Ziel der Entwicklung

Innerhalb von Klangprüfungen und Schwingungsanalysen werden die zu untersuchenden Strukturen gezielt mit definierten Anregungssignalen zum Schwingen angeregt und gleichzeitig die Messdaten der Strukturantwort erfasst. Für Klangprüfungen kommen ausschließlich impulshafte Einzelschlaganregungen in Frage, da keine Kontaktierung zum Prüfling und eine gleichmäßige breitbandige Anregung von über 20 kHz Grundvoraussetzung ist. Weiterhin sollen diese reproduzierbaren Anregungen auch an Transportbändern einsetzbar sein. Daher muss sich das Gerät adaptiv an veränderte Lagen der Prüflinge anpassen. Aktuell existiert am Markt nur ein automatisierter Impulshammer (eine Entwicklung des Antragstellers) der diese Anforderungen erfüllt, der aber nur bis maximal 12,5 kHz anregen kann. Dies ist für viele Anwendungen, besonders bei leichten Strukturen, oft nicht ausreichend. Zudem existiert keine Lösung, die der reproduzierbaren Anregung auch Antworterfassung und Berechnung der Übertragungsfunktion in einem Gerät ermöglicht. Dadurch könnte die gesamte Schwingungsanalyse bzw. Klangprüfung mit einem Gerät und einheitlicher Bedienführung durchgeführt werden.

Vorteile und Lösungen

Jedes WaveHit System besteht aus einer Schrittmotoreinheit (Antrieb), die einen an der Achse befestigten Schlagarm in eine Rotationsbewegung versetzt. Am ausladenden Ende des Schlagarms ist ein IEPE-Kraftsensor montiert, der mittels seiner Schlagspitze die kinetische Energie auf den Prüfling leitet und die dabei auftretende Kraft in ein elektrisches Signal wandelt. Das kann einerseits messtechnisch erfasst und aufgezeichnet werden, um die Messung zu dokumentieren, und bietet andererseits die Möglichkeit, die Dynamik des Schlagvorgangs qualitativ und quantitativ zu erfassen, um so das System für einen prellfreien Schlag zu justieren. In Zusammenarbeit mit dem Ingenieurbüro für Systementwicklung Andreas Lemke wurde neben der garantierten hochfrequenten (>20 kHz) Einzelschlaganregung zusätzlich eine Datenerfassung von externen analogen Sensoren (IEPE oder DC/AC) und eine darauf aufbauende Berechnung der entsprechenden Übertragungsfunktionen im Hammer umgesetzt. Zur externen Konfiguration und Steuerung des Impulshammers in der eigenen Bediensoftware, aber auch in Fremdsoftware, wurde eine Programmierschnittstelle entwickelt. Das Kommunikationsprotokoll wurde mittels REST und HTTP spezifiziert. Die Programmierschnittstelle wurde in C++ und als dynamische und statische Softwarebibliothek (.dll, .lib) mit zugehöriger Headerdatei entwickelt. Durch diese Bibliotheken kann der Impulshammer schnell und effektiv in die Test- /Messumgebung des Anwenders integriert werden. Zur effizienten Datenübertragung wurde parallel eine zusätzliche Komponente zur asynchronen Übertragung der Messdaten umgesetzt.

Zielgruppe und Zielmarkt

Strukturdynamische und akustische Messungen sind für die Lösung von diversen ingenieurswissenschaftlichen Aufgabenstellungen, wie bspw. die Entwicklung und Konstruktion leistungsfähiger, sicherer und langlebiger Maschinen, Fahrzeuge, Geräte und industrieller Anlagen von existentieller Bedeutung. Schwingungsmesstechnik wird in allen industriellen Anwendungsgebieten, wie bspw. im Maschinen-, Schiffs- und Fahrzeugbau, in der Luft- und Raumfahrttechnik, in der Wehrtechnik, im Bereich der Haushaltsgeräte, Unterhaltungselektronik und im Bauwesen, angewendet. Durch die Optimierung des Schwingungsverhaltens von Strukturen, können deren Sicherheit, Langlebigkeit, Komfort und Schallbelastungen deutlich verbessert werden. Die Anzahl der potentiellen Anwender ist aufgrund dieser vielfältigen Anwendungsgebiete nicht zu ermitteln. Weiterhin zählen diverse Anwendungen zur Qualitätssicherung, insbesondere der Klangprüfung ebenfalls dazu. Die Umsetzung der Projektziele führt gegenüber dem aktuellen Stand der Technik zu einer deutlichen Zeitersparnis und Vereinfachung von Messungen und zur Möglichkeit von Automatisierungen im Bereich der Schwingungsanalyse und Klangprüfung. Durch die diesbezüglichen Alleinstellungsmerkmale der Anwendung und durch bereits vorhandene Produkte, wie die Software waveCam zur Schwingungsanalyse und Software QAIros zur Klangprüfung, im Bereich der Strukturdynamik erscheint ein erfolgreicher Markteintritt sehr realistisch. Daher wird in diesem Bereich durch den Pionierstatus von einem großen Marktanteil ausgegangen. Mit den entwickelten Lösungen kann der gesamte Workflow der Prüfungen (Schwingungsanalyse und Klangprüfungen) angefangen mit der Datenaufnahme, über die Datenanalyse bis hin zur Simulation von einer Firma angeboten werden.