Hersteller von Kleinmotoren nutzt Simcenter Testlab und Simcenter SCADAS, um Produktziele frühzeitig im Entwicklungszyklus zu erreichen

Streben nach kontinuierlichen Verbesserungen

Jeden Tag werden Motoren für alle möglichen Aufgaben eingesetzt. Ob es darum geht, ein Gebäude zu errichten, eine Klinik während eines Stromausfalls mit Strom zu versorgen, Reisfelder zu bewässern oder einfach nur den Rasen perfekt aussehen zu lassen – Motoren sind stets die Grundlage.

Briggs & Stratton ist ein amerikanischer Hersteller kleiner Verbrennungsmotoren mit Hauptsitz in Milwaukee, Wisconsin. Die Motoren des Unternehmens werden weltweit in über 100 Ländern verkauft. Briggs & Stratton-Motoren werden in erster Linie für Rasenmäher, Rasentraktoren, Hochdruckreiniger, Wasserpumpen, Generatoren und eine Vielzahl kommerzieller Anwendungen wie Belüfter und Betonglätter verwendet.

Um die Führungsposition zu behaupten, verbessert die Entwicklungsabteilung ständig die Motorenmodelle und entwickelt neue Motorenfamilien zum Ausbau des Marktanteils und zur Erschließung neuer Märkte. Das NVH-Labor (Noise, Vibration and Harshness) ist dafür verantwortlich, dass die Schall- und Schwingungspegel Bestnoten erhalten und die Lebensdauer der Produkte die Erwartungen übertrifft.

Frühzeitiges Erreichen von Zielen bei der Produktentwicklung

Das Simcenter™ SCADAS-Hardware-Datenerfassungssystem und die Simcenter Testlab™-Software spielen eine integrale Rolle bei der Arbeit des NVH-Labors und bieten Ingenieuren und Technikern einen Prozess, der es ihnen ermöglicht, die Produktziele schon früh im Entwicklungszyklus zu erreichen. Das NVH-Labor besteht aus einer kleinen Gruppe von Ingenieuren, die Experten auf dem Gebiet von NVH und Lebensdauerberechnung sind. Das Prüflabor verfügt derzeit über vier Simcenter SCADAS-Systeme. Zwei davon werden für die Erfassung in halbschalltoten Räumen verwendet und die anderen beiden für portable Messungen unter Labor- und Feldbedingungen.

Der Schalldruck des Motors wird gemessen, und die Schallleistung und -qualität werden mit Simcenter SCADAS im Kontrollraum berechnet. Simcenter Testlab dient zur Überwachung von Live-Daten und Prozessen während der Aufzeichnung und spart so Test- und Nachbearbeitungszeit bei der Analyse. Simcenter-Testvorlagen werden sowohl für Schall- als auch für Schwingungsmessungen erstellt und sind nun einfacher zu dokumentieren. Dies verbessert die Testmöglichkeiten und gewährleistet einheitliche Verfahren für alle Mitarbeiter im NVH-Labor.

Brett Birschbach, Senior Engineering Manager, NVH and Durability, merkt an, "Ich kann mich nicht erinnern, wie oft ein Ingenieur zu mir herübergeschaut und gesagt hat: 'Diese Software ist wirklich einfach zu bedienen!' Sie ist viel einfacher als unsere vorherige Lösung, weil sie einfach flexibler ist."

"Bei Simcenter Testlab sind die Daten in der Baumstruktur, Sie können sie herausziehen und ablegen und erhalten eine Datenvisualisierung, die den Vergleich mit älteren Projekten erleichtert", sagt Brett Weed, Test Engineer, NVH and Durability.

Anpassung der Konstruktion an die Qualitätsstandards

Bei der Arbeit mit Motoren ist der Geräuschpegel von größter Bedeutung. In Europa gibt es z. B. mehrere Zertifizierungsstandards für schwingungs- und druckbasierte Schallleistung. Spektralanalyse, Schallleistung und Qualitätsmetriken werden von Anfang an berücksichtigt. Die Ingenieure des NVH-Labors schauen sich die Geräuschquellen in ihren Produkten an und passen die Konstruktion an, um die Qualitätsstandards zu erfüllen.

In den Testeinrichtungen von Briggs & Stratton werden die meisten Produkte auf Beton getestet, es wird aber auch Kunstgras zum Testen von Rasenmähern verwendet. Sie testen auch auf Lastbänken – horizontal oder vertikal, mit verschiedenen Geschwindigkeiten und Lasten – um die Belastungsbedingungen in den Anwendungen zu imitieren und um das Geräusch zu messen, das der Kunde hören wird. Das NVH-Team führt Jury-Tests durch, um festzustellen, welche Geräusche für die Kunden angenehmer sind.

Diese Art von Geräuschmessungen ermöglicht es ihnen auch, eine Geräuschkennzeichnung gemäß den Marktrichtlinien durchzuführen. Das NVH-Team ist auf genaue Messungen angewiesen, um die Qualität der Produkte zu zertifizieren. "Wir wollen in puncto Schwingungen und Geräusche Bestnoten erzielen und nutzen daher die Lösungen von Simcenter", so Birschbach.

Korrelieren von Schall und Schwingungen

Durch Motor und Anwendung erzeugte Schwingungen werden ebenfalls mit Simcenter aufgezeichnet, um Geräuschquellen zu identifizieren, die mit Schwingungen zusammenhängen. Die Motorschwingungen werden auf einem isolierten Prüfstand für die Motorentwicklung und -überprüfung mit dem Datenerfassungssystem Simcenter SCADAS gemessen. Simcenter Testlab macht es einfach, den Anwendungsschall und die Schwingungen zu korrelieren und die Daten zu analysieren, um sie zu verbessern.

"Ich verwende Simcenter bei allen Tests, vom Beginn der Messung bis zur Endverarbeitung", so Weed.

Schwingungen und Dehnungen werden auch bei Anwendungen im typischen Feldeinsatz gemessen. Sowohl Schwingungen als auch Dehnungen werden mit Simcenter-Tools gemessen, und die Aufzeichnungen werden für die beschleunigte Prüfung des Motors und des fertigen Produkts verwendet. Die Simcenter SCADAS XS-Hardware ist ein tragbares Erfassungsgerätesystem, das für diese Art von Messungen gut geeignet ist. So ist es zum Beispiel wichtig, die durch den Motor verursachten Schwingungen am Bügel eines Rasenmähers zu messen, um Sicherheit und Komfort zu gewährleisten und um sicherzustellen, dass Richtlinien wie die Norm ISO 2631 zur Bewertung der Einwirkung von Ganzkörper-Schwingungen auf den Menschen eingehalten werden.

Dauerhaftigkeit bieten

Die gleiche Ausrüstung wird für die Lebensdauerberechnung verwendet. Die mit dem System erfassten Daten können leicht zur Nutzung für beschleunigte Tests mit einem Rüttler oder hydraulischen Testsystem umgewandelt werden. Das NVH-Labor verwendet Dehnungsmessstreifen und das Ermüdungsschadensspektrum (FDS) für ihre beschleunigten Tests. Im NVH-Labor mit den Testlösungen von Simcenter werden Modaltests mit einem Rüttler und Hammerschlägen an Motoren und Produkten durchgeführt. Modaltests mit Rüttler und Hammer lassen sich in Simcenter Testlab einfach bewerkstelligen und liefern eine genaue und wiederholbare Darstellung der Ergebnisse.

Mit den Verarbeitungswerkzeugen von Simcenter können die Ingenieure das Schwingungsverhalten des Motors bewerten, um das optimale Gleichgewicht zu bestimmen und Bereiche für Verbesserungen auf Komponentenebene zu identifizieren, damit ein langlebiges Produkt entsteht.

Der liegende Motor 200 Vanguard (VG) von Briggs & Stratton ist ein Beispiel dafür. Der 200VG wird für die professionelle Nutzung vermarktet, wo hohe Anforderungen an Zuverlässigkeit, Benutzerfreundlichkeit und Bedienerkomfort gestellt werden.

Von Flexibilität profitieren

Für die für NVH-Tests, Forschung und Entwicklung (F&E) zuständigen Ingenieure von Briggs & Stratton erwies sich der Wechsel zu einer Token-basierten Lizenzierungsstrategie als sehr vorteilhaft. Simcenter Testlab-Tokens sind ein flexibler Lizenzierungsmechanismus, der Anwendern Zugang zu einer großen Bibliothek von Softwaremodulen für die Durchführung von Tests und Datenanalysen bietet. Im Gegensatz zur Fixed-Item-Lizenzierung, bei der nur bestimmte erworbene Lizenzen verwendet werden können, erlaubt die Token-Lizenzierungsoption von Simcenter Testlab dem Anwender, jede beliebige Kombination von Token-fähigen Softwaremodulen zu nutzen.

Jedes Problem ist besonders und erfordert unterschiedliche Werkzeuge. Mit dem Token-System sind alle Werkzeuge zur Hand.

"Eines der Dinge, die wir an Simcenter Testlab mögen, ist die Token-basierte Lizenzierung", sagt Birschbach. "Es eröffnet eine ganze Welt von Möglichkeiten. Es gibt uns die Freiheit, verschiedene Analysen durchzuführen, wenn wir sie brauchen. Wenn wir an einem Tag eine Modalanalyse und am nächsten Tag eine Lebensdauervorhersage machen wollen, und wenn wir danach noch die Schallqualität analysieren müssen, ist das für uns kein Problem! Ich bin nicht gezwungen, einzelne Softwareprodukte zu kaufen. Diese Flexibilität war ein enormer Gewinn, da wir eine relativ kleine NVH-Gruppe sind."

Das Token-System ermöglicht es den Ingenieuren, Innovationen direkt in der Anfangsphase zu testen und neue Methoden zu entdecken.

Die Unterstützung von Siemens hat auch die Tests für die Ingenieure im NVH-Labor von Briggs & Stratton erleichtert. Birschbach merkt an, "Der Support ist für ein Unternehmen wie das unsere von entscheidender Bedeutung, und unsere Erfahrungen mit Siemens waren außergewöhnlich. Der Support-Level ist bemerkenswert. Sie erhalten nicht nur direkten Support bei einem Anruf, sondern bekommen, wenn das Problem nicht direkt gelöst werden kann, so schnell wie möglich eine Lösung präsentiert. Der Support hilft nicht nur bei Problemen. Wenn wir Fragen haben, können wir immer anrufen und erhalten Ratschläge. Dies war und ist für uns sehr hilfreich."

Das Briggs & Stratton NVH-Labor plant, seine Möglichkeiten in Zukunft zu erweitern und neue Funktionen aus dem Simcenter-Portfolio in seine Tests einzubeziehen, um eine konstante, störungsfreie Arbeit leisten zu können.