnen.

16

20

16

20

18.1.2005 12

50 60 70 80 90 100 110 120 130 Ord

40

50

60

70

80

dBV

Mix

Antrieb

Umdrehungssynchrone Analyse liefert nach Mittelung periodische Signale, die ohne Fourier-Fenster analysiert werden können.

Damit lassen sich im Spektralbereich Ordnungen mit bis zu 60 dB Dämpfung zur Nachbarordnung trennen.

Rundlauf-Fehler können durch die hohe Auflösung klar von Eingriffsfrequenzen getrennt werden. Nur damit ist auch eine eindeutige Zuordnung der Rundlauffehler zu den Getriebewellen möglich.

Blau: Spektrum eines Getriebes mit konventioneller Ordnungsanalyse (Kaiser-Bessel Fenster).

Grün: Ordnungsspektrum des umdrehungsynchron gewonnenen Signals

Geräuschkomponenten einer Verzahnung

ZE 2 *ZE

Rundl. Geisterordnung

18.1.2005 13

Ergebnisse der Drehbeschleunigungsmessung

und PrüftechnikIndustrielle Meß-

Crank No 30-4005.04.05 10:19

0 20 40 60 80 100 120 Ord 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

dBV

Spectra / Pz1 / SK1 / SpecReport

0 40 80 120 160 200 240 Ord 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

dBV

Spectra / Pz1 / SK2 / SpecReport

0 20 40 60 80 100 120 Ord 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

dBV

Spectra / Pz2 / SK1 / SpecReport

0 40 80 120 160 200 240 Ord 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

dBV

Spectra / Pz2 / SK2 / SpecReport

Zug Schub

Kurbelwelle

Nockenwelle

H1 H2

H3

30 verschiedene Radpaarungen zeigen klar die Zahneingriffsordnungen H1, H2 und H3.

18.1.2005 14

Bewertung von Ordnungsspektren

10 20 30 40 50 60 70 80 90 Ord

45

60

75

90

105

dBgVGW

VGW-lim

Die Ordnungsspektren der Synchronkanäleund des Mixkanals werden mit einer Grenz-kurve verglichen. Jeder Ordnung dieser Grenzkurve ist ein Fehlercode zugeordnet, der im System automatisch vergeben werden kann. Bei Überschreitung wird eine Klartext-Fehlermeldung ausgelöst.

Die Grenzkurven bestehen aus Abschnitten,die über einen Lernvorgang ermittelt werdensowie aus Abschnitten, die fest vorgegeben werden können.

Das automatische Lernen wird in Ordnungsbereichen angewandt, über die zunächst keine Kenntnisder Geräuschauswirkungen vorliegt. Hierzu gehören Teilungsfehler, Geister-ordnungen und Lagergeräusche im Mix-Kanal.

Die festen Grenzen werden nach Fahrversuchenauf die Zahneingriffsordnungen und derenSeitenbänder angewandt (“Hüte“), um unzulässige Ab-weichungen der Zahngeometrie und des Rundlaufsfestzustellen

18.1.2005 15

10 20 30 40 50 60 70 80 90 Ord

20

40

60

80

100

dBg

MaxBnd

MinBnd

StdDev

AW-avg

SK1-lim

Spektrale Grenzkurven

Grenzkurve aus Mittelwert + Offset + n-fache Standardabweichung. Begrenzung durch:Hüte, Min- und Max-Polygon

Hüte für Zahneingriffsordnungen und Seitenbänder

18.1.2005 16

Beispiele für Ausfälle in verschiedenen Ordnungen

18.1.2005 17

Option Datenserver

Server

Auswertung undParametrierung

Prüfstände

Intranet

DatenParameter

Arbeitsplatzmit Internet-Explorer

Zentrale Archivierung der LiniendatenZentrale Parametrier-Daten

Auswertung und Parametrierung von jedem Arbeitsplatz mit Intranet-Anbindung (und Datenbankwerkzeugen)

18.1.2005 18

Statistische Auswertung

18.1.2005 19

Zur Überwachung von Ordnungsspektren über einen Produktionszeitraum eignen sich Campbell- oder 3-D-Diagramme. Schnittlinien zeigen die Daten eines Einzelaggregats oder die Zeitreihe einer Spektralenergie

Spektral-Statistiken

18.1.2005 20

Intranet-Abfrage

Die in der Messdatenbank enthaltenen Informationen können über das Intranet abgerufen werden (.net Server)

Dies erlaubt es, die Produktion in Echtzeit zu überwachen sowie beliebige Zeiträume zu betrachten.

18.1.2005 21

Auswertung nach Linien und Typen

Die Abfrage kann nach Typen oder nach Linien bzw. Prüfständen aufgeschlüsselt werden.

Neben dem Zeitraum können weitere Auswahlkriterien angegeben werden (z.B. nur Direktläufer).

18.1.2005 22

Statistik und Prüfstandsabgleich

Produktionsver-läufe können statistisch ausgewertet werden.

Prüfstände lassen sich unmittelbar vergleichen

18.1.2005 23

Fehlerschwerpunkte und Ausfallraten

Die Ergebnisse werden in Tabellenform und als Grafik bereitgestellt.