Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik (MEGT)

Messung von Drehungleichförmigkeiten

Bei vielen Anwendungen der Antriebstechnik stellen Torsionsschwingungs-Analysen des Antriebstrangs eine wichtige Problemstellung dar. Insbesondere die Messung von Drehungleichförmigkeiten an Verbrennungsmotoren oder die Messung dynamischer Schwingwinkel an verschiedenen Punkten einer Drehschwingerkette sind häufige Beispiele derartiger Fragestellungen.

Viele am Markt verfügbare Messverfahren basieren auf inkrementellen Drehgebern. Diese sind einfach und robust. Sollen mit Ihnen aber hochfrequente Schwingungen mit kleinen Amplituden gemessen werden, so muss die Anzahl der Inkremente über den Umfang sehr groß sein. Dies führt insbesondere bei Drehungleichförmigkeitsmessungen mit hohen Drehzahlen zu sehr großen Datenmengen, deren Auswertung u.U. mehrere Tage dauern kann.

Der MEGT-Lehrstuhl verfügt über zwei Rotations-Laservibrometer, mit denen Torsionsschwingungen bzw. Drehungleichförmigkeiten hochauflösend, berührungslos und in Echtzeit gemessen werden können. Die Wellenoberfläche muss hierfür nur diffus reflektierend sein, was durch Aufkleben einer Reflexfolie bzw. durch Lackieren mit Struktureffekt-Lack erreicht wird.

Das Schemabild zeigt die Funktionsweise eines Rotations-Laservibrometers. Mit Hilfe zweier im Abstand d parallel ausgerichteter Mach-Zehnder-Interferometer werden die in Strahlrichtung liegenden Anteile der Tangentialgeschwindigkeiten vA und vB an einer rotierenden Wellenoberfläche ermittelt. Diese erzeugen die Dopplerfrequenzen fA und fB. Aus diesen wird durch Überlagerung und unter Berücksichtigung der geometrischen Randbedingungen die Winkelgeschwindigkeit ω bestimmt. Durch Differenzierung lässt sich daraus die Winkelbeschleunigung und durch Integration der Schwingwinkel ableiten. Die Grenzfrequenz der erfassbaren transienten Vorgänge beträgt 10 kHz.

Durch die Verfügbarkeit zweier derartiger Rotations-Laservibrometer kann der dynamische Drehwinkel an zwei Stellen eines Antriebsstrangs gemessen werden. So ist es möglich, das Übertragungsverhalten eines Antriebselements durch Messung des ein- und ausgangsseitigen Drehwinkels zu bestimmen.

Die Messtechnik ist mobil einsetzbar, so dass auch Dynamikmessungen an Prüfständen, Aggregaten oder Maschinen vor Ort beim Kunden durchgeführt werden können.

Beispiele für durchgeführte Drehungleichförmigkeitsmessungen:

  • Ermittlung des dynamischen Übertragungsverhaltens torsionselastischer Antriebselemente
  • Ermittlung der Drehungleichförmigkeiten vor und nach einem Zweimassen-Schwungrad auf einem befeuerten Getriebeprüfstand (Messung beim Kunden vor Ort)
  • Bestimmung der Resonanzüberhöhung an einem PKW-Nebenaggregate-Riementrieb
  • Bestimmung des dynamischen Schwingwinkels an einer Hohnmaschine (Messung beim Kunden vor Ort)
  • Ermittlung des dynamischen Übertragungsverhaltens von Schwingungsdämpfern
  • Messung des dynamischen Betriebsverhaltens an einem langen Förderkettentrieb (Messung beim Kunden vor Ort)
  • Ermittlung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines Steuerkettentriebs
  • Ermittlung der dynamischen Steifigkeit eines Tilgers
  • Dämpfungsmessung von Antriebselementen
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