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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.
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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.
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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
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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.
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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-
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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
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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-
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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
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infoDIRECT
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Nähere Informationen zu den
oben aufgeführten Produkten
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