Rotas-TorAcc:  Einflankenwälzprüfung mit Drehbeschleunigungsmessung
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Erkennung von Produktionsfehlern und akustikrelevante Bewertung PowerPoint PPT Presentation


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Rotas-TorAcc: Einflankenwälzprüfung mit Drehbeschleunigungsmessung. Erkennung von Produktionsfehlern und akustikrelevante Bewertung. Discom Industrielle Mess- und Prüftechnik. Innengeräusch. Grundsysteme. Komponentenprüfung. APAS-II. ROTAS-Mobil. MESAM 4.

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Erkennung von Produktionsfehlern und akustikrelevante Bewertung

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Presentation Transcript


Erkennung von produktionsfehlern und akustikrelevante bewertung

Rotas-TorAcc: Einflankenwälzprüfung mit Drehbeschleunigungsmessung

Erkennung von Produktionsfehlern

und akustikrelevante Bewertung


Erkennung von produktionsfehlern und akustikrelevante bewertung

Discom Industrielle Mess- und Prüftechnik

Innengeräusch

Grundsysteme

Komponentenprüfung

APAS-II

ROTAS-Mobil

MESAM 4

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.


Discom kunden und anwendungen

DISCOM: Kunden und Anwendungen

Cummins


Akustische pr fstationen in der fertigung

Akustische Prüfstationen in der Fertigung

Zahnrad-Abrollprüfung

Bisher:

Beschädigung,einige Oberflächenfehler

Prüfung von Gesamtgetrieben am EOL-Prüfstand

Zahneingriff, Beschädigung, Oberflächenwelligkeit,

Lagerfehler

Prüfung teilmontierter Getriebe

Beschädigung

Fahrzeug

Ziel:

Akustikrelevante Beurteilung der Verzahnung:

Zahneingriff, Beschädigung, Oberflächenwelligkeit

Je früher ein Fertigungsfehler erkannt wird, je geringer sind die Rückbaukosten.

Für die akustikrelevante Beurteilung einer Verzahnung ausserhalb des Getriebes ist es optimal, die Einbausituation nachzubilden: Achsabstand, Last, Arbeitsdrehzahl


Zweiflankenw lzpr fung

Abrollrad auf Schwinge o. Ä.

Prüfling, angetrieben

Zweiflankenwälzprüfung

Signal Beschleunigungssensor


Besch digungserkennung zweiflankenpr fung

Beschädigungserkennung Zweiflankenprüfung

Zeitsignal gutes Rad. Erheblicher Pegel der Zahneingriffsordnung durch abweichende Geometrie des Abrollrades vom Getriebe-Einsatz.

Zeitsignal eines beschädigten Rades.

Nicht immer im Grundgeräusch zu erkennen.

Zeitsignal eines stark beschädigten Rads. Gut zu erkennen.


Erkennung von produktionsfehlern und akustikrelevante bewertung

Einflankenwälzprüfung

Mechanisches Layout

Räder werden auf Achsabstand und

unter Last geprüft. Ziel: Beurteilung möglichst aller (geräuschbildender) Zahnfehler.

Die Zahnfehler äußern sich in nichtgleichförmiger Umdrehung: Ungleichförmiger Drehgeschwindigkeit = Drehbeschleunigung.

Prüfling

Abrollrad

5-10 Nm

5-10 Nm

Zwei Verfahren:

Indirekt: Wälzabweichung nach DIN 3960

Ermittlung des Drehwinkelfehlers. Messgröße ist die Winkelabweichung des Abrollrades von der Winkelstellung, die aufgrund des Übersetzungsverhältnisses auftreten sollte. Entspricht einer Wegmessung.

Direkt: Messung der Drehbeschleunigung

Direkte Messung der Drehbeschleunigung, über einen mitrotierenden Beschleunigungssensor. Ergibt als Messgröße direkt den Abwälzfehler.

Über F =m*a ist die Beschleunigung Ursprung der in das Getriebe eingeleiteten Vibration.


Messverfahren w lzabweichung

Messverfahren Wälzabweichung

Winkelteilung:

2048 Striche

Prüfling

dW

Winkelfehler

Winkelteilung:

5.000.000 Striche

dW

Theor. Winkel

Umdr. Prüfling

Abrollrad

Gem. Winkel

Prinzip: An 2048 Stellen des Prüflings wird die Winkelstellung des Abrollrades mit einer Genauigkeit von 1/10.000 Grad gemessen und mit der theoretischen Winkelstellung (Za/Zp) verglichen. Der Drehwinkelfehler wird über der Umdrehung des Prüflings aufgetragen.

Nach Mittelung über mehrere Umdrehungen des Prüflings erhält man die mittlere Wälzabweichung Prüfling gegen Abrollrad.

Die Drehzahlen sind niedrig zu wählen, um die sehr kleinen Winkelabweichung 1/100 – 1/10 Grad) nicht in der Trägheit des Abrollsystems zu verlieren. Verwendet wurden 60 UPM. Bei Mittelung über 10 Umdrehungen beträgt die Prüfzeit 10 Sekunden / Seite.


Erkennung von produktionsfehlern und akustikrelevante bewertung

Messdaten DIN 3960 Wälzabweichung

Die Bilder zeigen die Wälzabweichung einer Umdrehung des Nockenwellenrads nach Mittelung über 10 Umdrehungen. Geringer Unterschied zwischen guten und schlechten Rädern: Fi’ ist sogar kleiner für den schlechten Radsatz.

fk’ kurzwelliger Anteil der Wälzabweichung

fk’

fk’

Fi’ Einflanken-Wälzabweichung

Fi’

Fi’

Schlechter Radsatz:

Exzentrizität am Nockenwellenrad, Tragbildfehler

Guter Radsatz


Erkennung von produktionsfehlern und akustikrelevante bewertung

dBV

80

Mix

70

Antrieb

5-10 Nm

5-10 Nm

60

GM

Ghost

Orders

50

2 *GM

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

Ord

Messung der Drehbeschleunigung

Mechanisches Layout

Rotas Geräuschanalyse

Prüfling

Abrollrad

Torsional

Accelerometer

Zug-Schub-Messung bei geeigneter Drehzahl.

Option Rampe.

Drehzahlbereich entspricht der Anwendung.


Optischer drehbeschleunigungssensor

Optischer Drehbeschleunigungssensor

Beschleunigungs-

Sensoren messen Abweichung von gleichförmiger Umdrehung

Stromversorgung für

Messflansch

Optischer Empfänger

LED-Sender

Beschleunigungs-

sensor

Rotierender Messflansch


Erkennung von produktionsfehlern und akustikrelevante bewertung

Einflanken-Wälzprüfung mit Linnenbrink

Drehbeschleunigungs-Sensor

Prüfling

Meisterrad


Erkennung von produktionsfehlern und akustikrelevante bewertung

Engine Gear Tester Getrag / Cummins


Erkennung von produktionsfehlern und akustikrelevante bewertung

Umdrehunssynchrone Rotor-Analyse

Das Abrollgeräusch setzt sich

aus der Summe der Einzel-geräusche der mechanischen Komponenten zusammen.

Aus den Übersetzungsverhältnissen lassen sich die Einzelgeräusche zurückgewinnen

Abrollrad

Prüfling

Umdrehungssynchrone

Rotoranalyse:

Die Signale

werden synchron

zu den Rotoren

erfasst:

Akustisches

Stroboskop.

Abrollrad

Prüfling


Trennung von verzahnungsfehlern

Trennung von Verzahnungsfehlern

  • Im akustischen Signal sind die

  • Anteile 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

16

20

Der Zahneingriff hängt von

der Paarung ab.

16

20

Rundlauf- und Oberflächenfehler

lassen sich den Rädern zuordnen.


Erkennung von produktionsfehlern und akustikrelevante bewertung

Stirnradverzahnung mit Drehbeschleunigung

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

Kurbel-

wellen-Rad

Nocken-wellen-Rad

Guter Radsatz

Schlechter Radsatz:

Exzentrizität am Nockenwellenrad, Tragbildfehler

Schlechter Radsatz: Beschädigung am Nockenwellenrad


Messung an 30 zahnr dern typ 158af

Messung an 30 Zahnrädern Typ 158AF

30 Zahnräder vom Typ 158AF wurden mit Drehbeschleunigung vermessen.

Die Spektren der nicht-beschädigten Räder in der Lastrichtung Dorn sind rechts dargestellt. Ganz links das vermessene Rad 158AF, dann die Räder aus der List unten.

Auffällig leise sind die Räder 5, 7 und 21.

5

7

21

Nr Zahnrad

Amplitude der Zahneingriffsordnung über i.O. Zahnräder


Serienmessung an 30 r dern

Serienmessung an 30 Rädern

Vermessenes Rad 158AF

Leises Rad No 7


Zahneingriffspegel drehbeschleunigung

Zahneingriffspegel Drehbeschleunigung

Nr. 158-AF-VR: Vermessenes Rad

Nr. 07 Leises Rad

H1 70 dB

H1 85 dB

Weiteres Rad Nr. 21, im Pegel zwischen 07 und 158 VR liegendes Rad:


W lzabweichung

Wälzabweichung

Vermessenes Rad 158AF VR

Leises Rad Nr 07

Fi’ Einflanken-Wälzabweichung

Fi’ (8) 0.189-0.193 Grad

Fi’ (8) 0.1 – 0.18 Grad

fk’ kurzwelliger Anteil der Wälzabweichung

fk’(8) 0.017 – 0.023 Grad

fk’(8) 0.01 – 0.06 Grad

Nur geringer Unterschied zwischen normalem (158AF) und leisem Rad (Nr 07). Hohe Abweichungen der Einzelmessungen untereinander.


Vergleich kontaktmuster und pegel

Vergleich Kontaktmuster und Pegel

Nr. 158-AF-VR: Vermessenes Rad

Nr. 07, Auffällig leises Rad: 15 dB kleinerer Zahneingriffspegel als linkes Rad

Last wirkt im

Uhrzeigersinn (Dorn)

Zwei Räder wurden aufgrund ihrer Unterschiede im Zahneingriffspegel weiter betrachtet:

Das vermessene Normrad Rad Nr. 158-AF-VR hat den annähernd gleichen (höheren) Zahneingriffspegel wie 80 % der nicht beschädigten Serienräder. Das Rad Nr. 07 weist einen um 15 dB niedrigeren Zahneingriffspegel aus. Interessant ist die Lage der Kontaktflächen:

Das Kontaktmuster des Rades Nr. 158-AF-VR ist mittig und geht bis in die Nähe des Zahnrandes. Das Rad Nr. 07 weist ein nach innen verlagertes, recht breites Kontaktmuster auf.


Besch digungserkennung der messverfahren

Beschädigungserkennung der Messverfahren

Drehbeschleunigung

Kurzwellige Wälzabweichung

Starke Beschädigung in der Drehbeschleunigung. Crest-Wert >30.

Starke Beschädigungen lassen sich auch in der Wälzabweichung nachweisen.


Besch digungserkennung drehbeschleunigung

Beschädigungserkennung Drehbeschleunigung


Erkennung von produktionsfehlern und akustikrelevante bewertung

dBV

80

Mix

70

Antrieb

60

50

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

Ord

Geräuschkomponenten einer Verzahnung

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

ZE

2 *ZE

Geister

ordnung

Rundl.


Erkennung von produktionsfehlern und akustikrelevante bewertung

dBg

VGW

105

VGW-lim

90

75

60

45

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Ord

Bewertung von Ordnungsspektren

Die Ordnungsspektren der Synchronkanäle

und 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 werden

sowie aus Abschnitten, die fest vorgegeben

werden können.

Das automatische Lernen wird in Ordnungsbereichen

angewandt, über die zunächst keine Kenntnis

der Geräuschauswirkungen vorliegt.

Hierzu gehören Teilungsfehler, Geister-

ordnungen und Lagergeräusche im Mix-Kanal.

Die festen Grenzen werden nach Fahrversuchen

auf die Zahneingriffsordnungen und deren

Seitenbänder angewandt (“Hüte“), um unzulässige Ab-

weichungen der Zahngeometrie und des Rundlaufs

festzustellen


Erkennung von produktionsfehlern und akustikrelevante bewertung

Spektrale Grenzkurven

Hüte für Zahneingriffsordnungen und Seitenbänder

Grenzkurve aus Mittelwert + Offset + n-fache Standardabweichung. Begrenzung durch:

Hüte, Min- und Max-Polygon


Erkennung von produktionsfehlern und akustikrelevante bewertung

Server

Option Datenserver

Prüfstände

Auswertung und

Parametrierung

Daten

Parameter

Arbeitsplatz

mit Internet-

Explorer

Intranet

Zentrale Archivierung der Liniendaten

Zentrale Parametrier-Daten

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


Erkennung von produktionsfehlern und akustikrelevante bewertung

Spektral-Statistiken

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


Erkennung von produktionsfehlern und akustikrelevante bewertung

Statistik und Prüfstandsabgleich

Produktionsver-läufe können statistisch ausgewertet werden.

Prüfstände lassen sich unmittelbar vergleichen


Erkennung von produktionsfehlern und akustikrelevante bewertung

Fehlerschwerpunkte und Ausfallraten

Die Ergebnisse werden in Tabellenform und als Grafik bereitgestellt.


Vergleich der messverfahren

Vergleich der Messverfahren


Sensoren am end of line pr fstand

Sensoren am End-Of-Line Prüfstand

Messung einer Hinterachse mit Körperschall, Drehmomentfluktuation und Drehbeschleunigung

Drehbeschleunigung Dämpfung höherer Ordnungen durch Prüfstandsmassen

Körperschall-Signal

Hohe Grenzfrequenz

Drehmoment-Zelle

Niedrige Grenzfrequenz von 900 Hz


Reproduzierbarkeit der sensoren

Reproduzierbarkeit der Sensoren

Körperschallsensor

Drehmomentfluktuation

Drehbeschleunigung

Zahneingriffspegel auf der Zug-Rampe für 10 Messungen

eines Aggregats. Sehr gute Reproduzierbarkeit aller Sensoren.


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