Waren es vor Jahren nur die Hersteller von Walkmen, Disketten- oder CD-Laufwerken, die für Schwingungsuntersuchungen Miniaturaufnehmer einsetzten, so fordern heute Versuchs- und Entwicklungsingenieure aus unterschiedlichsten Branchen kleine, leichte und einfach einzusetzende Vibrationssensoren. Dabei erstreckt sich ihre Anwendung auf Umweltprüfungen, Beanspruchungsuntersuchungen oder Geräuschminderung.
Exklusiv in kem Der Autor Manfred Vieten ist zuständig für das Marketing der Synotech Sensor und Messtechnik GmbH, Hückelhoven
Bei Vibrationsuntersuchungen muss das Gewicht des Sensors im akzeptablen Verhältnis zum Gewicht und zu den Abmessungen der untersuchten Produkte stehen. Nur so bleibt sein Einfluss auf das dynamische Verhalten des Prüflings klein und der Anwender erhält wirklich aussagefähige Messergebnisse. Damit ist klar, dass das Gewicht der Sensoren eines der wichtigsten Auswahlkriterien für den Mess- und Prüfingenieur ist. Aber auch das Handling, also die schnelle Installation und unproblematische Verbindung mit dem Messsystem wird immer wichtiger, weil die Zahl der für die Untersuchungen bereitstehenden Prototypen klein ist und diese teilweise nur zeitlich begrenzt zur Verfügung stehen.
Praktisch alle heute zur Auswertung von Vibrationssignalen eingesetzten Mess- und Analyse-systeme unterstützen die sogenannten ICP-Sensoren. Diese enthalten trotz kleiner Abmessungen bereits einen Verstärker und liefern ein niederohmiges Spannungssignal, das vom Messsystem ohne zusätzliche Aufbereitung verarbeitet wird. Zudem stellen die Geräte den für die Versorgung der Aufnehmer notwendigen Konstantstrom bereit. Die ICP-Technik garantiert dabei eine hohe Kompatibilität zwischen Sensor und Messsystem, die Signalübertragung ist selbst bei längeren Messleitungen problemlos und die Messbereiche sind standardisiert. Viele Fehlerquellen sind bei dieser Technik also de facto eliminiert.
Vom Dentalbohrer bis zum Weihnachtskarussell
Die Unterschiedlichkeit der Anwendungen miniaturisierter Vibrationsaufnehmer lässt sich an folgenden Beispielen demonstrieren: Ein Hersteller schnell drehender Miniatur-Kugellager, wie sie beispielsweise in Dentalbohrern verwendet werden, setzt in Dauerprüfständen die Modelle der Serie 353B von PCB Piezotronics ein. Deren hohe Resonanzfrequenz erlaubt die sichere Vibrationsmessung auch bei Drehzahlen bis 500 000 min-1.
Ganz andere Erwartungen hat dagegen ein Hersteller von elektrisch angetriebenen Weihnachtskarussells: Die hier verwendeten Motoren weisen nur ein äußerst geringes Gewicht auf, so dass bei Gleichlaufuntersuchungen Gewicht und Größe des Sensors wesentliche Auswahlkriterien waren.
Generell sind Messungen an Getrieben oder Stellmotoren ein großes Einsatzfeld für Miniatursensoren. Typisches Beispiel ist die Optimierung der Funktionsweise von Luftklappen in Pkw-Klimaanlagen. Bei der Zuführung von Kalt- und Warmluft sollen Verwirbelungen vermieden werden, da sie zu Störgeräuschen im Fahrgastraum führen können. Bei den heute verwendeten sehr kleinen und leichten Kunststoffklappen ist ein Mini-Sensor hier Bedingung.
Für hohe Potenziale und Temperaturen
Aufgrund eines Gehäuses aus eloxiertem Aluminium bietet das Vibrationsaufnehmer-Modell 352C23 einen erdfreien Signalausgang, der ohne Potenzialausgleich von jedem Messsystem verarbeitet werden kann. Daher eignet sich dieser Sensor für Schock- und Vibrationsuntersuchungen an potenzialbehafteten Komponenten. Mit Abmessungen von nur 2,8 mm x 8,6 mm x 4 mm lässt er sich auf kleinsten Flächen aufkleben.
Auch das Modell 352A73 wurde speziell für Schwingungsuntersuchungen an Platinen und kleinsten Strukturen optimiert. Es besitzt eine 30 cm lange, hochflexible Messleitung, die in ein steiferes Koaxialkabel mündet. So kann dieser Sensor leicht an schwer zugänglichen Stellen angebracht werden und das Kabel um elektronische Bauteile herum geführt werden. Das geringe Gewicht von 0,6 g und das neuartige Kabeldesign helfen Mass-Loading-Effekte zu minimieren, wie folgende Anwendung zeigt: Ein Hersteller von Elektrorasierern setzt wegen der kleinen Bauform und des hochflexiblen Kabels dieses Modell zur Vibrationsmessung an den nur 5 g schweren Schwingköpfen der Rasierer ein.
Trotz eines Gewichts von ebenfalls nur 0,6 g beinhaltet der Sensor-Typ HT352A21 einen ICP-Verstärker. Durch seine Hochtemperaturelektronik ist ein Einsatz bei Temperaturen bis 163 °C möglich. Durch den Miniaturstecker kann der Anwender das Messkabel bei Beschädigung selbst schnell ersetzen. Verwendet wird dieser Sensor für Strukturanalysen in der Kfz-, Luft- und Raumfahrtindustrie sowie bei Abnahmeprüfungen unterschiedlichster Produkte.
Zum Schutz für Mensch und Produkte
Besondere Bedeutung haben Schwingungsuntersuchungen für medizinische Produkte, die Körperfunktionen dauerhaft oder vorübergehend unterstützen. So beurteilen Hersteller von Herzschrittmachern durch Vibrationsmessung den Einfluss von Erschütterungen auf das Produkt; gleiches gilt für die Entwicklung kleinster Katheterpumpen mit einem Durchmesser von wenigen Millimetern und einer Förderleistung bis 5 l/min.
Doch nicht nur die Produkte selbst unterliegen systematischen Untersuchungen; vor allem hochempfindliche Komponenten erfordern eine beanspruchungs- und bedarfsgerechte Verpackung, die das Produkt auf dem Transport vor Belastungen schützt. Hier sind unter anderem Fallprüfungen erforderlich, die entsprechend der DIN EN 22248 durchgeführt werden. Für derartige Prüfungen haben sich die triaxial messenden Schwingungsaufnehmer des Typs 356A01 bewährt. Mit einem Gewicht von nur 1 g stellen auch sie sicher, dass eine Verfälschung der Messergebnisse durch das Eigengewicht des Sensors minimiert wird.
Synotech,
Tel.: 02433 444440-0,
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