Let`s Swing - Plastverarbeiter.de
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TRENDS & TECHNOLOGIE MESSEN / SENSORIK Rund um die Schwingungsmesstechnik Let’s Swing Freie Montagewahl: Mittels Clip-Montage an fünf Seiten bietet der Typ 4524 nahezu unbegrenzte Freiheit bei der Befestigung. Die Schwingungsmesstechnik ist ein breites Feld, welches von der Erfassung über die Überwachung und Verarbeitung bis hin zur Analyse reicht. Dementsprechend vielfältig ist auch das Produktspektrum in der Branche. Um einen Überblick zu liefern, was es so Aktuelles gibt, haben wir die Neuheiten von der Sensor/Test auf den folgenden Seiten zusammengestellt. Bewegungen, beispielsweise bei ei- Mit dem Sensor fängt es an nem Kompressor, einer Werkzeugmaschine, Förderbändern oder einem Auto, erzeugen Schwingungen und Stöße. Überschreiten diese, zum Beispiel durch Abnutzung, ein bestimmtes, akzeptiertes Maß, muss etwas dagegen getan werden, damit keine großen Schäden entstehen. Ein Kompressor könnte ausfallen und die Produktion lahm legen, eine Werkzeugmaschine könnte die zu bearbeitenden Teile beschädigen, beim Transport könnten Pakete ramponiert werden oder das Auto könnte eine Panne haben. Um dies zu verhindern werden Schwingungen und Stöße ständig oder im Turnus gemessen, überwacht und analysiert. Zur Aufnahme von Schwingungen verwendet man meistens Beschleunigungssensoren und zwar die piezoelektrischen. Diese verfügen über einen großen Dynamikumfang, eine sehr gute Linearität, einen weiten Frequenzbereich sowie eine hohe Empfindlichkeit bei geringen Abmessungen. Außerdem benötigen sie kein Hilfsenergie und eignen sich durch ihr geringes Rauschen sowohl für kaum wahrnehmbare Schwingungen als auch für starke Stöße. Piezoresistive und kapazitive Sensoren haben nur dann einen Vorteil, wenn auch statische Beschleunigungen zu erfassen sind. Auf der Sensor präsentierten gleich mehrere Firmen neue Beschleunigungssenso- Sensor aus Liliput: Wer Schwingungen an sehr kleinen Strukturen messen möchte, braucht sehr kleine Sensoren wie den 0,2 g leichten 352C23. 42 ren. Die Metra Meß- und Frequenztechnik, Radebeul, stellte dem Publikum dort erstmals ihren Industrie-Beschleunigungsaufnehmer KS81 vor. Der IP67-Edelstahlsensor wird mit einer M6- oder M8-Schraube befestigt und dank doppelter Schirmung einen verbesserten EMVSchutz. Zu seinen Eigenschaften zählt der ICP-kompatible Spannungsausgang, die geringe Empfindlichkeit von 100 mV/g, der Messbereich von ±55g sowie der Frequenzbereich von 0,3 bis 9000 Hz. Klein und robust Auch am Synotech-Stand waren viele Vibrationssensoren zu sehen, wie das nur 0,2 g leichte Modell 352C23 von PCB Piezotronics. Auf Grund seiner Abmessungen von 2,8 x 8,6 x 4 mm und seines geringen Gewichts eignet es sich ideal für Schock- und Vibrationsmessungen an sehr kleinen Strukturen und bei begrenzten Platzverhältnissen. Der Sensor enthält ein piezokeramisches Shear-Element, generiert auf Grund seines ICP-Verstärkers ein Ausgangssignal von 5 mV/g und ist bis 10000 g schockgeschützt. Bei einer Resonanzfrequenz von mehr als 70 kHz ist er für Messungen bis 10 kHz geeignet. Weitere Merkmale sind das Gehäuse aus anodisiertem Aluminium, der AUTOR Frank Nolte Redakteur IEE IEE 50. Jahrgang 6-2005 KOMPAKT Bei der Schwingungsmesstechnik geht es vor allem darum wo, wie lange und wie viele Signale aufgenommen werden müssen. Aus den Antworten auf diese Fragen ergibt sich dann die zu verwendende Lösung. Soll die Struktur eines größeren Objektes analysiert werden, benötigt man mehrere piezoresistive Beschleunigungssensoren, die es in den unterschiedlichsten Varianten gibt. Zur Datensammlung gibt es stationäre und mobile Geräte, mit integrierter Rechenpower sowie mit passendem Notebook. Auch bei der Analysesoftware gibt es in der Leistungsfähigkeit abgestufte Variationen. Sollen Schwingungen berüh- erdfreie Signalausgang und das austauschbare Messkabel mit Miniaturstecker. Mit dem Modell 607A61 von PCB-IMI präsentierte Synotech außerdem einen kleinen und robusten Vibrationssensor für die Spindelüberwachung. Durch sein patentiertes Montageverfahren kann die Signalleitung während der Befestigung des Sensors entsprechend den örtlichen Gegebenheiten ausgerichtet werden. Der hermetisch dicht verschweißte Sensor und das integrierte, armierte Kabel garantieren eine dauerhaft störungsfreie rungslos, mit hoher Bandbreite und Auflösung erfasst werden, bieten sich Laser-Vibrometer an. Als 3D-Ausführung ermöglichen sie exakte Analysen größerer Komponenten im Raum, was besonders bei der Produktentwicklung gefragt ist. Schwingungswächter hingegen eignen sich ideal zur zustandorientierten Instandhaltung. Ohne großen Aufwand lassen sich mit ihnen Anlagen sowie Maschinen überwachen und Stillstandzeiten minimieren. Egal, wofür man Schwingungsmesstechnik benötigt, wegen der breiten Komponenten- und Gerätepalette hat man bei allen Lösungen die Qual der Wahl. Funktion. Ein integrierter Tiefpassfilter verhindert die Übersteuerung des Sensors und erlaubt dennoch die Messung von hochfrequenten Vibrationen. Der 607A61 eignet sich somit sowohl zur Zustandsüberwachung der Lager als auch zur Erkennung von Veränderungen an den genutzten Werkzeugen. Sensoren en masse Noch mehr Sensoren gab es in den Vitrinen von Brüel & Kjaer zu sehen. Anfang diesen Jahres hatte das Unternehmen sage und schreibe 50 IEPE- und PE-Aufneh- Volle Analyseleistung: In den Analysatoren der OR-Geräte werden die Messsignale direkt mittels DSP’s ausgewertet, so dass der Laptop nicht zum Nadelöhr wird. IEE 50. Jahrgang 6-2005 43 TRENDS & TECHNOLOGIE MESSEN / SENSORIK Kabel versehenen Sensors reicht bis 20000 Hz. Das Shear Design garantiert Unempfindlichkeit gegen Temperaturtransienten und Basebending. Datensammler Volle PC-Power: Das portable Messsystem Soundbook basiert auf dem Toughbook von Panasonic. mer aus den Bereichen Beschleunigungssensoren, Kraftaufnehmer und Modalhämmer neu auf den Markt gebracht bzw. überarbeitet. Zu den Neuheiten gehört der IEPE Triax-Aufnehmer mit nur 10 mm Kantenlänge und einem Gewicht von unter 5 g. Er lässt sich durch seine praktische Clip-Montage auf fünf Seiten variabel und schnell befestigen und verfügt über einen Signalausgang von 10 2 mV/ms . Drei weitere unabhängige Ausgänge ermöglichen die simultane Messung in drei gegenseitigen senkrechten Richtungen. Mit seiner integrierten Elektronik, auch als TEDS-Aufnehmer mit integriertem elektronischen Transducer Electronic Data Sheet, eignet sich der Sensor für Struktur- und Modaluntersuchungen. Dies trifft auch auf den 2,8 g leichten und 9 mm langen Miniatur TriaxAufnehmer vom Typ 4520 zu. Trotz dieser geringen Maße besitzt er einen Standard 4-Pin-Stecker, wodurch die Standard Brüel & Kjaer-Kabel verwendet werden können. Noch leichter ist der Miniatur-Aufnehmer Typ 4517. Er wiegt lediglich 0,6 g (isoliert 1 g) und ist als Ladungstyp 4517C oder mit integrierter Elektronik erhältlich. Der Frequenzbereich des hermetisch geschlossenen, mit einem abnehmbaren 44 Mit dem Messen von Schwingungen ist es natürlich nicht getan. Die Signale müssen auch gesammelt, verarbeitet und ausgewertet werden. Die Bandbreite der verfügbaren Hardware ist ziemlich umfangreich und reicht von kompakten zweikanaligen Aufnehmern über mobilen Panellösungen bis hin zu Messsystemen für mehr als 150 Kanäle. Oros, Koblenz, bietet z. B. hochwertige Echtzeitund Multi-Analysatoren mit bis zu 32 Kanälen an, die mit ihrer Standard-Software praktisch alle allgemeinen Aufgaben in der Schwingungsmessung und Akustik erledigen können. Darüber hinaus verfügen sie bereits über die erforderlichen Softwaremodule, um u. a. Übertragungsfunktionen zu messen oder diverse Aufgaben in der Maschinendiagnose zu lösen. Die DSP-Analysatoren OR24 und OR25 enthalten leistungsfähige EchtzeitFFT, Zeitdaten-Rekorder und Offline-FFT. OR34 und OR35 sind dank geringer Große und Gewicht für den mobilen Einsatz prädestiniert. Integrierte DSPs erlauben eine Auswertung mit simultaner FFT, Oktavund Ordnungsanalysen. Zur oberen Leistungsklasse gehören die Analysatoren OR36 und OR38, die synchronisiert bis zu 64 Kanäle aufzeichnen und analysieren können. Zu ihren Eigenschaften gehören 24-Bit-AD-Wandler, eine Bandbreite von max. 40 kHz pro Kanal, über 120 db Dynamik sowie simultanes Recording auf der interne 40 GB Festplatte. Die NVSolutions Applikationssoftwa- re-Pakete ergänzen und erweitern einen Oros-Analysator um anwendungsorientiertes Handwerkszeug und angepasste Bedienoberflächen. Beispielsweise kann man mit Multianalyse und der speziell dafür entwickelten Software NVGate vielfältige Aufgaben an rotierenden Maschinen, in der industriellen Akustik und in der Strukturanalyse schneller und komfortabler erledigen, als dies mit bisherigen Geräten möglich war. Analyse unterwegs Ein universelles portables Messsystem für Akustik und Schwingungstechnik bietet Sinus Messtechnik, Leipzig, an. Im Gegensatz zu bisherigen PC-basierten Schallpegelmessern, die auf einem Notebook und einem externen Frontend beruhen, bietet das Soundbook beides in einem Gerät. Die Hardware ist kompatibel zu dem hauseigenen, kompakten Messsystem Harmonie und basiert auf dem Toughbook CF-18 von Panasonic. Das 3 kg leichte Messsystem gibt es mit zwei, vier und acht Messkanälen. Dank der offenen Plattform kann jeder Anwender aus einer großen Anzahl von Softwarelösungen verschiedener Hersteller auswählen und auch eigene Software installieren. Nach der Messung steht ein vollwertiger PC mit lichtstarkem 11“ XGA-Display zur Verfügung. Für die Auswertung der Messdaten, u. a. als FFT- und als Humanschwingungsanalysator, bietet Sinus Samurai an. Die Software zur Lärm- und Schwingungsmessung sowie Echtzeit-Analyse bietet u. a. eine Vielzahl grafischer Darstellungsmöglichkeiten, einen automatischen Kalibriercheck vor Beginn der Messung sowie eine integrierte Sensor-Datenbank. Parallel zur Messung und Analyse kann Live dabei: Mit der OnlineDisplay-Funktion des si++ voyager kann man schon während der Messung mit der Analyse beginnen. IEE 50. Jahrgang 6-2005 TRENDS & TECHNOLOGIE MESSEN / SENSORIK Die dritte Dimension: Besonders in der Produktentwicklung ist die berührungslose Messung und dreidimensionale Visualisierung von Strukturschwingungen von Vorteil. man Pegelwerte, Terzen und Zeitsignale speichern. Unterschiedliche Hardwareplattform Da Akustik Technologie Göttingen mit verschiedenen Frontend-Lieferanten zusammenarbeitet, kann das Unternehmen seine mobilen voyager-Messsysteme mit 4 bis 144 Kanälen anbieten. Die Rechenbasis von si++ Voyager bildet dabei ein robustes Industrie-Notebook mit Windows-NT. Auch bei der Benutzeroberfläche kann man wählen: si++ Workbench für die explorative Datenanalyse oder si++ AutoPilot für Routineanwendungen. Mit dem Online-Display kann man schon während der Aufnahme mit der Analyse beginnen. Pegelverlauf, Taerzen und FFT-Spektren lassen sich für mehrere Kanäle anzeigen. Die Software si++ Test erlaubt die Qualitätsprüfung durch Akustik- und Schwingungsmessung in der Produktion. Durch eine realistische Nachbildung der Erkennungsprozesse erreicht sie gegenüber Akustik-Standardmethoden eine wesentlich bessere Differenzierungsleistung. Akustik-Verarbeitungsmodule für die Anpassung an unterschiedliche Anforderungen ermöglichen die Automatisierung der akustischen Qualitätskontrolle, da das Triggern auf nicht relevante Gegenstände reduziert wird. Offen für PC-basierte Messtechnik Die leistungsstarke und skalierbare Software SmartOffice von m+p internatio- 46 nal, Hannover, ermöglicht FFT-, Modal-, Oktav- und Drehschwingungsanalysen. Um eine größtmögliche Flexibilität zu gewährleisten, wird PCI-, PXI- und VXIMesstechnik von National Instruments, VXI Technology, Bustec und Teac unterstützt. Man kann Daten aus über 20 verschiedenen NVH-Dateiformaten importieren, bis zu 160 Kanäle in Echtzeit erfassen, die Ergebnisse analysieren und umfassende Testberichte erstellen – vor Ort, im Labor oder im Büro. SmartOffice erlaubt ein einheitliches Datenmanagement für direkt gemessene und importierte Daten. Mithilfe der Copy&Paste-Funktion lassen sich Grafiken oder Bewegungsformen in ActiveX-Applikationen wie Microsoft Word oder PowerPoint übernehmen. Auf die aktiven Dokumente hat man von allen Arbeitsplätzen im Netz Zugriff. Die automatisierte Berichterstellung im Nutzerlayout sorgt für hohe Produktivität (z. B. Berichte mit 100 Diagrammen in zwei Minuten). Eine Visual Basic-kompatible Programmierschnittstelle ermöglicht die Automatisierung wiederkehrender Aufgaben. Ex-geschützte Schwingungsüberwachung Um die Schwingung von rotierenden Maschinen kontinuierlich zu kontrollieren, bedarf es aber keiner aufwändigen Messsysteme. Neben Turnusprüfungen mit handlichen Messgeräten gibt es stationäre Schwingungswächter, die wichtige Anlagen rund um die Uhr überwachen. Sie ermöglichen eine zustandabhängige IEE 50. Jahrgang 6-2005 MESSEN / SENSORIK TRENDS & TECHNOLOGIE Instandhaltung, was die Maschinenlaufzeit erhöht und die Wartungskosten senkt. Die Sicherheitsanforderungen an den Maschinen werden jedoch größer und gerade im Ex-Bereich sind diese Anforderungen noch höher. Diese erfüllen die Schwingungswächter der Typenreihe PCH1240/1255 der HW-Sensor-Messtechnik aus Nettetal. Sie wurden so konzipiert und entwickelt, dass sich Sensor und Elektronik selbst überwachen. Der Messbereich und die Grenzwerte sind individuell einstellbar. Außerdem kann der Anwender sie jederzeit testen. Die Sensoren erfüllen somit die Maschinenrichtlinie EN954-1 und SIL2. Für die Überwachung von Wälzlager und Getrieben an den unterschiedlichen Maschinen hat HW u. a. die CTC Vibrationsaufnehmer und PCH1028 Schwingungswächter im Programm. Außerdem will das Unternehmen demnächst mit der Typenreihe PCH1270 mit internem DSP einen der ersten kompakten digitalen Schwingungswächter auf den Markt bringen. Messen in drei Dimensionen In der Produkt-Entwicklung hat sich die numerische Berechnung und Vorhersage des Schwingungsverhaltens von Bauteilen und Maschinen fest etabliert. Gegenüber mechanischen Beschleunigungsaufnehmern haben optische Vibrometer den Vorteil der wesentlich höheren Bandbreite bei sehr hoher Auflösung. Hinzu kommt, dass sie rückwirkungsfrei auf den zu untersuchenden Körper messen. Das von Polytec, Waldbronn, entwickelte PSV-400-3D Scanning Laser Vibrometer bietet außerdem die Möglichkeit, ein Objekt flächenhaft mit dem Laser-DopplerVerfahren zu vermessen und dabei die Schwingungen in allen drei Raumrichtungen zu bestimmen. Innerhalb weniger Minuten erfasst die Geometrie-Scaneinheit 3D-Geometrien von Test-Strukturen, was besonders nützlich ist, wenn keine numerischen Geometriedaten vorliegen. Die Flexibilität des Systems sowie die einfache Bedienbarkeit und Geschwindigkeit des Verfahrens leisten ei- IEE 50. Jahrgang 6-2005 nen signifikanten Beitrag zur Verkürzung der Produktentwicklungszeiten. Bleibt cool, wenn es heiß wird Müssen Schwingungen aus Platz- oder Umgebungsbedingungen berührungslos gemessen werden, bietet sich u. a. das Laserinterferometrische Vibrometer von Sios Messtechnik, Ilmenau, an. Es lässt sich flexibel einbauen, applikationsspezifisch anpassen und hat einen Messbereich von 0 bis 500 kHz. Der Sensorkopf der Interferometer der Serie SP-S ist mit einer Zusatzoptik ausgestattet und ermöglicht Messungen an Oberflächen beliebiger Rauheit. Neben dem Schwingungsspektrum und den Schwingungsformen kann man mit ihnen auch Mehrkoordinaten- und hochgenaue Längenmessungen durchführen. KONTAKT KS81 Metra www.mmf.de Vibrationssensoren Synotech www.synotech.de Beschleunigungsaufnehmer Brüel&Kjaer www.bruelkjaer.de OR-Analysatoren Oros www.oros-deutschland.de Soundbook/Samurai Sinus Messtechnik www.soundbook.de si++ Voyager/Test Akustik Technologie www.akutech.de Smart Office m+p www.mpide.de Schwingungswächter HW-Sensor www.sensor-messtechnik.de PSV-400 Polytec www.polytec.de Serie SP-S Sios www.sios.de 751 940 941 942 943 944 945 946 947 948 infoDIRECT 751iee0605 Nähere Informationen zu den oben aufgeführten Produkten 47