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Körperschallanalyse

Der zunehmende Komfortanspruch der Konsumenten zwingt die Hersteller von technischen Geräten
sowie in der Gebäudetechnik zur Entwicklung von geräuscharmen Produkten.
Um diesbezüglich Bewertungen durchführen zu können wird auf die soggenannte Körperschallanalyse zurückgegriffen.
Die Körperschallanalyse beruht auf verschiedenen Auswertungen im Zeit- und Frequenzbereich.
Durch spezielle Bewertungstechniken können hierbei i.O./n.i.O Aussagen getroffen werden.

Um die Geräuschemission einzelner Baugruppen oder ganzer Maschinen zu kontrollieren,
werden beispielsweise drehzahlabhängigen Geräuschen in der vollautomatischen Serienprüfung geprüft.
In diesem Beitrag soll als Beispiel das Erfassen von Zahnradgeräuschen näher beleuchtet werden.

Bei der Prüfung von Verzahnungsgeräuschen können tatsächlich einzelne Zahnradpaare aus dem Gesamtgeräusch selektiert werden.
Ein typischer Anwendungsbereich sind hierbei KFZ Getriebe.
Die Messung erfolgt sowohl bei steigender Drehzahlrampe (Zug) als auch bei fallender Drehzahl (Schub) bei entsprechender Momentbelastung.

Als Meßgrößen werden Luft- oder Körperschall sowie Drehzahlen der Ein- und Ausgangswelle aufgenommen und verarbeitet.
Zur Auswertung wird das Zeitsignal der Schwingung blockweise abgetastet und via FFT in den Frequenzbereich transformiert, doch dazu später mehr.
Die hörbaren Schwingungen werden durch Verwendung eines piezoelektronischen
Körperschall-Beschleunigungsaufnehmers ermittelt.
Die aktuelle Drehzahl erfolgt dabei durch einen Drehgeber.
Ausgewertet wird dabei die Zahneingriffsordnung, die die Frequenz des treibenden Rads wiedergibt.

 

Was sind Harmonische?

In der Technik ergeben sich bei Geräuschemissionen überlagernde Frequenzen
wie beispielweise die Harmonischen sowie Schwebungen.
Eine Harmonische Schwingung stellt sich in der Zeitdarstellung folgendermassen dar:



Die Frequenz ergibt sich hierbei durch [f=1/T]
Überlagerungen wie (n)te Harmonische stellen sich wie folgt dar:



Schwebungen verstärken und schwächen das Signal während des zeitlichen Verlaufs des Ursprungsignals ab.



Überlagerungen die mit der Vielfachen der Grundfrequenz auftreten
nennt man Oberschwingungen beziehungsweise (n)te harmonische,
wobei das n für den Faktor der Vervielfachung steht.

Das Gesamtgeräusch addiert sich dabei mit den Harmonischen.
Im Beispiel würde sich bei einer harmonischen Schwingung und deren ersten Oberwelle (1. Harmonische)
die gelbe Kurve ergeben:

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