Logo der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt

Experimentelles Verfahren für die Bestimmung der Dämpfung von Torsionsschwingungen

24.09.2014

Neue Verfahren zur dynamischen Kalibrierung von Drehmomentaufnehmern wurden im Rahmen des europäischen Metrologieforschungsprogrammes EMRP im gemeinsamen Forschungsprojekt IND09 „Rückführbares dynamisches Messen mechanischer Größen“ erforscht [1]. Hierfür wurde eine modellbasierte Beschreibung des zu kalibrierenden Drehmomentaufnehmers entwickelt, die eine Modellierung der Messeinrichtung erfordert. Zur Beschreibung des Dämpfungsparameters der dynamischen Drehmomentmesseinrichtung wurde die Dämpfung von Torsionsschwingungen untersucht [2].

Für die Untersuchungen wurde ein Messaufbau entwickelt (siehe Bild 1), der eine Anregung des Messobjektes durch eine stufenförmige Drehmomententlastung (Sprunganregung) ermöglicht. Dies wurde durch Bruchkörper aus spröder Keramik realisiert, die bei zu hoher Belastung versagen.

Bild 1: Messaufbau zur Dämpfungsmessung.

Beim Bruch reagiert das tordierte Messobjekt mit sinusförmigen Torsionsschwingungen q(t), deren Amplitudenabfall analysiert wird, wie in Bild 2 dargestellt.

Bild 2: Exponentieller Amplitudenabfall der angeregten Schwingungen.

Die Amplitude der Schwingungen fällt zeitlich exponentiell ab und folgt gemäß

(1),

mit der Startamplitude q0, der Abklingkonstanten δ, der Kreisfrequenz ω und der Phase φ. Alternativ lässt sich der Abfall der Amplitudenspitzenwerte von einem Startwert qk über n Schwingungen betrachten und das logarithmische Dekrement Λ berechnen, hierbei gilt

(2).

Die Torsionsschwingungen werden in der Messeinrichtung (siehe Bild 1) oben und unten am Messobjekt berührungslos mit Rotationsvibrometern gemessen. Die Differenz dieser beiden gemessenen Torsionswinkel ist die Torsion des Messobjektes, dessen Dämpfungseigenschaften zu bestimmen sind. Die Spannungssignale der Vibrometer werden von einem schnellen Datenerfassungssystem aufgezeichnet. Der zeitliche Amplitudenabfall der aufgezeichneten Torsionsschwingungen wird im Zeitbereich mittels eines Sinus-Fits ermittelt.

Detaillierte Informationen zu dem Verfahren finden sich unter [3].

Literatur:

[1] C. Bartoli et al., "Traceable Dynamic Measurement of Mechanical Quantities: Objectives and First Results of this European Project" in International Journal of Metrology and Quality Engineering; 3, 127–135 (2012)
Opens external link in new windowDOI: 10.1051/ijmqe/2012020

[2] L. Klaus, Th. Bruns, M. Kobusch, "Modelling of a Dynamic Torque Calibration Device and Determination of Model Parameters" in ACTA IMEKO Vol. 3, No. 2 (2014), pp. 14-18,  online unter:
Opens external link in new windowhttp://acta.imeko.org/index.php/acta-imeko/article/view/IMEKO-ACTA-03%20%282014%29-02-05/253

[3] L. Klaus, M. Kobusch, "Experimental Method for the Non-Contact Measurement of Rotational Damping" in Proc. of Joint IMEKO International TC3, TC5 and TC22 Conference, 2014, Cape Town, South Africa, online unter:
Opens external link in new windowhttp://www.imeko.org/publications/tc22-2014/IMEKO-TC3-TC22-2014-003.pdf

Ansprechpartner:

Leonard Klaus, FB 1.7, AG 1.73, E-Mail: leonard.klaus@ptb.de
Michael Kobusch, FB 1.7, AG 1.73, E-Mail: michael.kobusch@ptb.de