Erschienen am: 12.12.2017, Ausgabe SPS-MAGAZIN 12 2017

Quasi-statisch messender Laborladungsverstärker

Messen ohne Grenzen

Mit den Ladungsverstärkern der LabAmp-Reihe wurde ein Ökosystem für piezoelektrische Sensoren geschaffen, das komplexe und präzise Analysen ermöglicht und dabei einfach zu bedienen ist. Zum Einsatz kommt das PTP-fähige System z.B. bei Schnittkraftmessungen an Werkzeugmaschinen oder in der maritimen Forschung und Entwicklung.


Um die Geometrie von Schiffskörpern zu optimieren, werden die an maßstabsgetreuen Modellen auftretenden Kräfte und Momente mittels piezoelektrischer Sensorik gemessen.
Bild: Centrale Nantes

Während der LabAmp Ladungsverstärker 5165A vor allem für dynamische Eingangssignale von PE- oder IEPE-Sensoren sowie Spannungssignale geeignet ist, spielt der 5167A seine Stärken im Bereich von piezoelektrischen Multikanalmessungen mit quasi-statischem Signalanteil aus. Kombiniert man beide Systeme, erhält man ein leistungsfähiges Messsystem zur Verarbeitung und Erfassung beliebiger piezoelektrischer Sensordaten und Spannungssignale, sei es bezüglich Kraft, Reaktionsdrehmoment, Beschleunigung, Dehnung oder Druck. Neben den digitalisierten Daten stehen sämtliche Signale auch als analoge Ausgangsspannungen zur Verfügung. Kistler stellt softwareseitig die Komplettlösung Dynoware zur Verfügung, mit der bis zu 16 Sensorsignale visualisiert und ausgewertet werden können. Alternativ besteht die Möglichkeit, über die API- oder Labview-Schnittstelle die Systeme in die eigene Softwareumgebung zu integrieren. Für einfachere Anwendungen steht ein Web-Userinterface zur Verfügung.

Zerspanende Bearbeitung

Die hohe Signalqualität des LabAmp 5167A wird erreicht durch eine rauscharme Ladungsverstärkereingangsstufe in Kombination mit der 24Bit-Digitalisierung, einer flexiblen Filterauswahl und Abtastraten bis 100kSps. Eine Anwendung ergibt sich beispielsweise im Werkzeugmaschinenbereich: Bei der zerspanenden Bearbeitung eines Werkstücks treten zusätzlich zu den Kräften in den drei Raumachsen (Fx, Fy, Fz) Reaktionsdrehmomente (Mx, My, Mz) auf. Mit einem Dynamometer werden insgesamt acht Kraftkomponenten gemessen, aus denen dann die entsprechenden Größen berechnet werden können. Das Dynamometer wird an einen Acht-Kanal-Ladungsverstärker LabAmp 5167A81 angeschlossen, so dass die Signale direkt digitalisiert und in DynoWare aufgezeichnet, verrechnet und dargestellt werden. Zusätzlich erlaubt es die PTP-Funktionalität (Precision Time Protocol), z.B. einen dreiachsigen Beschleunigungssensor an der Maschine zu platzieren und dessen Signale synchronisiert mit einem LabAmp 5165A4 zu erfassen. Damit lassen sich in der Software unmittelbar die gemessenen Kräfte zusammen mit den Vibrationen analysieren.

Anzeige

Analyse von Strömungseffekten

Eine weitere Anwendung bietet die Analyse von Strömungseffekten im maritimen Bereich. Um die Geometrie von Schiffskörpern zu optimieren, werden die an maßstabsgetreuen Modellen auftretenden Kräfte und Momente gemessen, die in verschiedenen Situationen auf den Rumpf wirken, beispielsweise beim Anprall von Wellen oder in verschiedenen Strömungssituationen. Die Modelle werden typischerweise über vier dreiachsige Kraftsensoren montiert und bei unterschiedlichen Bedingungen (Geschwindigkeit, Wellengang etc.) durch einen Wassertank gezogen. Auch hier lassen sich die jeweiligen Resultate aufzeichnen und interpretieren sowie zur Berechnung sämtlicher resultierender Kräfte und Momente an allen Achsen heranziehen. Die neuen Ladungsverstärker punkten hier besonders durch die Vereinfachung der Messkette (Datenerfassung direkt im LabAmp), die hohe Signalqualität und den weiten Messbereich, da sowohl kleinste Kräfte als auch ein starker Aufprall exakt gemessen werden kann. Weitere Anwendungen ergeben sich am Reifenprüfstand (Rollwiderstandsmessungen), bei Vibrationsmessungen oder in der Modalanalyse (z.B. von Tragflügeln).

Fazit

Mit den beiden neuen Laborladungsverstärkern mit integrierter Datenerfassung und dem Softwarepaket Dynoware stellt Kistler seinen F&E-Kunden ein leistungsfähiges Ökosystem für piezoelektrische Sensorik zur Verfügung. Nicht nur können nahezu beliebige Messgrößen erfasst werden, insbesondere bei gleichzeitiger Nutzung von 5167A und 5165A. Die beschriebenen Geräte sind dabei prinzipiell auch mit Produkten anderer Hersteller kombinierbar.

Anzeige