01.01.2013
Zur Charakterisierung des dynamischen Verhaltens einer 250-kN-Kraftstoß-Normalmesseinrichtung wurden experimentelle Messungen mit montiertem Kraftaufnehmer durchgeführt und die stärksten Eigenschwingungen identifiziert. Für das Beispiel eines 25 kg schweren Aufnehmers wurde das beobachtete Schwingverhalten mittels Finite-Elemente-Modellierung bestätigt. Weitere Experimente belegen, dass die Koppelresonanz des montierten Kraftaufnehmers stark von der mechanischen Adaption und den Anziehdrehmomenten abhängt.
Experimentelle Untersuchungen an der 2010 in Betrieb genommen Messeinrichtung für stoßförmige Kräfte bis 250 kN zeigen, dass kurze Stoßpulse (Pulsdauer etwa 1 ms) starke Eigenschwingungen im unteren Kilohertzbereich anregen können. So wird bei einem 25 kg schweren Kraftaufnehmer (Prüfling) mit spezifizierter Eigenfrequenz von 6 kHz eine niedrigste axiale Eigenschwingung von etwa 1,4 kHz beobachtet, die den für Stoßkalibrierungen nutzbaren Frequenzbereich möglicherweise deutlich einschränkt.
Um das dynamische Verhalten der Messeinrichtung zu charakterisieren und ggf. optimieren zu können, wurden die Eigenschwingungen der Messeinrichtung experimentell bestimmt [1]. An interessierenden Stellen wurden hierzu Miniatur-Beschleunigungssensoren appliziert und die Signale zusammen mit dem Kraftaufnehmer- und den zwei Referenzsignalen (interferometrische Messung der Stoßbeschleunigung der 100-kg-Stoßkörper) erfasst. Durch Analyse des Nachschwingens im Zeit- und Frequenzbereich konnten die axialen Eigenschwingungsmoden unterhalb 10 kHz identifiziert werden. Die experimentellen Ergebnisse wurden durch eine Finite-Elemente-Modellierung der Stoßgeometrie eindrucksvoll bestätigt. Signifikante Abweichungen zeigen sich nur bei der Koppelresonanz des auf dem Stoßkörper montierten Kraftaufnehmers. Das Modell liefert eine höhere Ankoppelsteifigkeit und damit eine höherfrequente Resonanz. Weiterführende Experimente ergaben, dass die Koppelresonanz stark von der konstruktiven Ausführung der Adaption und den verwendeten Anziehdrehmomenten abhängt [2]. Es ist nun geplant, die Koppelresonanz durch Modifizierung des Adapters zu höheren Frequenzen zu verschieben.
Die hier vorgestellten Untersuchungen erfolgten im Rahmen des laufenden EMRP-Forschungsprojektes IND09 zur dynamischen Messung mechanischer Größen (Kraft, Druck, Drehmoment) [3, 4].
Bild 1: Untersuchung von Eigenschwingungen der Stoßmasse mit montiertem Kraftaufnehmer
Literatur:
[1] M. Kobusch, L. Klaus, T. Bruns: "Model-based analysis of the dynamic behaviour of a 250 kN shock force calibration device", XX IMEKO World Congress, 2012, Busan, Republic of Korea, 
Link
[2] M. Kobusch: "Influence of mounting torque on stiffness and damping parameters of the dynamic model of a 250 kN shock force calibration device", 7th Workshop on Analysis of Dynamic Measurements, 2012, LNE, Paris, France
[3] C. Bartoli et al.: "Traceable Dynamic Measurement of Mechanical Quantities: Objectives and First Results of this European Project", XX IMEKO World Congress, 2012, Busan, Republic of Korea, Link
[4] Homepage des gemeinsamen Forschungsprojekts “Dynamic Measurement of Mechanical Quantities” EMRP IND09: Link
Ansprechpartner:
Michael Kobusch, FB 1.7, AG 1.73, E-Mail: michael.kobusch@ptb.de