Troubleshooting und Grundursachenanalyse

Um die Schallpegel im Bedienstand eines Fahrzeugs wirksam zu steuern, ist es unabdingbar, genau zu verstehen, welche Teile des Fahrzeugs hier einen Beitrag leisten. Zum besseren Verständnis der dominanten Beiträge zu den Schalldruckpegeln im Bedienstand führten wir an einem Skidsteer-Lader eine SPC-Analyse (Source Path Contribution) durch. Die SPC-Analyse erfordert Schall- (P/F) und Schwingungs- (A/F) Übertragungsfunktionen von den Quellen zum Empfänger zusätzlich zu Messungen zur Charakterisierung der Quelle unter Betriebsbedingungen (abgestrahlter Schall und Schwingungen), um den Beitrag jeder Quelle und jedes Übertragungswegs berechnen zu können. Wir erweiterten diese Analyse durch „Was-wäre-wenn“-Untersuchungen, in denen Daten ausgewertet wurden, um zu zeigen, wie weit die Stärke der Quellen reduziert werden müsste, um die Pegel im Bedienstand auf eine erwünschte Zielvorgabe zu senken. Anhand dieser Prüfungen und Auswertungen konnte der Fahrzeughersteller ein tieferes Verständnis dafür erlangen, wie der Schallpegel im Bedienstand am besten zu regeln ist. Er erhielt ebenfalls Einblicke in und Erkenntnisse über den SPC-Prozess und seine Möglichkeiten.

> BOBCAT reduces operation vibrations with whole-vehicle analysis (Kunden-Fallstudie)

Ein Hersteller medizinischer Geräte benötigte Unterstützung bei der Bewertung der NVH-Eigenschaften eines Geräts zur Wundversorgung und der Bestimmung von Best-Practice-Leitlinien für die Verminderung von Schall und Schwingung. Schall- und Schwingungsmessungen unter Betriebsbedingungen wurden in einem Voll-Freifeld-Raum durchgeführt. Zur Bestimmung der Grundursachen für durch das Gerät eingeleiteten Schall und Schwingungen wandten wir den SPR-Ansatz (Source Path Receiver) an und konzentrierten uns auf FFT und Ordnungsanalyse.

Auf Grundlage der Ergebnisse der Tests konnten wir wirksame Abhilfemaßnahmen zur Reduzierung von Schall und Schwingung sowohl an der Quelle als auch entlang des Übertragungswegs zum Empfänger vorschlagen. Da die Entwicklung des Geräts bereits sehr weit fortgeschritten war, entschied sich der Kunde jedoch, nur den Übertragungsweg betreffende Maßnahmen umzusetzen.

Ein Hersteller von Maschinen für die Bereiche Landwirtschaft, Garten- und Landschafts- sowie Tief- und Erdbau entschied sich für das Outsourcing von Schallleistungsmessungen an seinem Großrecycler. Darüber hinaus wollte man sich die erforderlichen Techniken aneignen, um Probleme mit der Schallleistung selbst beheben zu können. Es wurden standardisierte Schallleistungsmessungen durchgeführt und zur Quantifizierung von Quellen verwendet; dabei lag der Schwerpunkt darauf, abzuschätzen, welche Bänder den größten Beitrag zum Gesamtpegel leisten. Nach der Verengung des Fokus wurden akustische und Struktur-Resonanzen berechnet/gemessen, um herauszufinden, ob die Grundursache eine erzwungene Antwort oder eine Eigenfrequenz war. Eine Grundursache konnte identifiziert und Empfehlungen ausgesprochen werden, durch die sich die Schallleistungsergebnisse des Großrecyclers deutlich reduzierten. Der Kunde machte sich mit den in diesem Projekt angewandten Techniken vertraut und kann nun ähnliche Probleme in Zukunft selbst lösen.

Das Auslandswerk eines koreanischen Autobauers benötigte die Validierung eines Facelifts seines Serienfahrzeugs für den nordamerikanischen Markt im Hinblick auf BSR-Geräusche (Buzz, Squeak, Rattle - Brummen, Quietschen, Klappern). Problembereiche waren das Armaturenbrett, die Mittelkonsole und der Dachhimmel. Zur Durchführung dieser Prüfung stellten wir das Fahrzeug auf einen Schwingerreger mit vier Ständern und nutzten verschiedene Fahranweisungen, um unterschiedliche BSR-Ereignisse zu generieren.

Für die Kommunikation mit dem koreanischen Team setzten wir ein Kugelmikrofonarray für sphärisches Beamforming ein, um eine Schallkarte transienter BSR-Ereignisse vor und nach den Anpassungen am Fahrzeug zu erstellen.

Ein nordamerikanischer Automobil-OEM bat uns um Untersuchung der Mechanismen, die die Geräuschqualität (SQ - sound quality) des Schließens von Fahrzeugtüren beeinflussen. Am Fahrzeug des Kunden und einem Zielfahrzeug mit guter SQ des Schließens der Türen wurden Messungen durchgeführt. Ausgestattet wurden die Fahrzeuge mit Messsystemen für den Abdichtungsdruck, Beschleunigungssensoren zur Gewinnung von Betriebsschwingformen sowie Dehnungssensoren zur Abschätzung der Kräfte am Verschluss/Schließer beim Schließen der Tür mit kontrollierter Geschwindigkeit. Darüber hinaus wurden Nahfeld-Holografie-Schallmessungen vorgenommen, um das von der Oberfläche der Tür abgestrahlte Geräusch als Funktion von Zeit und Frequenz zu visualisieren. Die gesammelten Daten wurden ausgewertet und mit denen der anderen Fahrzeuge verglichen, um Schlüsse hinsichtlich physikalischer Unterschiede zu ziehen und Hypothesen bezüglich dominanter Steuerungsmechanismen zu formulieren.

Ein Top-Lieferant von Fahrzeug-Schiebedachsystemen benötigte technische Unterstützung: bei der Integration seines PULSE NVH-Produktionstestsystems in seine Fertigungslinie, beim Entwickeln/Erstellen von Zielvorgaben für Produktakzeptanz und bei der Suche nach und Behebung von Schall- und Schwingungsproblematiken bei den überprüften Mustern. In einigen End-of-Line-Systemen in den USA und anderen Ländern wurden Schwingungsmessungen unter Betriebsbedingungen durchgeführt. Für jede erkannte Fehlerart wurden unterschiedliche Analysetechniken eingesetzt wie beispielsweise Frequenzspektrum, Hüllkurvenauswertung und Zeitbereichsstatistiken. Das Troubleshooting NVH-bezogener Problematiken erfolgte anhand des SPR-Ansatzes (Source Path Receiver). In der Folge stimmten die Produktakzeptanzkriterien mit den subjektiven Präferenzen überein und wurden in den End-of-Line-Produktionssystemen implementiert.

Ein OEM von Antriebssträngen für Lastkraftwagen bat uns um die Diagnose einer schwingungstechnischen Betriebsfestigkeitsproblematik seiner Kraftstoffleitungen. Auf einer Belastungsmaschine und in einer externen Einrichtung wurden Schwingungs- und Dehnungsmessungen durchgeführt. Diese wurden mit den Ergebnissen statischer Modaltest von Bauteilen verglichen. Als Grundursache für die hohen Schwingungen wurde eine modale Ausrichtung der Bauteile des Kraftstoffsystems identifiziert. Im Rahmen des Projektes konzipierten und testeten wir einige Abhilfemaßnahmen, die die Schwingungen in der Kraftstoffleitung und Beanspruchung der Befestigungselemente deutlich reduzierten.

Ein globaler Anbieter von IT-Dienstleistungen und -Geräten bat uns um Unterstützung bei der Identifizierung von Geräuschquellen in seiner Sortiermaschine für Gehaltsschecks und um Vorschläge für Abhilfemaßnahmen zur Verminderung des Gesamtgeräuschpegels. In einem Freifeld-Raum wurden Messungen unter Betriebsbedingungen und im Stillstand durchgeführt. Die Untersuchung aller relevanten Geräuschquellen erfolgte anhand von Nahfeld-Holografie-Schallmessungen zusammen mit Schmalband-, 1/3-Oktavband- und FRF-Analysen (Frequency Response Function/Frequenzantwortfunktion). Der Kunde akzeptierte die Abhilfemaßnahmen zur Behebung von Resonanzproblemen und Senkung der Gesamtgeräuschpegel. Darüber hinaus wurden Empfehlungen für die Entwicklung der Geräuschqualität ausgesprochen, die der Kunde in zukünftigen Entwicklungsprozessen berücksichtigen wird.

Ein führendes Unternehmen in der Entwicklung, Herstellung und dem weltweiten Vertrieb elektronischer und elektromechanischer Bauteile und Systeme bat uns um Unterstützung, um die Grundursache einer Geräuschproblematik verstehen und identifizieren zu können, die die Freigabe einer seiner Produktlinien verzögert hatte. Mithilfe von Schall- und Schwingungsmessungen unter Betriebsbedingungen, statischen FRF-Prüfungen (Frequency Response Function/Frequenzantwortfunktion) und Messungen der Geräuschqualität wurden objektive Parameter für eine Gut/Schlecht-Bewertung bestimmt. Anhand des SPR-Ansatzes (Source Path Receiver), mit Fokus auf Frequenzbereichs-Analyse, wurden die Hauptgeräuschcharakteristiken des zu beanstandenden Geräuschs bestimmt. In der Folge wurden Abhilfemaßnahmen ergriffen, um die spezifische Geräuschproblematik sowohl an der Quelle als auch entlang des Übertragungswegs zum Empfänger zu beheben. Die Empfehlungen aus dem Projekt halfen dem Kunden, seine Bemühungen darauf zu richten, diese Produktlinie mit einer verbesserten Motorkonstruktion auf den Markt zu bringen.

Ein Hersteller von Staubsaugern und Produkten für die Bodenpflege bat uns um Unterstützung, um die Hauptgeräuschquellen verstehen zu können, die den größten Beitrag zum Gesamtschalldruckpegel leisten und vom Benutzer eines Industriestaubsaugers als unangenehm empfunden werden. Um eine typische Betriebsumgebung besser nachbilden zu können, wurden in einem Halbfreifeld-Raum und einem ruhigen Raum Geräuschmessungen unter Betriebsbedingungen vorgenommen. Zur Bestimmung der Hauptgeräuschquellen erfolgte die Auswertung mehrerer Mikrofone, eines binauralen Kunstkopfs und der Schallintensitätskartierung sowohl im Schmal- als auch im 1/3-Oktav-Band. Ergebnis waren eine Reihe von Empfehlungen für die Konstruktion, die in diese Produktlinie einflossen und als Gestaltungsrichtlinien für alle zukünftigen Plattformen verwendet werden.

Windkraftanlagen sind mit Alarmvorrichtungen ausgestattet, um sicherzustellen, dass Unwuchten im System festgestellt und behoben werden, bevor eine Turbine kritische Fehler entwickelt. Ein Hersteller kundenspezifischer Rotorblätter und Lüftungsanlagen bat uns, bei einem Kunden in Mexiko ein Problem mit einer Unwucht in einem Rotorblatt zu untersuchen, da der Alarm immer wieder auslöste. Um das Problem zu verstehen, führten wir vor Ort Schwingungsmessungen unter Betriebsbedingungen durch. Zum Einsatz kamen dabei FFT, Ordnungsanalyse und Auswuchttechniken zur Charakterisierung der mit den Rotorblättern in Verbindung gebrachten Unwucht. Die Messungen zeigten, dass der Alarm nicht durch Unwuchten in den Rotorblättern ausgelöst wurde. Die Schwingungsproblematik des Kunden des Rotorblattherstellers rührte von einer Beeinträchtigung an einer anderen Stelle der Installation her.

Fahrzeug-Rollenprüfstand wies ein übermäßiges Hintergrundgeräusch im 200-Hz- und 250-Hz-Band auf. Wir führten Tests unter Betriebsbedingungen und mit künstlicher Anregung durch und stellten fest, dass es sich um Körperschall handelte, bedingt durch eine Biege- und eine Torsionsmode der Reaktionsmasse des Prüfstandsmotors, gekoppelt an eine Biegemode der Motorwelle. Die Anregung der Moden bei diesen beiden Frequenzen wurde sowohl durch Modaltests als auch durch aus Betriebsdaten gewonnene Betriebsschwingformen bestätigt. Zur Lösung des Problems wurden Schwingungstilger entwickelt und installiert.

Ein Hersteller von Zugangstechnik und Spezial-Lastkraftwagen für Verteidigung, Feuerwehr und Rettungsdienste sowie für den kommerziellen Einsatz musste die Hauptgeräuschquellen und -übertragungswege eines Brandschutzsystems identifizieren und Designempfehlungen für die Reduzierung der Schallpegel abgeben. Impulsschall- und Schwingungsmessungen wurden am Standort des Kunden gemäß seinen Vorgaben durchgeführt. Zur Quellenquantifizierung und Einschätzung möglicher Reduzierungen entlang des Übertragungswegs des Systems erfolgte eine Analyse sowohl des Zeit- als auch des Frequenzbereichs. Es wurden Gestaltungsempfehlungen für die Reduzierung des Impulsschalls gegeben und Abhilfemaßnahmen zur weiteren Verminderung der Schallpegel in diskreten Frequenzbereichen eingeführt.

Ein Hersteller von Schwerlastachsen und Achsenbauteilen für Militärfahrzeuge und Geländemaschinen benötigte Unterstützung bei der Bestimmung der Quellen eines störenden Rasselns in einem Getriebebausatz und wünschte Abhilfemaßnahmen und Empfehlungen zur Reduzierung oder Beseitigung der Störgeräusche. In einer unabhängigen Testanlage für Geländefahrzeuge wurden Schall- und Schwingungsmessungen unter Betriebsbedingungen durchgeführt. Mithilfe von Zeit- und Frequenzbereichsanalyse, Ordnungsanalyse, Hüllkurvenanalyse und modalen FRF-Messungen (Frequency Response Function/Frequenzantwortfunktion) wurde die Quelle der Störgeräusche identifiziert. Es wurden Gestaltungsempfehlungen abgegeben, wobei der Schwerpunkt darauf lag, Anregungskräfte zu reduzieren und Resonanzen zu verstehen/beseitigen. Darüber hinaus wurde eine bessere Isolierung empfohlen, um eine weitere Verminderung des Rasselns zu erreichen.

Mit einem Hersteller von Rasenmähern arbeiteten wir zusammen, um ihm zu helfen, das Schwingungsverhalten eines seiner Produkte zu verstehen. Zur Bestimmung der relevanten Frequenzbereiche erfassten wir durch künstliche Anregung erzeugte Daten. Dann nahmen wir Messungen im Betrieb vor, um die Schwingungspegel des Mähers im normalen Einsatz nachzuvollziehen. Die Modalanalyse trug dazu bei zu verstehen, wie Schwingungen auf Bedienerebene (Empfänger) am besten zu korrigieren sind. Der Kunde kann nun die zur Verfügung gestellten Ergebnisse in die zukünftige Gestaltung des Schwingungsverhaltens seiner Produkte einbinden.

Ein Hersteller landwirtschaftlicher Geräte bat uns um die Suche nach der Ursache eines Dröhnens in einem Traktor und Bestimmung möglicher Abhilfemaßnahmen. Unter Anwendung des SPR-Modells (Source Path Receiver) führten wir im Werk des Kunden Schall- und Schwingungsmessungen im Stillstand und unter Betriebsbedingungen durch. Spektral-, Ordnungs- und Modalanalyse halfen uns, die wichtigsten Bestandteile des Dröhnens zu verstehen.

Das Drröhnen bestand aus hohen Quellniveaus in Verbindung mit einem Problem der modalen Ausrichtung, das nach einer Konstruktionsänderung auftrat. Wir empfahlen, den Quellenpegel zu reduzieren und die gekoppelten Resonanzen zu verschieben. Zusätzlich zu den empfohlenen Änderungen halfen wir dem Kunden auch bei der Entwicklung eines Modalausrichtungsdiagramms, das bei zukünftigen Traktorenentwicklungsprozessen als Referenz verwendet werden kann.