Die Geräuschanalyse im Fahrzeugbau trägt nicht nur maßgeblich zur subjektiven Verbesserung von Qualitätsparametern im Fahrzeuginnenraum bei. Die generelle Geräuschkulisse im Fahrzeug nimmt ab; durch die Elektrifizierung des Antriebsstrangs reduzieren sich zusätzlich die natürlichen Geräusche des Verbrennungsmotors. Folglich sind Störgeräusche besser zu hören. Insbesondere Automobilzulieferer stehen hohen Anforderungen gegenüber, was das Vermeiden von störenden Geräuschen und Vibrationen angeht. Welche Geräusche eine Baugruppe verursacht, lässt sich in der Serien- und Massenproduktion aber nur schwer analysieren. Während die Rahmenbedingungen, zum Beispiel der Lärm in einer Produktionshalle, eine klassische Lautheitsmessung stören, bietet die Körperschallanalyse effiziente Lösungsansätze, die Hersteller flexibel in die Serienfertigung integrieren können.

Das Akustikanalysesystem Caroline mit 4 Messkanälen eignet sich zum Test von mechatronischen Baugruppen in der Fahrzeugproduktion.

Das Akustikanalysesystem Caroline mit 4 Messkanälen eignet sich zum Test von mechatronischen Baugruppen in der Fahrzeugproduktion.Göpel

Bedeutung der Akustik für OEMs und Zulieferer

Schon lange legen Fahrzeugentwicklung und -produktion Wert auf Stille. Daher erfolgt der Verbau von Bedienelementen erst nach einer Prüfung auf haptische und akustische Charakteristika. Das Verschließen von Türen und Fenstern testen und optimieren Experten seit Jahren akribisch, um dem Kunden eine rundum wohlklingende Geräuschkulisse zu verschaffen.

Weil es viele potenzielle Lärmquellen gibt, zum Beispiel Schiebedächer, Heckklappenantriebe, Fahrzeugsitze und sonstige Verstelleinrichtungen, steigt die Anzahl verbauter mechatronischer Komponenten und Systeme stetig – und somit  potenzielle Geräuschquellen. Insbesondere in hochwertigen Ausstattungsvarianten sind pro Autositz oftmals mehr als fünfzehn Motoren verbaut, im gesamten Fahrzeug teilweise über fünfzig. Aus den vielen Bauteilen und -gruppen resultiert ein hohes Potenzial an Störgeräuschen. Der Begriff NVH (Noise Vibration Harshness) fasst mannigfaltige hör- und spürbare Schwingungen zusammen; Brummen, Knarzen, Dröhnen, Schnarren oder Schleifen sind nur eine kleine Auswahl misslich klingender Merkmale, deren Ursachen ebenso vielfältig sind.

Das Hauptfenster der Softwareoberfläche von Caroline zeigt die Funktionsübersicht von zwei Messkanälen.

Das Hauptfenster der Softwareoberfläche von Caroline zeigt die Funktionsübersicht von zwei Messkanälen.Göpel

Reparaturen und Rückrufaktionen nach dem Einbau von Einzelkomponenten bedeuten hohen finanziellen Aufwand und schädigen nachhaltig das Image von Zulieferer und Automobilhersteller. Eine wirksame Qualitätssicherung vermeidet zudem das Rücksenden ganzer LKW-Ladungen. Von Fahrzeuggeneration zu Fahrzeuggeneration steigen die Anforderungen an die Baugruppen, was eine stetige Überwachung von Fertigungsprozess und Qualitätssicherung erfordert. Doch dabei stoßen viele Firmen an ihre Know-how-Grenzen und benötigen einen geeigneten Partner für Prüftechnologie und fachgerechte Beratung.

Körperschall- statt Akustikanalyse

Ein Körperschallsensor haftet magnetisch an einer mechatronischen Fahrzeugkomponente.

Ein Körperschallsensor haftet magnetisch an einer mechatronischen Fahrzeugkomponente.Göpel

Auf dem Markt befinden sich verschiedene Werkzeuge zur Akustikanalyse, die sehr häufig Expertenwissen voraussetzen. Oftmals können nur Spezialisten Messungen unter optimalen Rahmenbedingungen durchführen und bewerten. Einerseits stören Umgebungsgeräusche, andererseits lassen sich relevante akustische Signale nicht klar extrahieren und klassifizieren. Der Klang eines unrund laufenden Motors ist in der Fertigung kaum erkennbar, da er von Umgebungsgeräuschen überlagert wird. Für optimale Messbedingungen im Fertigungsumfeld bedarf es häufig der Errichtung spezieller Absorptionskammern, welche jedoch hohe Investitionskosten sowie eine massive Erhöhung von Prüf- und Fertigungstaktzeiten nach sich ziehen.

Messwerte in definierten Toleranzgrenzen.

Messwerte in definierten Toleranzgrenzen.Göpel

Die Analyse des Körperschalls ist weitgehend unabhängig von den Umgebungsgeräuschen, da es hierbei kaum zu Einkopplungen von Luftschall kommt. Ein direkt oder magnetisch angekoppelter Sensor wandelt den Körperschall aus den Strukturen in ein elektrisches Signal und leitet es weiter an ein Datenerfassungssystem, das die Schallinformationen weiterverarbeitet. Die Körperschallanalyse lässt die Bewertung einzelner Prozessschritte zu, woraus sich Rückschlüsse auf die Fehlerhaftigkeit einzelner Montageschritte ziehen lassen. Damit ist eine stetige Optimierung der Fehlerkette wie auch eine Senkung von Fehlerraten und Produktionskosten möglich.

Wer nicht hören will muss fühlen

Der strukturelle Aufbau des Caroline-Systems.

Der strukturelle Aufbau des Caroline-Systems.Göpel

Eine breit angelegte Forderung der OEMs an die Automobilzulieferer liegt in möglichst lautlosen und nicht spürbaren mechatronischen Komponenten. Viele bisherige Lösungsversuche konnten sich jedoch nur im Labor etablieren und scheiterten in der Fertigung an den Kosten der Realisierung der Messtechnik. Göpel Electronic hat in langjähriger Zusammenarbeit und im engen Erfahrungsaustausch mit namenhaften Zulieferern unter dem Namen Caroline eine Lösung entwickelt, die eine direkte Integration des analytischen Verfahrens zur Körperschallanalyse in Fertigungsanlagen zulässt.

Das Akustikanalysesystem Caroline mit zwei Messkanälen und integriertem PC-System.

Das Akustikanalysesystem Caroline mit zwei Messkanälen und integriertem PC-System.Göpel

Die Herausforderung bei der Einbindung einzelner Systeme in komplexe Produktionsanlagen ist die Anbindung an die jeweilige Peripherie der Fertigung. Das bedeutet die Verfügbarkeit offener und standardisierter Schnittstellen wie Ethernet, die Möglichkeit zur Kommunikation mit einer Anlagen-SPS, die Einbettung in übergeordnete, komplexe Produktionssysteme und damit die lückenlose Rückverfolgung (Traceability) produzierter und geprüfter Produkte. Zugleich wird hiermit der Zugriff auf verschiedenartigste Datenbanksysteme möglich.

Zur Softwareoberfläche von Caroline gehört auch ein Grenzwerte-Editor mit Messdatenanzeige.

Zur Softwareoberfläche von Caroline gehört auch ein Grenzwerte-Editor mit Messdatenanzeige.Göpel

Hauptaugenmerk für eine einfache Integration in eine bestehende Fertigung liegt in der Flexibilität und freien Konfigurierbarkeit des modular aufgebauten Systems. Somit lässt sich aus den stark variierenden kundenspezifischen Wünschen an die Leistungsfähigkeit des Analysesystems eine genau zugeschnittene Testeinrichtung konfigurieren, die zudem ökonomisch, projektunabhängig und vielseitig einsetzbar ist.

Das Analysesystem handhaben

Die von den Sensoren erfassten Körperschallsignale verarbeitet ein PC-System zentral. Die Systemsoftware beinhaltet sowohl mathematische Funktionen als auch Selektierungsalgorithmen für die Pass/Fail-Bewertung. Mathematische Modelle lassen sich über Bibliotheksfunktionen anwenderspezifisch zusammenstellen, was dem Bedienpersonal die Anwendung der Software vereinfacht. Während eines Programmablaufs erfolgt parallel zur Datenaufzeichnung eine Beurteilung der Signale mittels zuvor festgelegter Analysekriterien, deren flexible Parametrierung der Anwender vorgibt. Darüber hinaus kann eine Offlineversion des Caroline-Systems anhand von beispielsweise vorher erfassten Messdaten bei der Erstellung neuer oder Optimierung vorhandener Prüfabläufe unterstützen.

Eck-Daten

Bei Produktionsabläufen und im Fahrzeuggebrauch ist ein niedriger Geräuschpegel erstrebenswert. Die Körperschallanalyse ist eine effiziente Prüfmethode, welche sich für den Einsatz unter hohem Umgebungsgeräuschpegel eignet. Göpel Electronic hat speziell für diesen Aufgabenbereich ein modulares Testsystem entwickelt, welches sich direkt in Fertigungsanlagen integrieren und spezifisch auf Kundenwünsche anpassen lässt. Die Testsystem-Software übernimmt die Auswertung, verfügt über Bibliothekenfunktionen und ermöglicht die individuelle Parametrierung.