Labor für Versuchs- und Anwendungstechnik
Das Modul Versuchs- und Anwendungstechnik hat die Ziele, dass die Teilnehmer Versuche eigenhändig planen, durchführen und analysieren können. Sie werden im Stande sein, mit der EDV unterstützte Messdatenerfassung und Auswertung anzuwenden und dabei praxisorientierte Problemlösungskompetenzen aufbauen.
Zudem werden die zugehörigen Analyse-, Simulations-, Steuerungs- und Regelungs- sowie Dokumentationswerkzeuge eingesetzt.
Die Inhalte des Moduls umfassen das Projektieren von Versuchsvorhaben, das Spezifizieren des maschinentechnischen und messtechnischen Aufbaus und Verspannungsprüfstandkonzepte. Zudem werden die Studierenden in aktuelle Messdatenerfassungs- und Analysesoftwares (z.B. Catman AP®, Labview®) eingewiesen. Es werden Berechnungsmodule, Formelgeneratoren, Visualisierungsmodule u.a. Programmelemente eingesetzt.
In den Vorlesungen bzw. Übungen oder Praktika werden Messdatenerfassung und –auswertung an aktuellen Beispielen des Maschinenbaus z.B. am Einmassen-Schwinger behandelt. Es werden Messungen von Belastungen und Betriebsverhalten landtechnischer Maschinensysteme durchgeführt. Bauteile, Baugruppen oder Maschinensysteme werden experimentell untersucht. Zudem gibt es Betriebsfestigkeitsuntersuchungen an Modellen oder realen Systemen, Zerstörungsfreie Inspektionsverfahren und Spannungsanalysen.
Biegekritische Drehzahl
Versuchsaufbau
(Bild: TH Köln)
Das Ziel dieses Versuches ist es, die biegekritische Drehzahl ohne Schrauben, mit einer Schraube und mit zwei Schrauben als Unwucht-Massen auf der Rotationsscheibe zu ermitteln. Zudem werden die Außeneinflüsse auf das System untersucht.
Hinter die Antriebseinheit wird ein Lager und einen Schutz eingebaut. In der Ebene der Rotationsscheibe wird sowohl ein horizontaler- als auch ein vertikaler Laser-Wegaufnehmer angebracht. Außerdem kann an dem Schwungrad eine Exzentermasse (keine, 1 bzw. 2 Schrauben in unterschiedlichen Winkeln) angebracht werden.
Es werden der horizontale und der vertikale Wegaufnehmer bei allen Messversuchen miteinander Verglichen. Dabei wird bei dem vertikalen Wegaufnehmer eine Verschiebung der biegekritischen Drehzahl beobachtet. Die Messdaten werden mit der theoretischen Elongation abgeglichen und unter anderem auch als Orbitdarstellung ausgewertet.
Kreuzgelenkwellen
Versuchsaufbau
(Bild: TH Köln)
Das Ziel dieses Versuches ist es, die Ungleichförmigkeit in Abhängigkeit des Beugungswinkels einer Gelenkwelle zu bestimmen. Um einen gleichförmigen Lauf von An und Abtrieb mit einem ungleichförmigen Lauf der Zwischenwelle zu erreichen, müssen die Beugungswinkel beider Gelenke identisch sein und die Gabeln der Zwischenwelle in einer Ebene liegen. Hier wird zwischen einer Z-Beuge und einer W-Beuge unterschieden.
Die Drehzahlschwankung beziehungsweise der geometrische Winkelversatz von Antrieb, Zwischenwelle und Abtrieb über den Umlauf wird mit Inkrementalsensoren gemessen. Die Beugungswinkel über Winkelsensoren erfasst. Die geometrischen Eigenschaften sind Drehzahl unabhängig, die Massenkräfte durch die Schwungscheibe werden rechnerisch aus der Ungleichförmigkeit der Drehbewegung ermittelt
Es wird festgestellt, dass sich die Ungleichförmigkeiten zu einer nahezu konstanten Drehzahl zwischen Antrieb und Abtrieb aufheben, wenn eine W-Beuge oder eine Z-Beuge eingestellt wird.
Getriebeprüfstand
Versuchsaufbau
(Bild: TH Köln)
Ziel dieses Versuches ist die Frequenzanalyse von Schwingungen durch ein Zahnrad mit Fehlern in der Verzahnung mit unterschiedlichen Einstellmöglichkeiten zu prüfen. Dabei können die Zahnräder getauscht werden, Wechsel zwischen Gerad- und Schrägverzahnung, variabler Achsenabstand und unterschiedliche Arten der Schmierung sowie der Belastung über eine Bremse.
Die Komponenten des Getriebeprüfstandes sind der Elektromotor, welcher das Stirnradgetriebe antreibt und von der Wirbelstrombremse abgebremst wird. Zwischen dem Stirnradgetriebe und der Wirbelstrombremse befindet sich ein Beschleunigungssensor. Zudem wird in einem weiteren Versuchsabschnitt eine Steuerung, zur Messung und Steuerung der Messdatenerfassung über ein Webinterface eingesetzt.
Zur Auswertung werden das Hüllkurvenverfahren sowie die FFT genutzt. Dabei werden die Messinterwalle entsprechend der genutzten Verfahren angepasst.
Riemenzustand
Versuchsaufbau
(Bild: TH Köln)
Ziel dieses Versuches ist es, eine Aussage über den Zustand des Keilriemens mittels messtechnische Analyse von Indikatoren zu treffen. Dabei werden der Zustand des Riemens, die Drehzahl des Antriebs, die Vorspannung und das Abtriebsmoment sowie die Übersetzung als Versuchsparameter genutzt.
Zur messtechnische Erfassung der Parameter und des Verhaltens des Versuchsaufbaues werden unter anderem ein Drehgeber, ein Inkrementalaufnehmer, zwei Beschleunigungsaufnehmer (vertikal und horizontal) sowie ein Laser zur Bestimmung des Schwingungsverhaltens des Riemens verbaut.
Schwingungsverhalten einer angerissenen Welle
Versuchsaufbau
(Bild: TH Köln)
In diesem Versuchsaufbau wird das Schwingungsverhalten einer angerissenen Welle analysiert. Dabei wird die Welle an einem Flansch nur teilweise verschraubt. Je nach Lage der Verschraubung ergibt sich eine feste Klemmung oder eine lose Verbindung der Welle. Die Tiefe des simulierten Risses, variiert mit der Anzahl und Lage der losen Schrauben durch die verwendeten Distanzbuchsen. Zusätzlich können unterschiedliche Unwuchtmassen auf den Flansch aufgebracht werden
Der Flansch, befindet sich im Versuchsaufbau auf der Welle zwischen einer Massenscheibe und dem Stützlager der Welle. Mit zwei Lasersensoren wird die Orbitbewegung der Welle in Abhängigkeit der Drehzahl und dem Wellendrehwinkel erfasst.
Bei jeder Versuchsvariante werden aus den Messdaten Orbitkurven und Frequenzspektren erstellt und ausgewertet.
Schwingungstechnische Untersuchung von Wälzlagerschäden
Versuchsaufbau
(Bild: TH Köln)
Das Ziel der Schwingungsanalyse ist es, den Zustand eines Wälzlagers einzuschätzen. Dabei werden unterschiedlich geschädigte Lager (ohne Schaden, mit Außenringschaden, mit Innenringschaden, mit Kugelschaden oder mit kombiniertem Schaden in den Versuchsaufbau eingesetzt werden.
Messtechnisch wird ein Beschleunigungssensor, ein Positionssensor sowie ein Sensor zur Drehzahlbestimmung genutzt.
Um Schäden über das Frequenzspektrum grafisch darzustellen, werden verschiedene Analysemethoden angewandt:
- Aufbereitung des Zeitsignals: Die Beschleunigung des Wälzlagers über die Zeit wird entweder mit oder ohne Tiefpassfilter und Gleichrichtung aufgezeichnet.
- Vergleich der Frequenzspektren: Schäden sind nur mit Gleichrichtung und Tiefpassfilter eindeutig erkennbar.
- Amplitudenvergleich: Amplituden sind bei Schäden deutlich zu erkennen.
Die Versuche werden unter Berücksichtigung der Drehzahl und der Riemenspannung als Versuchsparameter in verschiedenen Varianten durchgeführt.