EuroBrake 2021 wird vom 17. bis 21. Mai 2021 vollständig online abgehalten. Dabei wird eine brilliante Veranstaltungsplattform verwendet, die intuitiv und einfach ist und wichtige Netzwerkfunktionen bietet, um so viel wie möglich von dem physischen Ereignis direkt an Ihren Standort zu bringen. Wir hoffen, dass Sie sich uns anschließen, um an der weltweit größten Versammlung von Fachleuten der Bremsbranche teilzunehmen, zu lernen und sich zu vernetzen. Mehr im Video

Akustische Prüfung in der zerspanenden Fertigung

Erweiterte Einsatzmöglichkeit unserer Prüfsoftware SonicTC durch die Integration der Ansteuerung des Laservibrometers IVS 500.  Lesen Sie mehr im Themenspecial Messtechnik der Fachzeitfschrift Drehteil + Drehmaschine 02/2021. zum Artikel

Besuchen Sie uns auf der online Messe SENSOR+TEST 2021 – 04. bis 06. Mai 2021 – digital

Wie bereits im Jahr 2020 findet auch in 2021 die weltweit wichtigste Industriemesse für Sensorik und Messtechnik digital statt. Mehr lesen

Ein perfektes Team!
Prüfsoftware SonicTC und Laservibrometer IVS-500 von Polytec

Akustische Prüfung mit dem Laservibrometer?

Na klar! Ursache für ein Geräusch sind Schwingungsvorgänge die über elastische Körper als Luftschall abgestrahlt werden. Schwingungen können über Luftschall oder Körperschall sowie auch optisch erfasst werden.

Das Laservibrometer IVS-500 von Polytec ist in Kombination mit der Prüfsoftware SonicTC ein perfektes Expertensystem zur Geräusch- und Schwingungsprüfung. Speziell, wenn die akustische Prüfung nachträglich in einen Fertigungsprozess integriert, und ein teurer Umbau vermieden werden soll. Vorhandene Umgebungsgeräusche könnten das Messignal negativ beeinflussen, oder die Mechanik ist nur mit viel Aufwand anzupassen.

Das IVS 500 wird direkt über die Ethernet-Schnittstelle mit der Prüfsoftware SonicTC parametriert und angesteuert. Zusätzliche Hard- oder Software adé..

Fragen Sie uns an, was alles möglich ist.

E-Mobilität die Herausforderung für die Qualitätssicherung!

Die Prüfung von Elektromotoren oder ganzen Elektrobaugruppen (z.B. Klimaanlagen, Autositze, Schiebedächer, Pumpen, Verstellern etc.) ist eine unserer Kernkompetenzen. Mit unserem Prüfsystem SonicTC NVH (Geräusch- und Vibrationsprüfung) steht Ihnen ein leistungsfähiges Tool zur Analyse, Bewertung und Prüfung von Geräten und Komponenten zur Verfügung.  SonicTC sichert Qualitätsstandards und reduziert nachhaltig die Reklamations- und Ausschusskosten.

Das Prinzip der NVH-Prüfung ist vergleichsweise einfach. Die Realisierung in der Serienüberwachung erfordert hingehen besondere Erfahrung und Kenntnisse. Bei der Bauteilprüfung werden die Geräusche und Vibrationen charakterisiert, sodass Rückschlüsse auf Funktionalitäten möglich sind. Damit ist zum einen das Bauteil qualitätsrelevant beurteilt, zusätzlich können dann über die statistische Auswertung die Schwachstellen des Bauteils und des Prozesses ermittelt und optimiert werden.

Kontaktieren Sie uns telefonisch oder per Email. Wir sind für Sie da.

SonicTC hat seinen nächsten Evolutionsschritt abgeschlossen und ist jetzt als Version 2.1 verfügbar. Mit SonicTC haben wir eine moderne und effiziente NVH-Prüfsoftware für die Geräusch-, Vibrations- und Funktionsprüfung entwickelt.
Der Anspruch an Prüftechnik und deren Nutzungsmöglichkeiten wachsen stetig. Es werden schnelle und aussagefähige Analysen sowie Ergebnisse erwartet. Das Softwaresystem soll zudem einfach und flexible zu parametrieren sein aber trotzdem alle notwendigen Auswertefunktionen bieten.

Unser SonicTC System wird speziell für die Qualitätssicherung in der Serienfertigung entwickelt. Einen großen Anspruch legen wir auf die vielseitige Konnektivität der Software zur Prüfstandssteuerung, vom Lin-Bus bis Can-Bus ist in der neuen Version alles für die die Automobilindustrie realisiert.

Anwender möchten heute den Abgleich der Prüfergebnisse aus der Fertigung unbedingt mit den Daten der Entwicklungsabteilung und deren Systemen vornehmen. Auch ist gefordert, die erarbeiteten Prüfmerkmale von Labortestsystemen (Test Suiten, Artemis, LabView, MatLab etc.) direkt in den Fertigungsprüfstand zu übernehmen. Die unterschiedlichen Prüfsysteme sind jedoch meist nicht kompatible und verwenden oft unterschiedliche Methoden und Filter. Mit unserer SonicTC Software bekommt der Anwender genau diese Abgleichfunktionalität zur Verfügung.

Fragen Sie uns an, wenn Sie mehr darüber wissen möchten. Schreiben Sie eine Email an info@rte.de.

Überwachung von Qualitätsmerkmalen bei Komponenten und Bremssystemen

Die Bremsscheibe beeinflusst das Geräuschverhalten des Bremssystems maßgeblich. Basierend auf ihren material- und konstruktionsbedingten Eigenschaften zeigt eine Bremsscheibe einige physikalische Effekte,  die für die reproduzierbare Überwachung der Resonanzfrequenzen und deren Dämpfungswerte berücksichtigt werden müssen.

Viele Automobilhersteller haben in den vergangenen Jahren das Verhalten von Bremssystemen durch Material- und Konstruktionsmodifikationen optimiert. Besonders im Fokus steht neben Funktion und Gewicht auch die Geräuschentwicklung im Bremsbetrieb. Ziel ist es, Störgeräusch im Fahrzeuginnenraum zu minimieren. Dieses Thema erreicht im Bereich der Elektromobilität eine neue Dimension, da Elektrofahrzeuge einen wesentlich niedrigeren Gesamtgeräuschpegel als herkömmliche Fahrzeuge aufweisen.
Zur Qualitätsüberwachung beim Thema Geräuschentwicklung werden aktuell in der Serienproduktion von Bremskomponenten bauteilspezifische Resonanzfrequenzen überwacht. Einen sehr wichtigen Anteil im Bereich der Geräuschentwicklung hat jedoch neben der Resonanzfrequenz selbst auch deren Dämpfungsverhalten. Eine hohe Dämpfung bietet ein deutlich geringeres Potenzial zur Geräuschentwicklung im Bremsvorgang.
Das Dämpfungsverhalten wird in der Praxis derzeit ausschließlich in der Entwicklungs- und Prototypenphase untersucht. Die Überwachung des Dämpfungsverhaltens von kritischen Resonanzfrequenzen in der Serienproduktion ermöglicht eine deutlich verbesserte Qualitätsüberwachung.

Ermittlung der Resonanz
Resonanzfrequenzen sind der Fingerabdruck eines Bauteils. Unter vergleichbaren Bedingungen verändern sie sich nicht und können reproduzierbar gemessen werden.
Zur Ermittlung der Resonanzfrequenzen wird die akustische Resonanzanalyse verwendet, die den physikalischen Effekt nutzt, dass ein Bauteil, das zum Schwingen angeregt wird, in seinen Eigenfrequenzen schwingt.
Eine Bremsscheibe zeigt viele Resonanzfrequenzen, die je nach Schwingungsform in bestimmten Bauteilbereichen auftreten, zum Beispiel am Reibring oder am Topf. An der Geräuschentwicklung beim Bremsvorgang sind hauptsächlich die Schwingungsformen am Reibring relevant. Sie werden als Prüfmerkmal für die Qualitätsüberwachung genutzt. Diese Frequenzen liegen üblicherweise im Bereich von 500 bis 5000 Hertz.
Die Resonanzfrequenzen und die zugehörigen Schwingungsformen werden in der Entwicklungsphase über die Finite Elemente Methode (FEM) bisher lediglich theoretisch berechnet. Die Dämpfung einer Frequenz kann jedoch ausschließlich experimentell ermittelt werden. Daher werden in der Prototypenphase umfangreiche Labormessungen am Bauteil selbst und anschließend unter dynamischen Bedingungen im eingebauten Zustand durchgeführt.
Resonanzfrequenzen werden durch Fertigungs- und Materialtoleranzen beeinflusst. Design- und konstrukionsbedingt, gibt es Bereiche in denen einige Resonanzfrequenzen sehr nahe bei einander liegen beziehungsweise sich überlagern können. Bei der Serienüberwachungen ist daher wichtig, Prüfmerkmale zu wählen, die auch unter Berücksichtigung der zulässigen Toleranzen eindeutig detektiert und zuverlässig ausgewertet werden können.

Dämpfungsverhalten
Ein akustisches Signal enthält alle angeregten Resonanzfrequenzen des Bauteils, die jeweils ein individuelles Dämpfungsverhalten aufweisen. Um die Frequenzen einzeln auswerten zu können, werden sie aus dem Zeitsignal berechnet. Ziel ist es, für die relevanten Resonanzfrequenzen jeweils den Wert der niedrigsten Dämpfung zu ermitteln.
Bei Bremsscheiben ist dies aufwändiger als bei anderen Bauteiltypen. Insbesondere die Schwingungsformen am Reibring einer Bremsscheibe zeigen systematische Änderungen im Bereich der Frequenz- und auch der Dämpfungswerte auf. In Abhängigkeit vom Messpunkt können die Messwerte für das gleiche Prüfmerkmal stark variieren.
In der Praxis haben sich Systeme bewährt, die eine automatische Mehrfachanregung an verschiedenen Messpunkten am Umfang der Bremsscheibe ermöglichen, auch um Einflüsse durch manuelle Eingriffe zu minimieren. In Kombination mit geeigneten mathematischen Algorithmen kann aus den erfassten Messwerten der Wert der minimalen Dämpfung für die relevanten Schwingungsformen berechnet werden. Bei Bedarf kann zudem ein Gesamtwert für die Scheibe als Qualitätskennzahl ausgegeben werden.
Damit kann auch die Dämpfung einer Resonanzfrequenz als Merkmal in der Serienproduktion von Bremsscheiben ermittelt und überwacht werden. Trotz aller Komplexität, muss sichergestellt werden, dass der Ansatz praxisorientiert sowie robust ist, und die entsprechenden Prüfsysteme bedienerfreundlich gestaltet sind.

Dagmar Metzger, RTE Akustik + Prüftechnik GmbH

Akustische Prüfung mit Laservibrometer an Elektromotoren

Damit die akustische Prüftechnik als objektive Prüftechnik im Serienbetrieb eingesetzt werden kann, ist es notwendig, die richtige Auswahl der Sensorik zu treffen. In der Praxis bieten sich hier alle marktgängigen Beschleunigungssensoren (Körperschall) und berührungslose Sensoren(Luftschall-)Mikrofone an.

Messungen an schwer zugänglichen Prüfkomponenten
Neu bei dem akustischen Prüfsystem SonicTC ist die Integration der Ansteuerung für die Laservibrometer von Polytec, Waldbronn. In den letzten Jahren hat sich der Einsatz von Laservibrometern als eine weitere Möglichkeit der berührungslosen Sensorik zur Erfassung von Schwingungen in der Prüftechnik etabliert. Unter anderem ist ihr Einsatz prädestiniert für Messungen an schwer zugänglichen Prüfkomponenten und/oder Prüfumgebungen mit starken Geräuscheinflüssen.
Mit dem Prüfsystem lässt sich das Laservibrometer nach Firmenangaben schnell, einfach und direkt als Messsensor für das Prüfsystem einrichten. Die Schnittstellenparametrierung für ein eindimensionales-Laserscanning-Doppler-Vibrometer IVS 500 erfolgt z. B. über ein Auswahlfeld und ist danach sofort einsatzbereit.

Skalierbares Prüfsystem für einen oder mehrere Prüfstände
Das Prüfsystem zeichnet sich durch seine Skalierbarkeit von einem oder mehreren halb- oder vollautomatischen Prüfständen. Mit dem Release 2.1 unterstützt die grafisch, offenen Programmierung anwenderspezifische Oberflächen von Einzelplatzsystemen oder vollautomatischen Prüfständen in der Serienfertigung zu realisieren. Dabei ist es egal, ob die Prüfstände gleichzeitig in Serie oder parallel betrieben werden. Je komplexer die Aufgabe bezüglich Prüfaufgaben, Messparametern und deren Korrelation, umso mehr zeigt sich die Stärke von SonicTC.

Das Prüfsystem ist mit verschiedenen Kommunikationslösungen für übergeordnete Systeme ausgerüstet, so soll der Austausch von Daten in Fertigungsanlagen und Prüfsystemen gewährleistet werden.
Das Prüfsystem kann mit seinen vielseitigen Analyseverfahren/Bewertungsmethoden/Algorithmen zur Auswertung von Messergebnissen auch in Laboren eingesetzt werden. Die Verfahren reichen von der Signalvorbereitung bis hin zur Analyse von Zeit- und Frequenzbereich.

Akustische Materialprüfung
Werkstücke zerstörungsfrei mittels akustischer Resonanzanalyse prüfen.

Stand der Technik

Um fehlerhafte Teile in der Massenfertigung zu vermeiden, sind innovative Wege in der Prozessbeherrschung, bei Werkstoffen und der Qualitätssicherung unter niedrigen Kosten erforderlich. Insbesondere für sicherheitsrelevante Teile wird eine zerstörungsfreie Prüfmethode (ZfP) wie z. B. Ultraschall, Röntgenanalyse, Magnetpulver- oder Wirbelstromprüfung gefordert und teilweise die maximal zulässige Fehlergröße spezifiziert. Diese Angaben sind aber kaum zielführend, denn wichtig ist, dass das Werkstück die festgelegten Funktionsmerkmale erfüllt und nicht im Feld ausfällt. Die „klassischen“ ZfP-Verfahren verbinden die objektive sensorische Information mit der subjektiven menschlichen Bewertung. Höchste Zuverlässigkeit lässt sich so nicht erreichen.
Die industriell angewendete akustische Resonanzanalyse (auch „Klangprüfung“ genannt) erlaubt eine schnelle objektive und 100 % Prüfung von keramischen und metallischen Werkstücken sowie von Verbundwerkstoffen.

Schwingungen entsprechen Werkstückeigenschaften

Durch eine Fremdanregung breiten sich Schwingungen im Festkörper aus: Er schwingt in bestimmten charakteristischen Formen und Frequenzen, den so genannten natürlichen Eigen- oder Resonanzschwingungen. Sie sind quasi die „Sprache“ des Prüfobjekts. Die Schwingungsausbreitung im Material ist geprägt durch Elastizität, Form, Werkstoff und Gefügestruktur und repräsentiert die mechanischen Eigenschaften des Körpers. Einflüsse wie z. B. ein Riss, eine andere Geometrie oder eine Werkstoffänderung beeinflussen die Resonanzfrequenzen.
Genau diese Effekte macht sich die akustische Materialprüfung zu Nutze. Durch Vergleich der gemessenen werkstückspezifischen Kennwerte mit hinterlegten Referenzwerten lassen sich aus den Resonanzen Gütemerkmale wie „in Ordnung“, „rissbehaftet“, „Material- und Gefügefehler“ zuordnen.

Die Resonanzanalyse gehört zu den volumenorientierten ZfP-Verfahren und bewertet Defekte im Material, während oberflächenorientierte Methoden diese nur an oder knapp unter der Oberfläche beurteilen. Klassische Verfahren haben keinen Bezug zu den mechanischen Eigenschaften des Bauteils, während die Resonanzfrequenzen die mechanische Festigkeit repräsentieren.

Schritte zur Anwendung

Prüfobjekte unterliegen objektbezogenen, prozessbezogenen oder prüfungsbezogenen Einflüssen. Mit dem Resonanzverfahren lassen sich nur die Eigenschaften beurteilen, die das Eigenschwingverhalten des Prüfobjektes beeinflussen. Andere Einflussgrößen sind, falls erforderlich, rechnerisch zu eliminieren. Unter Berücksichtigung der Einflussgrößen ist es notwendig zu prüfen, ob die Resonanzanalyse für die Prüfaufgabe geeignet ist, d. h. die qualitätsrelevanten Fehler erkannt werden können.
Der Eignungsnachweis wird durch eine Machbarkeitsstudie möglich, unterstützt durch eine Modalanalyse (FEM). Wenige Prüfobjekte reichen aus, um zu beurteilen, ob Resonanzfrequenzen messbar sind. Weitere Messungen unter Prozessbedingungen erfassen und bewerten mögliche Einflussfaktoren. Die Resonanzanalyse wird seit vielen Jahren erfolgreich in der Industrie zur schnellen und sicheren Riss- und Gefügeprüfung von sicherheitsrelevanten Komponenten eingesetzt.

Erfahrungen bei Anwendern haben u. a. gezeigt:
• Temperaturunterschiede verändern Resonanzfrequenzen, können jedoch während der Prüfung kompensiert
werden.
• Bei Sintermetallzahnrädern sind nach einer Drehmomentbelastung genau die Teile ausgefallen, deren
Resonanzfrequenzen von den Gutteilen abwichen.
• Intelligente Verfahren erlauben eine zuverlässige Klangprüfung von Keramikprodukten und Verbundmaterialen mit hoher material- und fertigungsbedingter Streuung.
• Das Verfahren bringt dem Anwender erheblichen Kosteneinsparung: Kurze Prüfzeit, kostengünstige Automatisierung, keine Verbrauchsmaterialien und Serienbegleitende Dokumentation.

Zukunftsweisende Arbeiten und Entwicklungen

Die akustische Resonanzanalyse ergänzt die klassischen ZfP-Verfahren für die schnelle Komponentenprüfung. Ziel ist es die akustische Prüftechnik noch einfacher und effektiver für die industrielle Anwendung für den Anwender zu gestallten. Neue Verfahren, wie Mustererkennung und KI-Modelle werden hierbei eine wichtige Rolle spielen.

2021, Jörg Ritter, RTE Akustik + Prüftechnik GmbH

– Infos zur akustischen Prüftechnik –
Informieren Sie sich hier!

Fertigungsfehler, wie zum Beispiel Rissbildungen, machen sich häufig schon während des Fertigungs- oder Montagevorgangs akustisch bemerkbar. Mitarbeiter sind oft in der Lage, anhand von charakteristischen Geräuschen diese Fehler „zu hören“.

Bei einer aktuellen Anfrage ging es um Rissbildung in einer Kunststoffhülse, die während des Montagevorganges aufgepresst wird. Für eine zukünftige Prozessüberwachung sollte durch eine Vorortmessung geprüft werden, ob die Geräusche, die durch den Fehler entstehen, auch über eine objektive Messeinrichtung detektiert werden können. Wichtig war hierbei auch zu beurteilen, ob die Umgebungsbedingungen in den Produktionswerken dies zulassen.

   
Zeitsignale: Rissbildung (rot), Gutteil (grün) Spektren: Rissbildung (rot), Gutteil (grün)

Die Ergebnisse waren eindeutig, da die Geräuschpegel bei der Rissentstehung um mindestens ein vielfaches höher sind als die Umgebungsgeräusche. Zeitsignale und Spektren zeigen hierbei deutliche Unterschiede (siehe Grafik oben).

In einem nächsten Schritt wurde ein Mietsystem installiert, um die Machbarkeit in der Serienproduktion sicherzustellen. Nach einer 4-wöchigen Validierungsphase konnte das SonicTC-Prüfsystem freigegeben werden und wurde erfolgreich für die Rissüberwachung an 6 Montageplätzen installiert.

Wollen Sie mehr über Rissüberwachung in Prozessen wissen, schreiben Sie eine E-Mail an luchsletter@rte.de.

Die Forderung der OEM’s, die Eigenfrequenzen von Bremsscheibem in der Serie zu überwachen, besteht nun schon seit einigen Jahren. Viel OEM’s fordern von ihren Zulieferern sogar die 100% Qualitätskontrolle. RTE hat schon 2012 die erste Inline-Prüfanlage für die Eigenfrequenzmessung an Bremsscheiben konzipiert und ausgeliefert. Seitdem wurde diese Inline- Anlage mit Ihrem flexiblen Prüfnestkonzept stetig weiterentwickelt.

Die Anlagen können ein Produktspektrum von 230 cm bis 450 cm Außendurchmesser verarbeiten. Zentrierung, Positionierung von Anschlägen und Sensorik erfolgt zeitgemäß voll automatisch und wird von der SPS überwacht.
Es werden Taktzeiten bis zu 10 Sekunden realisiert. Produktverfolgung und Q-Das-Datenexport sind selbstverständlich.

Für alle die zusätzlich noch die Güte-Messung (Reziprokwert der Dämpfung) der Bremsscheiben benötigen, kann diese Funktion zusätzlich in die Inline- Anlagen integriert werden. RTE Anlagen sind weltweit in Betrieb.

Fragen Sie uns an, damit wir Ihnen die für ihre Fertigung passende Anlage zusammenstellen. Schreiben Sie eine Email an luchsletter@rte.de.

 

      Abbildung 1: IO-Teil                                                Abbildung 2: NIO-Teil (defekt am Zahn)

 

Getriebe, Antriebe und insbesondere Zahnradpumpen müssen eine Qualitätskontrolle durchlaufen, um Probleme beim Anwender zu vermeiden. Hierbei geht es um Fehler an den Lagern, der Verzahnung und auch um Unwucht. Mittels der akustischen Geräusch- und Vibrationsprüfung können diese Fehler detektiert werden. SonicTC.NVH bietet für diese Analysen und Prüfungen die geeigneten Methoden und Funktionen.

In dem hier gezeigten Beispiel, handelt es sich um das Ergebnis einer Schwingungsmessung mit Beschleunigungssensor an einer Zahnradpumpe.

Durch die Analyse des Modulationsspektrums ist es mit der Prüfsoftware SonicTC.NVH möglich, fehlerhafte Zahnräder (z.B. Macken am Zahn) als NIO-Teile sicher zu detektieren.

Im unten gezeigten Modulationsspektrum, zeigt das Gutteil (grün) kaum Auffälligkeiten. Gut erkennbar ist die erste Ordnung bei 15 Hz und die Zahneingriffsfrequenz bei 165 Hz. Das Schlechtteil mit defektem Zahn (rot), zeigt im Spektrum Auffälligkeiten, obwohl der Fehler nicht sehr groß ist.

Diese Auffälligkeiten sind charakterisiert durch die deutliche Ausprägung von Seitenbändern, sowie durch die Vielfachen der Zahneingriffsfrequenz. Defekte Zahnräder erzeugen zusätzliche Modulationsfrequenzen (Δf=15 Hz). Die deutlich ausgeprägten Seitenbänder liegen zum einen links (30 Hz-150 Hz = unteres Seitenband) und rechts (180 Hz-315 Hz = oberes Seitenband) von der Zahneingriffsfrequenz (Trägerfrequenz).

Wollen Sie mehr erfahren, dann schreiben Sie bitte eine Email an luchsletter@rte.de