Die experimentelle schwingungstechnische Charakterisierung von Systemen ist eine der Kernkompetenzen des IDS. Dazu verfügt das Institut neben der notwendigen sensorischen Ausstattung (Beschleunigungssensoren und Kraftsensoren), auch über die Hardware zur Schwingungsanregung mit elektrodynamischen Shakern sowie entsprechende Systeme zur Messdatenerfassung und -verarbeitung.
Rotationsexperimente
Der Prüfstand ROT II dient der experimentellen Untersuchung von Schwingungen und Rotationsdynamik an rotierenden Systemen, insbesondere von Turbinenschaufeln. Durch den Betrieb im Vakuum sowie den Einsatz präziser Anregungs- und Messverfahren ermöglicht er eine detaillierte Analyse des Schwingungsverhaltens unter realitätsnahen Bedingungen.
Beschleunigungsmesstechnik
Eine Möglichkeit der Erfassung von Strukturschwingungen bietet die Messung der Beschleunigung mithilfe von Beschleunigungsaufnehmern. Je nach Ausführung des Sensors kann ein Messbereich von ca. 500 g und ein Frequenzbereich von ca. 1 Hz bis zu 20 kHz abgedeckt werden.
Das IDS ist sowohl im Besitz einer Vielzahl von uniaxialen Sensoren, welche die Beschleunigung normal zur Strukturoberfläche messen, als auch triaxialen Sensoren, welche die Beschleunigung in alle drei Raumrichtungen erfassen können.
Datenerfassung und Analyse
Das IDS verfügt über verschiedene Systeme zur Messdatenerfassung und deren Auswertung. Unser Portfolio umfasst unterschiedliche mobile Messsysteme mit 8 bis 88 Messkanälen. Die Abtastraten betragen dabei bis zu 204,8 kHz. Als Softwarelösungen werden für die Modal- und Betriebsschwingungsanalyse der M+P ANALYZER und für die Schwingregelung das M+P VIBCONTROL eingesetzt. Darüber hinaus gehende Analysen können unsere Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter bedarfsgerecht in MATLAB realisieren.
Elektrodynamische Schwingerreger / Shaker
Das IDS ist im Besitz von elektrodynamischen Schwingerregern unterschiedlichster Baugrößen. Diese kommen abhängig von Größe und Gewicht des Prüflings zum Einsatz. Unsere Palette an modalen Schwingerregern reicht von 3 N bis hin zu 2 kN dynamischer Nennkraft. Speziell die großen Shaker verfügen über ein aktives Kühlsystem, sowie elektronische Lageregelung und erlauben damit Untersuchungen an Objekten von der Größe eines Kleinwagens. Es kann ein Frequenzbereich von etwa 1 bis 5000 Hz abgedeckt werden.
Experimentelle Modalanalyse
Unter der experimentellen Modalanalyse werden verschiedene Methoden zur Charakterisierung des dynamischen Verhaltens schwingungsfähiger Systeme anhand sog. modaler Parameter zusammengefasst. Dazu wird der Prüfling üblicherweise unter zuvor definierten Lagebedingungen extern durch einen sog. Modalhammer oder elektrodynamischen Schwingerreger (Shaker) angeregt. Die experimentelle Modalanalyse liefert Informationen über womöglich kritische Frequenzbereiche und dient häufig als unterstützendes Tool während der Produktentwicklungsphase, sowie zur Validierung von FEModellen. Wir verfügen über die notwendige Sensorik, Aktorik sowie Datenerfassung und Auswertesoftware um eine experimentelle Modalanalyse in- und außerhalb unserer Labore durchzuführen.
Betriebsschwingungsanalyse
Die Schwingungsanalyse eines Systems unter realen Betriebsbedingungen wird als Betriebsschwingungsanalyse bezeichnet. Hierbei wird meist nur die systemeigene Anregung betrachtet. In Bezug auf die messtechnische Ausstattung und Auswertungssoftware sind die Anforderungen ähnlich zur experimentellen Modalanalyse. Um die realen Betriebsbedingungen sicherzustellen sind häufig Messungen am Aufstellort der Maschine unerlässlich. Unsere Messsysteme sind daher alle mobil und erlauben auch Messungen außerhalb der institutseigenen Labore.
Kraftmesstechnik
Für die Messung dynamischer Kräfte werden am Institut hauptsächlich Sensoren verwendet, die den piezoelektrischen Effekt ausnutzen. Ein typischer Anwendungsfall ist das Messen der Anregungskraft eines Shakers z.B. im Rahmen einer Modalanalyse. Es können dabei dynamische Kräfte zwischen weniger als 1 N und über 120 kN erfasst werden.
Bei der Messung statischer Kräfte kommen Kraftsensoren zum Einsatz, die mithilfe von Dehnungsmessstreifen (DMS) arbeiten. Basierend auf dem linearen Zusammenhang zwischen der wirkenden Kraft und der elastischen Verformung des Sensors ist ein Rückschluss auf die Kraft möglich. Wir verfügen über Sensorik zur Erfassung von statischen Kräften von bis zu 1 kN.
Schwingprüfung
Im Rahmen einer Schwingprüfung wird eine charakteristische Anregung aufgebracht, welche typisch für den realen Betrieb ist, um zu überprüfen ob ein Bauteil oder eine Baugruppe diesen Belastungen dauerhaft standhält. Schwingprüfungen sind daher häufig Bestandteile von
Zulassungsprozessen. Im Allgemeinen werden dafür elektrodynamische Schwingerreger und eine spezielle Software zur Kraftregelung eingesetzt. Wir verfügen über die notwendige Ausstattung um im Bedarfsfall Schwingprüfungen mit dynamischen Kräften von bis zu 2 kN durchzuführen.
Ausstattung Modalanalyse und Schwingregelung
- Diverse IEPE Beschleunigungssensoren der Hersteller PCB und DYTRAN (uni- und triaxial)
- Verschiedene Kraftsensoren (IEPE und DMS) der Hersteller PCB, DYTRAN und HBM
- Elektrodynamische Shaker von TIRA (S50303-M, S51130-MSC und TV50018) mit 3 N - 2 kN Nennkraft
- M+P VIBRUNNER mit 8 bis 88 Kanälen (204,8 kHz Abtastfrequenz)
- M+P ANALYZER Software zur experimentellen Modalanalyse
- M+P VIBCONTROL Software (inkl. Multi-axis Option) zur Schwingprüfung
