Dehnungsmessstreifen für strukturintegrierte Messungen

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1 Informationen aus der industriellen Messtechnik 2/2005 Grünes Licht für Ihre Produktion im digitalen Zeitalter Die Produktreihe digiclip ist das neue modulare System für das Automatisieren im industriellen Umfeld und für das Überwachen von Fertigungsprozessen Dehnungsmessstreifen für strukturintegrierte Messungen Bereits während der Produktion von Faserverbundwerkstoffen werden DMS in die Struktur mit eingebettet

2 Gert Gommola Leiter Vertrieb Zentraleuropa, Osteuropa und Skandinavien Vertrieb im Wandel Von der Karteikarte zum virtuellen Kundenbesuch Beratungsintensive Investitionsgüter und Systemlösungen werden aber auch in absehbarer Zeit nicht durch einen Klick im Internet zu kaufen sein. Hier wird immer noch der Mensch, das persönliche Gespräch und gegenseitiges Vertrauen gebraucht. Deshalb werden wir trotz modernster Kommunikation die wirkliche, regionale Nähe zu Ihnen nicht aufgeben und zwar nicht nur in Deutschland. HBM besitzt, wie wohl keine andere vergleichbare Firma, neben den drei Standorten in Deutschland, China und den USA ein weltweites Netz von Niederlassungen, Vertriebs- und Servicepartnern. Liebe Leserinnen, liebe Leser, modernste CRM-Systeme (Customer Relationship Management), ein entsprechendes Notebook und ein Pocket-PC sind die Arbeitsmittel des Außendienstmitarbeiters von heute und ersetzen die schon fast vergessene Karteikarte. Sie, als unsere Ansprechpartner und Kunden, spüren diese prinzipiellen Veränderungen im täglichen Arbeitsprozess ebenso wie wir. Für eine Projektbesprechung steht heute oftmals viel weniger Zeit zur Verfügung, als dies früher der Fall war. Unsere Partner erwarten Systemlösungen. Der einzelne Messwert ist nur Mittel zur Problemlösung und die Realisierung sollte immer öfter aus einer Hand kommen. Die außerordentlich hohe Anzahl von Teilnehmern an unserer Veranstaltungsreihe HBM On Tour 2005 beweist, wie wertvoll der direkte Kontakt ist. Eine Reihe von Firmen kopiert dieses Konzept. Sie bestätigten uns bei dieser Tour jedoch erneut: Original bleibt Original! Aufgrund des beachtlichen Erfolges dieser Veranstaltungen werden diese nun auch zunehmend in anderen europäischen Ländern durchgeführt. Mit einem lachenden und einem weinenden Auge und einigem Stolz mussten wir akzeptieren, dass einer der Mitbegründer der Tour und langjähriger Vertriebsmitarbeiter, Dr. Andreas Hebestreit, nun zum Messtechnikprofessor an der HTWK Leipzig berufen wurde. Die zunehmende Spezialisierung der Ansprechpartner bei unseren Kunden beantworten wir seit einigen Jahren mit entsprechend fokussierten Vertriebsteams. Diese ständig wachsende Fachkompetenz spüren Sie im direkten Gespräch mit Ihrem HBM-Vertriebsansprechpartner und im Telefonat mit unserem ebenfalls spezialisierten Technical-Support-Center in Darmstadt. Mehr und mehr wurden und werden auch die Mitarbeiter im internationalen Vertrieb und unsere eigenständigen HBM-Vertretungen zum Beispiel in Osteuropa oder Skandinavien in diese Vorgehensweisen einbezogen. Das Internet ist für unsere Kunden als jederzeit und weltweit zur Verfügung stehende Informationsquelle unverzichtbar. Um Ihnen die Vorselektion relevanter Informationen zu erleichtern, werden die grundlegenden HBM-Spezialisierungen deshalb zusätzlich in unterschiedlichen Portalen (z. B. auf den HBM-Seiten im Internet abgebildet. Nicht nur die Vertriebsarbeit als solche (Beziehung zwischen Kunden und Verkäufer), auch der Charakter der Messen ändert sich seit einigen Jahren gravierend. Während Spezialmessen wie die Testing Expo in Stuttgart Zuwächse verzeichnen, kämpfen allgemein gehaltene Messen um das Besucherinteresse. B2B- und E-Commerce-Themen beschäftigen Sie und uns gleichermaßen. Standards sollten hier gefunden werden, denn nicht jede individuelle Konzern- oder Firmenlösung ist durch HBM umzusetzen. Die Investitionsbudgets werden allgemein nicht größer. Auch hier haben wir ein Konzept erarbeitet, um neue Wege zu gehen. Als erster Messtechnik-Hersteller bietet Ihnen HBM die Möglichkeit des Hardware-Leasings zu attraktiven Konditionen an (vorerst nur in Deutschland). Erste Kunden profitieren bereits davon. Gerne erarbeiten wir auch Ihnen ein solches Angebot. Ihr Gert Gommola 2 hotline 2/2005

3 In dieser Ausgabe Neue Produkte digiclip Grünes Licht für die Produktion im digitalen Zeitalter Michael Guckes S.4 TEDS auf dem Vormarsch Bei HBM unterstützt die ganze Messkette das elektronische Datenblatt im Aufnehmer Dr. Georg Wegener S.14 Klein und oho Neue Komponenten für die Wägetechnik Dr. Karl-Heinz Haase S.15 Drehmoment-Technologie und -Kalibrieranlagen Mehrbereichs-Drehmomentaufnehmer Lässt sich die Physik überlisten? Rainer Schicker S.6 Höchste Genauigkeiten durch Akkreditierung bestätigt Zwei neue Kalibrieranlagen für Drehmoment bei HBM Dr. Georg Wegener S.7 HBM-Technologie in der Anwendung Die Kraft des Wassers Vorteile elektrischer Druckmessung beim Wasserstrahlschneiden Dr. André Schäfer S.9 Neue, sparsamere Motoren Mahle Powertrain: HBM macht Motoren umweltfreundlicher Nick Gittins S.10 Fahrversuche mit HBM-Messtechnik Drehmomentmessungen im Fahrzeug unter realen Bedingungen Dr. Hans Schuster S.12 Teamwork: Fahrzeug-Prüfsysteme von Siemens A&D Christian Orlich, Jochen Koll, mit Messtechnik von HBM Siemens AG, A&D PT3, Nürnberg S.16 Balancing Wizard Dipl. Ing. Ninoslav Zuber, Abgleichsoftware auf der Basis von Spider8 und Technical Research Center, Novi Sad, S.22 catman für Auswuchtmaschinen Serbien-Montenegro hbm academy hbm academy Schulungen und mehr Thomas Hesse S.18 DMS-Technologie DMS-News HBM entwickelt Dehnungsmessstreifen (DMS) für strukturintegrierte Messungen Sebastian Klein S.20 hotline 2/2005 3

4 Grünes Licht für die Produktion im digitalen Zeitalter Das Beherrschen der Kernkenngrößen in Produktionslinien ist notwendig für den Schutz von Mensch und Maschine und wichtig für hohe Produktivität und Qualität der Endprodukte. Die Übergabe der E/A-Signale im Klemmkasten und vor Ort auf Reihenklemmen im Schaltschrank ist fehlerbehaftet, erhöht die Inbetriebnahmezeiten und damit die Kosten. Die erforderliche Rechnerleistung einer zentralen Maschinensteuerung steigt ebenfalls mit wachsender Komplexität der Ein- und Ausgabeaufgaben. Moderne Steuerungskonzepte setzen daher auf eine zentrale CPU im Schaltschrank mit dezentralen intelligenten Feldbusklemmen. Genau für diese Anforderungen ist die neue Produktreihe digiclip ausgelegt. Sie ist ein modulares System für die Automatisierung von industriellen Prüfständen und die Überwachung von Fertigungsprozessen. Messgrößen wie Kraft, Dehnung, Drehmoment, Masse oder Druck sind mit den Messverstärkern digiclip einfach und sicher zu messen. Analogtechnik wird zunehmend durch Digitaltechnik ersetzt Die Module stehen mit CAN- oder Profibus DP V1-Schnittstellen zur Verfügung, über diese werden alle Messwerte und Statusinformationen übertragen. Auch das Messen in explosionsgefährdeten Bereichen ist möglich, indem eine Zener-Barriere vorgeschaltet wird. Durch die Funktionalität, die Flexibilität und das Design sind die Module besonders für industrielle Anlagenbauer interessant. digiclip zeichnet sich durch hohe Genauigkeit im Bereich 0,05 % und hohe Stabilität der Messwerte aus. Dazu zählen auch hohe Zuverlässigkeit durch Trägerfrequenztechnik und offene, echtzeitfähige Schnittstellen zum Einbinden in übergeordnete Steuerungssysteme. Vorteil der Trägerfrequenztechnik Trägerfrequenzmessverstärker übertragen selektiv, d. h. nur ein schmales Frequenzband wird gemessen. Damit wird eine deutlich geringere Empfindlichkeit gegenüber Störsignalen erreicht. Weitere Vorteile sind - Hohe Stabilität - Geringeres Driften und Rauschen - Weltweiter Einsatz im rauen industriellen Umfeld - Elektronisches Datenblatt im Aufnehmer Signalkonditionierung durch Digitalisieren digiclip unterstützt die TEDS-Funktionalität (Transducer Electronic Data Sheet). Die Kennwerte eines Sensors können damit direkt sekundenschnell in den Verstärker übertragen werden. Ein weiteres Plus für die Servicefreundlichkeit der digiclip-module ist die Drahtbrucherkennung aller Sensor-Leitungen und eine umfangreiche Selbstüberwachung. Die Messwerte werden über eine Analog/- Digital-Umsetzung (ADU) mit 24 bit digitalisiert. Die hohe interne Messrate von 1,18 khz erlaubt es, einen sehr stabilen Messwert aus 4 hotline 2/2005

5 Neue Produkte digiclip kombiniert mit SPS-Steuerung Bis zu 99 Module können aneinander geclipt werden Typische Anwendungen im industriellen Bereich Foto: Schuler S & S Blockschaltbild des Verstärkermoduls mehreren Messwerten in Abhängigkeit von der Filtereinstellung zu generieren. Der Digital-Signal-Prozessor (DSP) verknüpft millisekundenschnell Messwerte mit gewünschter Funktionalität. Werden mehrere digiclip-module parallel betrieben, wird über ein Synchronisationssignal sicher gestellt, dass alle Messverstärker zeitsynchron arbeiten. Ein weiterer praktischer Vorteil ist das Hotplugging, d. h. die Module können während des Betriebes aufgesteckt oder abgezogen werden. Intelligente Kommunikation Die digiclip-module verfügen über eine CANopen-Schnittstelle nach CiA DS301 und DS404. Die Busgeschwindigkeit ist variabel zwischen 20 kbit/s bis 1000 kbit/s; mit der automatischen Baudratenerkennung hören die Module kurz den Bus ab und stellen sich dann von selbst auf die vorherrschende Busgeschwindigkeit ein. Der Status des Moduls und des Busses ist über LEDs ablesbar. Parametrierung Ein neuartiger Software-Assistent erlaubt es, die Module schnell und einfach über PC oder Laptop einzustellen. Die Geräteeinstellungen können gespeichert und wieder in das Modul geladen werden, was die Servicezeiten minimiert. Maschinensteuerung mit verteilter Intelligenz Die digiclip-module werden beispielsweise in Bestückungsautomaten und zur Leiterplattenherstellung eingesetzt, wo der Fertigungsprozess sehr genau und zeitoptimiert ablaufen muss. Das Steuern der verwendeten Linearmotoren übernimmt eine Mini-SPS zusammen mit digiclip. Einfaches Aneinanderstecken und Einbinden über die EDS-Datei (Elektronisches Datenblatt für Gerätefunktionen und Dokumentation) in das Steuerungskonzept der Mini-SPS genügt. Die Kommunikation erfolgt über den CAN-Bus. Damit ist es möglich, auf den Kunden abgestimmte Steuerungskonzepte zusammen zu stellen. Weitere Einsatzgebiete sind Gravier- und Fräsmaschinen sowie Druckmaschinen. Das Messen und Überwachen der Druckwalzen und die Positionierung sind zentrale Messaufgaben des digiclip. Das erweiterbare Verstärkerkonzept der digiclip-familie ermöglicht Ihnen die Verwirklichung zukunftsweisender Maschinenund Automatisierungskonzepte. hotline 2/2005 5

6 Drehmoment-Technologie Mehrbereichs-Drehmomentau Lässt sich die Physik überlisten? Die Antwort ist kurz und eindeutig: nein! Oft wird bei Mehrbereichsaufnehmern argumentiert, dass hohe Spitzenmomente und mittlere Betriebsmomente mit einem Aufnehmer genau gemessen werden können. Leider kommt man erst nach ausführlicher Durcharbeitung der Datenblätter bzw. aufgrund realer Angebote und beharrlichem Nachfragen dahinter, was genau ist. Für hochgenaue und präzise Drehmomentmessungen hat sich die Dehnungsmessstreifen (DMS)-Technologie mit ihren Vorteilen [1] durchgesetzt. Bei dieser Technologie sollte das Ziel sein, für genaue Messungen alles aus dem Messsignal herauszuholen bis hin zur absoluten physikalischen Grenze der DMS Technik, dem thermischen Rauschen [2]. Gibt es eine echte Mehrbereichs-Messwelle? Ein echter Zweibereichsaufnehmer müsste danach zwei Dehnungszonen, zwei Wheatstonesche Brückenschaltungen und zwei Messverstärker besitzen. Solche Aufnehmer sind aber nicht auf dem Markt und technisch so gut wie nicht zu bauen. Die empfindliche Messstelle müsste auch das Maximalmoment der zweiten Applikationsstelle übertragen. Das ist in der Praxis nicht machbar und auch theoretische Möglichkeiten, wie mechanische Anschläge sind spätestens bei Dynamik und hohen Drehzahlen nicht realisierbar. Daher besitzen Mehrbereichsaufnehmer nur einen Dehnungsbereich und das DMS- Ausgangssignal wird mit zwei Verstärkern weiterverarbeitet. Welche Auswirkung hat die elektrische Verstärkung auf nullpunktbezogene Fehler? Abbildung 1 zeigt den prinzipiellen Unterschied. Wenn aber von demselben Messkörper und derselben DMS-Brückenschaltung das Messsignal zweimal abgeleitet wird, einmal das 100 %-Signal und einmal das 10%-Signal, so bedeutet das für den 10 %-Bereich nur, dass hier alle Fehler der Brücke und des Eingangsverstärkers um den Faktor 10 höher verstärkt werden. Abbildung 2 zeigt dies am Beispiel des Temperatureinflusses auf den Nullpunkt. Verglichen wurde ein Drehmoment-Messflansch T10FS / 1 kn m mit einer Zweibereichsmesswelle 1 kn m mit zweitem Messbereich 100 N m. Die Ergebnisse sind für beide auf 100 N m bezogen. Auch bei anderen Spezifikationen, z. B. Linearitätsabweichung und Drehsteifigkeit, sind Drehmoment-Messflansche vom Typ T10FS den Mehrbereichsaufnehmern überlegen. Abb. 1: Prinzipielle Darstellung von Zweibereichs-Messwellen Was macht die Qualität eines Aufnehmers aus? Da das Signal bei den Mehrbereichsaufnehmern nur einmal vorhanden ist, erreicht man auch keine höhere Signalauflösung. Dafür verliert man Information; alle Signale (z. B. dynamische Spitzen), die den 10 %-Bereich überschreiten, werden nicht erfasst und können so zusätzlich zu statischen Mittelwertverfälschungen führen. Ein 10 %-Bereich ergibt somit nur Sinn, wenn z. B. der 100%-Bereich nicht linear ist und somit im 10%-Bereich eine eigene Verstärkungsanpassung vorgenommen werden muss oder wenn auf dem Übertragungsweg starke Messwertverfälschungen auftreten. Letzteres ist aber bei dem von HBM eingesetzten Frequenzmodulationsverfahren nicht der Fall. Absolut wichtig ist eine sehr hohe Grundgenauigkeit, d. h. eine ausgefeilte Konstruktion des Messkörpers, die Minimierung von Fehlereinflüssen durch den Einsatz optimierter Komponenten (z. B. DMS) und das entsprechende über 45 Jahre vorhandene Fertigungs-Know-how von HBM bei Drehmomentaufnehmern und Dehnungsmessstreifen. 6 hotline 2/2005

7 und -Kalibrieranlagen fnehmer Wichtig ist die Messkette Das Argument, dass HBM-Drehmoment-Aufnehmer z. B. bei 10 % Last nur noch 500 Hz Frequenzhub abgeben und daher die Auflösung gering und somit die Messgenauigkeit ungenügend sei, ist nicht richtig. Sowohl mit dem Messverstärkersystem MGCplus als auch mit den PME-Messverstärkern werten wir die Messfrequenzsignale nach einem speziellen Verfahren aus [3], das neben der Frequenz auch die Periodendauer erfasst und somit fast beliebig hohe Auflösungen erreicht. Darüber hinaus besteht über die Folgeelektronik die Möglichkeit, über die verschiedenen Parametersätze den Messbereich an die Anforderung anzupassen. Dies bietet deutlich mehr Flexibilität als ein fest eingebauter zweiter Messbereich im Aufnehmer. Abb. 2: Typische Vergleichsmessung des Temperatureinflusses auf den Nullpunkt Literatur: [1] Rainer Schicker: Drehmoment-Messflansch nach dem Prinzip der Scherkraftmessung am Doppel-T-Profil; Sensoren, Aufnehmer und Systeme 2000 by b-quadrat Verlag, Kaufering, [2] Manfred Kreuzer: Ein programmierbares Präzisions- Meßgerät der Genauigkeitsklasse 0,0005 und seine Anwendungen, HBM-Instrumentenkurse anlässlich der INTERKAMA 80 Düsseldorf, Niederschrift für Kursteilnehmer [3] Rainer Schicker, Georg Wegener: Drehmoment richtig messen, ISBN , Herausgeber Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, Darmstadt Höchste Genauigkeiten durch Akkreditierung bestätigt Zwei neue Kalibrieranlagen für Drehmoment bei HBM Mit den zwei neuen Kalibrieranlagen für Drehmoment baut HBM die Technologieführerschaft im Bereich der Drehmomentmessung aus. Die durch die Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB) im Rahmen der DKD-Akkreditierung bestätigten Messunsicherheiten sind die kleinsten, die weltweit von Kalibrierlabors außerhalb der nationalen metrologischen Institute bisher erreicht werden. Gleichzeitig deckt das HBM-Kalibrierlabor den breitesten Bereich an Drehmoment gleich nach der PTB ab. Abb. 1: Schon immer gut, jetzt noch besser: Drehmoment-Kalibrierung bei HBM Die Anlagen dienen sowohl zum Kalibrieren von Drehmomentaufnehmern im Kundenauftrag (Werks- und DKD-Kalibrierungen) als auch der Entwicklung und laufenden Produktion von hochgenauen Drehmomentaufnehmern. Fortsetzung hotline 2/2005 7

8 Drehmoment-Kalibrieranlagen Fortsetzung: Zwei neue Kalibrieranlagen für Drehmoment bei HBM 1 kn m Drehmoment-Kalibrieranlage - Drehmomentstufen von 5 N m bis N m - Messunsicherheit der Drehmomentdarstellung 0,01 % der jeweiligen Drehmomentstufe - Hebelarm mit Luftlagerung zur fast vollständigen Eliminierung des Reibdrehmomentes - Material: Hartgestein statt des üblichen Stahls für besonders gute Formstabilität - Binär gestufter Massestapel, dadurch besonders enge Stufung auch bei hohen Drehmomenten 25 kn m Drehmoment-Kalibrieranlage - Drehmomentstufen von 100 N m bis 25 kn m - Messunsicherheit der Drehmomentdarstellung 0,008 % der jeweiligen Drehmomentstufe - Binär gestufter Massestapel, dadurch besonders enge Stufung auch bei hohen Drehmomenten - Lagerung und Ankopplung der Gewichte über elastische Federgelenke in Verbindung mit einer aktiven Regelung, die dafür sorgt, dass keine Rückstellmomente das Kalibrierdrehmoment beeinflussen - Eine der größten Anlagen weltweit mit derart hoher Genauigkeit Warum sind hochgenaue Drehmoment- Kalibrieranlagen so aufwändig? Das Prinzip ist einfach: Gewichtsstücke definierter Masse belasten einen Hebelarm definierter Länge und erzeugen ein Drehmoment. Doch um mit diesem Prinzip Genauigkeiten von Bruchteilen von Prozenten zu erreichen, muss ein sehr hoher Aufwand betrieben werden: - Hochgenaue Bestimmung der Hebelarmlänge und der Massen - Beachtung von Effekten wie Luftauftrieb der Stahlgewichte, thermische Längenänderung des Hebelarms (trotz Klimatisierung des Kalibrierlabors), lokale Unterschiede der Gravitationswirkung, magnetische Wechselwirkungen - Minimierung der störenden Momente, wie z. B. Reibmomente durch aufwändige Lagerungskonzepte wie z. B. Luftlager - Aufwändige aktive Regelung: zur Gewährleistung der horizontalen Ausrichtung des Hebelarms und zur Vermeidung von Stößen und Schwingungen des wirkenden Drehmoments. 8 hotline 2/2005

9 HBM-Technologie in der Anwendung Abb. 1: Prinzip des Wasserstrahlschneidens Abb. 2: Wasserstrahlschneidemaschine Abb. 3: P2V-Drucktransmitter für den Einbau in Hochdruckleitungen von z. B. Wasserstrahlschneidemaschinen Die Kraft Wassers des Vorteile elektrischer Druckmessung beim Wasserstrahlschneiden Beim Wasserstrahlschneiden sind sehr hohe Wasserdrücke von bis bar erforderlich, die genau gemessen werden müssen. HBM bietet hierfür spezielle Druckaufnehmer und Drucktransmitter. Das Wasserstrahlschneiden wurde in den 80er Jahren durch das Beimischen von Feststoffen zum Wasserstrahl so verbessert, dass bei Metallen maximal bearbeitbare Materialstärken von 200 mm erreicht werden. Dieses abrasive Wasserstrahlschneiden erlaubt deutlich größere Schnitttiefen als das Laserschneiden. So ist das Trennen von nichtrostendem Stahl mit dem Laser nur bis zu einer Materialstärke von 20 mm möglich, mit dem Wasserstrahl jedoch bis zu 100 mm. Mit dem Wasserstrahlschneidverfahren wird eine Schnittgenauigkeit von ca. ± 0,1 mm erreicht. Eine Nachbehandlung der Schnittkanten ist nicht notwendig und es tritt keine Schadstoffbelastung durch giftige Gase auf. Beim Laserverfahren dagegen entstehen Verbrennungsrückstände, z. B. toxische Dämpfe beim Bearbeiten von Kunststoffen, Acryl, Gummi oder Schaumstoffen. Allgemein sind die Verfahren des Wasserstrahlschneidens und -entgratens sinnvolle Alternativen zu den herkömmlichen Schneid- bzw. Abtragverfahren, da diese neben den oben angeführten Vorteilen auch dort angewendet werden können, wo andere Technologien wie der Laser versagen, zum Beispiel unter Wasser, im Explosivstoffbereich, im gefüllten Kraftstoffbehälter. Wasserstrahlschneiden ist ein Kaltschneideverfahren, mit dem fast alle Materialien verarbeitbar sind. Dazu zählen auch Verbundwerkstoffe, wie Laminate oder faserverstärkte Kunststoffe. Ein mögliches Verziehen durch thermischen Einfluss auf das Werkstück, wie beim Laserverfahren, findet nicht statt. Der Anschaffungspreis bei auf Wasserstrahl basierenden Verfahren ist geringer als bei Laserverfahren und damit äußerst zukunftsträchtig. Geeignete Messtechnik für den Einsatz beim Wasserstrahlschneiden Höchste Drücke genau messen war früher kaum möglich. Mit den Aufnehmern der P3MBP BlueLine Serie und den neuen P2V-Hochdrucktransmittern von HBM ist dies nun keine Schwierigkeit mehr. Das Besondere der patentierten Konstruktion, die Basis für Druckaufnehmer bis zu einem nominalen Druck von bar, ist der monolithisch umschlossene Druckraum. Das heißt der Messkörper besteht aus einem Stück ohne jede Schweißnaht, hat eine sehr hohe Eigenfrequenz und eine bisher ungekannte Lebensdauer. hotline 2/2005 9

10 Neue, sparsamere Mo Mahle Powertrain: HBM macht Motoren umweltfreundlicher Mahle Powertrain (früher Cosworth Technology), einer der weltweit führenden Automobilzulieferer mit Sitz in Northampton, Großbritannien, nutzt Verfahren von HBM, um sauberere Motoren zu bauen. Quer durch die gesamte Automobilbranche versuchen die Hersteller, umweltfreundlichere Motoren zu entwickeln. Dabei setzen sie auf geringeren Treibstoffverbrauch der Motoren und gleichzeitige Verringerung des Schadstoffausstoßes. Mahle Powertrain genießt für seine Forschungen am so genannten CAI-Motor ( Gasoline Controlled Auto-Ignition ), einen besonders sparsamen selbstzündenden Benzinmotor, internationale Anerkennung. Effizienz steigern durch Selbstzündung Die Theorie über den CAI-Motor besagt, dass sich der thermische Wirkungsgrad des Motors durch Selbstzündung erheblich erhöhen lässt. Mahle Powertrain geht davon aus, dass sich mit dieser Technik etwa 45 % der im Benzin gespeicherten Energie nutzen lassen. Bei einem typischen mit Zündkerzen gezündeten Benzinmotor liegt dieser Wirkungsgrad nur bei etwa 25 %. Motorentechnologie für die Zukunft Um die Selbstzündung zu ermöglichen, musste Mahle Powertrain den normalen Verbrennungszyklus ändern und große Mengen der Verbrennungsabgase nach dem ursprünglichen Verbrennungsvorgang in den Motorzylinder zurückführen, anstatt sie in die Umgebung entweichen zu lassen. Diese Abgase heizen dann die nächste Zylinderfüllung des unverbrannten Benzin-Luft-Gemisches auf, während es durch mehrere Öffnungen in den Verbrennungsraum strömt. Zusammen mit ausreichender Kompression ermöglicht dies die Selbstzündung. Eine weitere technische Herausforderung bei der Entwicklung eines CAI-Motors ist die Tatsache, dass er nur in einem eingeschränkten Betriebsbereich arbeiten kann. Bei höheren Geschwindigkeiten oder Belastungen muss die Verbrennung wie bisher mit Zündfunken gesteuert werden. in Zusammenarbeit mit HBM Mahle Powertrain hat eng mit HBM zusammengearbeitet. Mithilfe des Kolben-Telemetriesystems des Unternehmens und einer mechanischen Verbindung, die vom großen Pleuelauge ausgeht und über die Signalleitungen geführt wird, lassen sich bei laufendem Motor Echtzeit-Kolbendaten gewinnen. Über acht Thermistoren, die an ganz bestimmten Stellen direkt unter der Oberfläche der Verbrennungsmulde des Kolbens und der Kolbenring-Nuten platziert wurden, konnten, während der Motor lief, aktuelle Temperaturmessungen innerhalb des Kolbens durchgeführt werden. Wegen der hohen Temperaturen in den Kolben wurden glasbeschichtete Chip-Thermistoren mit negativem Temperaturkoeffizienten aus Silizium verwendet. Abb. 1: Kolben-Telemetriesystem mit installierten Thermistoren und Signalleitungen 10 hotline 2/2005

11 HBM-Technologie in der Anwendung oren Abb. 3: Kolben-Telemetriesystem im eingebauten Zustand Abb. 4 Lage der acht Thermistoren im Kolben des CAI-Motors Abb. 2: Acht Thermistoren sind unter der Verbrennungsmulde des Kolbens platziert Das Problem mit diesen Thermistoren ist ihre nichtlineare Kennlinie. Zum Glück wird die Software catman von HBM damit spielend fertig Carl Godden, leitender Messingenieur, Mahle Powertrain Datenerfassung mit MGCplus und catman Für die beschriebene Anordnung musste für jeden einzelnen Sensor eine Kalibrierkurve mit fünfzehn Messpunkten bis zu 350 C erstellt werden. catman konnte auf diese Kurven dann über Kalibrierdateien, so genannte User Scaling Files (USC) zugreifen. Die Software wurde auf lineare Interpolation der Bereiche zwischen den Kalibrierpunkten eingestellt. Um Mahle Powertrain ein komplettes Bild liefern zu können, musste HBM jedoch noch eine Reihe weiterer Daten über das Messverstärkersystem MGCplus erfassen. Neben den grundlegenden Motordaten wie Drehmoment und Geschwindigkeit wurden auch Öltemperatur und Öldurchfluss gemessen. Diese Werte werden automatisch über ein Heizelement und ein Ventil eingestellt. Über die in catman integrierten grafischen Echtzeit-Tools ließen sich die Messdaten klar und übersichtlich darstellen. Carl Godden, leitender Messingenieur bei Mahle Powertrain, lobt die Lösung: Mit der Kombination von MGCplus und catman hatten wir eine hervorragende Lösung, die bei der Datenerfassung alle unsere Wünsche erfüllt hat. Besonders nützlich war für uns die sehr einfach zu realisierende und extrem wirkungsvolle Mehrpunkt- Linearisierung der Thermistorsignale. Carl Godden Abb. 5: Das MGCplus-Messverstärkersystem erfasst mit Hilfe der Software catman u. a. die Kalibrierdaten der Thermistoren hotline 2/

12 Fahrversuche Drehmomentmessungen im Fahrzeug unter realen Bedingungen Aufgabe ist es, das Drehmoment an der Kardanwelle eines Lastwagens sehr genau zu bestimmen und dabei den Antriebsstrang so wenig wie möglich zu verändern. Dabei muss die Lösung kostenoptimiert und für den Fahrversuch tauglich sein. Zum Messen des Drehmomentes an einer Kardanwelle gibt es zwei Möglichkeiten: - Die Installation von Dehnungsmessstreifen direkt auf der Kardanwelle - Der Einbau eines kundenspezifischen Drehmomentaufnehmers Eine Installation der Messtechnik mit DMS und Telemetriesystem auf der Kardanwelle ist aus folgenden Gründen nur die zweitbeste Lösung: - Das Rotormesssystem mit DMS-Vollbrücke, Rotorelektronik und Rotorantenne muss für den Fahrversuch gegen mechanische Beschädigung sowie gegen Schmutz und Feuchte gut geschützt sein. Deswegen wird das Rotor-System z. B. in Epoxydharz komplett vergossen - Ein so verbautes System ist nicht mehr reparierbar - Wenn die Messung beendet ist, kann die Kardanwelle für Folgemessungen nur noch bedingt eingesetzt werden - Die Welle kann nach der Installation wegen ihrer Länge nur noch bedingt neu ausgewuchtet werden - Die Messgenauigkeit ist nicht sehr hoch, da die Kardanwelle nicht nach Kriterien der Aufnehmerentwicklung konstruiert ist. mentaufnehmer genutzt und die Flansche des Aufnehmers mit derselben Kreuzverzahnung der Kardanwelle ausgestattet. ohne Einschränkung der Fahrtauglichkeit Die Aufnehmerhöhe darf die Beweglichkeit der Fahrzeugachse auch bei einem off road -Fahrversuch nicht einschränken. Der Messbereich des Aufnehmers wird entweder an den Übertragungsbereich der Kardanwelle oder kundenspezifisch angepasst. Spezielle Konstruktion des Messkörpers minimiert parasitäre Krafteinflüsse Bei der Entwicklung des Messkörpers und der Dehnungsmessstreifen, sowie deren Verschaltung, wurden mögliche parasitäre Krafteinflüsse der Kardanwelle auf den Aufnehmer berücksichtigt und deren Auswirkung minimiert. Sowohl die Axialkräfte als auch die Biegemomente, die die Kardanwelle durch den Abb. 1: Drehmomentaufnehmer: eingebaut zwischen Hinterachse und Kardanwelle Kundenspezifischer Drehmomentaufnehmer Die Lösung für den Nutzfahrzeugbereich ist deshalb die Entwick- mit HB lung eines kundenspezifischen Drehmomentaufnehmers, der sich ohne Ändern und Anpassen schnell in das Fahrzeug einbauen lässt. Dazu wird ein kleiner Teil des Längenausgleiches, den jede Kardanwelle standardmäßig besitzt, als Einbauraum für den Drehmo- 12 hotline 2/2005

13 HBM-Technologie in der Anwendung Abb. 2: LKW-Hinterachse mit Drehmomentmesswelle Abb. 5: Um Unwucht zu vermeiden, ist die Rotorelektronik zentrisch montiert Abb. 3: Drehmomentaufnehmer mit Statorantenne, die Verzahnung am Umfang dient der Drehzahlmessung Abb. 4: Kompakte PKW-Version einer Drehmomentmesswelle Ausgleich der Bewegungen der Achse erzeugt, haben nur einen minimalen Einfluss auf das Messergebnis. Berührungslose Datenübertragung Die Übertragung des Messsignals erfolgt berührungslos über ein Telemetriesystem der Fa. Datatel. Deren Versorgungsspannung kann vom Bordnetz bereitgestellt werden. Mit einer Messbandbreite von mehr als 1 khz wird jeder Bedarf gedeckt. Die Statorelektronik kann entweder als stand alone -Einheit oder als Anschlussplatte für das HBM-Messverstärkersystem MGCplus ausgeführt werden. Die Integration in das MGCplus bringt den Vorteil, dass auch andere Messgrößen, die vom MGCplus unterstützt werden, synchron gemessen und erfasst werden. Robust für den reellen Einsatz Damit der Fahrversuch unabhängig vom Wetter stattfinden kann, wurde das Design des Drehmomentaufnehmers entsprechend der Schutzklasse IP67 ausgeführt und der Temperaturbereich unserem Klima entsprechend angepasst. auch als PKW-Version Unter denselben Voraussetzungen wie bei den Lastwagen, wurde auch eine Lösung für den PKW-Bereich entwickelt. Beim Einbau muss aber ein Teil der Kardanwelle durch den Drehmomentaufnehmer ersetzt werden. Damit der Drehmomentaufnehmer in den zur Verfügung stehenden Bauraum passt, wurde die Rotor- und Statorantenne als eine kompakte gelagerte Einheit ausgeführt. M-Messtechnik13 hotline 2/2005

14 Neue Produkte TEDS auf dem Vormarsch Bei HBM unterstützt die ganze Messkette das elektronische Datenblatt im Aufnehmer TEDS das elektronische Datenblatt im Aufnehmer hat sich mittlerweile bei den Messgrößenaufnehmern und Messverstärkern von HBM als fester Bestandteil messtechnischer Systemlösungen etabliert. Entsprechend ausgestattete Messverstärker können die relevanten Aufnehmerkenndaten aus dem im Aufnehmer integrierten TEDS-Speicher elektronisch einlesen und dann automatisch in die richtigen Einstellungen umsetzen, sodass gleich mit dem Messen begonnen werden kann. catman Easy Software für TEDS Konsequent fortgeführt wird diese Philosophie von der Messdatenerfassungssoftware catman Easy, die mit den aus dem TEDS eingelesenen Informationen Kanäle für Messdatenvisualisierung und -speicherung einrichtet. Messverstärkermodule für TEDS Bereits seit einiger Zeit bietet HBM eine Reihe von Messverstärkermodulen für diverse Messgrößen-Aufnehmer (unter anderem Kraft, Druck und Weg) mit TEDS-Funktionalität. Durch neue Verstärkermodule lassen sich diese Vorteile noch umfassender und flexibler nutzen. So zum Beispiel das Mehrkanalverstärkermodul ML455 mit Trägerfrequenztechnologie. Dieser Verstärker wird im Bereich der Aufnehmer einen Schub in Richtung Mehrkanaltechnik auslösen. Neben der störunempfindlichen Trägerfrequenztechnologie sind hierfür auch die Steckertypen wichtig, die im Bereich der Aufnehmer Standard sind. Damit ist dieses Modul Basis für viele flexible Lösungen ohne aufwändiges Anpassen und Konfigurieren. Da ist der Schritt zum vollautomatischen Einstecken und Loslegen ( Plug & Measure ) nur konsequent. Der ML455 ist selbstverständlich voll TEDS-fähig. Mit dem ML38B (Nachfolgermodell des bewährten ML38) hat TEDS nun auch auf dem Gebiet der Präzisionsmessverstärker Einzug gehalten. Passend zu diesem Einsatzfeld bietet dieser Verstärker auch die Möglichkeit, die Kennlinie des Aufnehmers nicht nur konventionell als Gerade, sondern in Form eines kubischen Polynoms zu berücksichtigen. Dieses Leistungsmerkmal wird ideal unterstützt durch das TEDS-Template Calibration Curve. TEDS-Messgrößenaufnehmer Bei den Messgrößenaufnehmern gibt es schon länger die Möglichkeit, alle Aufnehmer mit festem Kabel durch einfaches Aufrüsten (auch nachträglich) TEDS-fähig zu machen. Seit kurzem ist TEDS nun auch bei Aufnehmern verfügbar, bei denen das Kabel durch Steckverbindungen abnehmbar ist. Hier muss der TEDS-Chip im Aufnehmergehäuse integriert sein. Als Messkette prädestiniert: Kraftaufnehmer U10M in Doppelbrückenausführung, das TEDS-Modul ist im Aufnehmergehäuse integriert. Daneben TEDS-fähige Mehrkanalmodule in Trägerfrequenztechnik für das Messverstärkersystem MGCplus: Verstärkermodul ML455 mit Anschlussplatte AP455i Druckaufnehmer P3MB, ausgestattet mit TEDS- Modul, das im Aufnehmerstecker integriert ist. Diese Integration wird bei HBM sowohl bei Bestellung eines neuen Aufnehmers als auch zum Nachrüsten für vorhandene Aufnehmer angeboten Kraftaufnehmer U3, ausgestattet mit TEDS- Modul, das in einer Metallhülse im Aufnehmerkabel integriert ist. Diese Integration wird bei HBM sowohl bei Bestellung eines neuen Aufnehmers als auch zum Nachrüsten für vorhandene Aufnehmer angeboten 14 hotline 2/2005

15 Neue Produkte Klein oho und Neue Komponenten für die Wägetechnik Klein und oho gilt für die Leistungsfähigkeit unserer neuen Generation an intelligenten FIT-Wägezellen und digitalen Aufnehmer-Elektroniken AED. Zielmärkte sind hauptsächlich automatische sowie selbsttätige Wäge- und Verpackungsprozesse. Auf Genauigkeit getrimmt: Single-Point-Wägezelle PW2 Noch schneller und mit neuen Schnittstellen: AED-Aufnehmerelektronik Dynamisch: Plattformwägezelle PW22 Maximale Funktionalität bieten dem Anwender die Single-Point-Eigenschaften der FIT3- Wägezellen in C3-Qualität, die integrierte Primärelektronik, digitale einstellbare Filter und wählbare RS-232, RS-485 (4-Draht), CANOpen bzw. DeviceNet-Schnittstellen. Die flach ausgeführte Edelstahlvariante der Wägezellen bietet sogar Schutzklasse IP68. Erstmals wurde ein Diagnosekanal zur online-veränderung der Parameter realisiert, bei dem der Abfüllprozess im Hintergrund weiterlaufen kann. Die neue AED-Elektronik zum Anschließen von DMS-Vollbrücken-Sensoren wird über die mitgelieferte Software AED Panel 32 komfortabel bedient und programmiert. Sie genügt mit eichfähigen Teilen höchsten Genauigkeitsansprüchen und ist mit Schutzklasse IP 67 auch in rauher Umgebung einsetzbar. Die Single-Point-Wägezellen PW2 und PW6, die sich als Massensensoren in Ladentischwaagen bewährt haben, gibt es zukünftig für hochdynamische Anforderungen und auch als Präzisions-C6-Ausführung. Bei der C6-Ausführung wird häufig ein nachgiebigerer Sensor zur einfachen Justage der mechanischen Anschläge gewünscht. Die neue Plattform-Wägezelle PW22 ist besonders auf hohe dynamische Anforderungen bei optimaler Verwindungssteifigkeit ausgelegt und daher prädestiniert für den Einsatz in Kontrollwaagen oder Mehrkopf-Kombinationswaagen in der Verpackungsindustrie. Für die ungewöhnlich hohe Robustheit sorgt der integrierte Überlastschutz, der die Wägezelle auch im rauhen Industrieeinsatz vor Zerstörung schützt. hotline 2/

16 Teamwork: Fahrzeug-Prüfsysteme von Siemens: Dynamischer LKW-Hinterachs-Getriebeprüfstand für SCANIA Als Partner der Automobilindustrie bietet Siemens A&D mit seinem Bereich Fahrzeug-Püfsysteme weltweit innovative Lösungen für die Prüfung von Fahrzeugen und Fahrzeugkomponenten. Durch den Einsatz neuester HBM-Drehmomentmesstechnik konnten auch bei der Konzeption eines Getriebeprüfstandes für SCANIA in Schweden neue Wege beschritten werden. Zum Ermitteln von Daten über Ermüdung, Lebensdauer und Funktion von LKW-Hinterachsgetrieben wurde im SCANIA Technical Centre in Södertälje (Schweden) ein 4-Maschinen-Prüfstand installiert. Er dient zum Entwickeln von Hinterachsgetrieben, insbesonders für schwere Lastkraftwagen mit und ohne Tandemachse. Aus diesem Grund werden im Prüfraum insgesamt 4 elektrische Maschinen als Antriebsund Belastungseinheiten benötigt. Mit einem schnellen Regelungssystem (CATSTC), einer robusten Prüfstandssteuerung und einem flexiblen Automatisierungssystem (CATSNT) verfügt der Prüfstand über eine hohe Funktionalität, um die verschiedenen Maschinenkonfigurationen (2-, 3- oder 4-Maschinenbetrieb) und zugehörigen Regelungsarten in der gewünschten Dynamik beherrschen zu können. Das Antriebskonzept Um eine hohe Verfügbarkeit des Prüfstandes zu gewährleisten, wurde ein Antriebskonzept gewählt, das folgende Vorteile besitzt: - Keine Anpassgetriebe, - Keine Verstelleinrichtungen, - Hochgenaue Drehmomentmessung: HBM-Drehmoment-Messflansche T10FM HBM-Kraftaufnehmer Z4A HBM-Messverstärker PME/MP60DP und MP30DP - Niedrige Anschlussleistung: Trotz der hohen installierten Maschinen-Bemessungsleistung von kw konnte der netzseitige AFE-Stromrichter auf 2 x 800 kw begrenzt werden. Damit ist auch dynamischer Betrieb gewährleistet. Abb. 1: Automatisierungssystem CATS NT; alle relevanten Prüfstandsdaten auf einen Blick Messtechnik von HBM Zum Erfassen der Drehmomente am Prüfling werden vier HBM-Drehmoment-Messflansche T10FM für Drehmomente bis maximal 40 kn m eingesetzt. Die Aufbereitung der Sensordaten erfolgt mit MP60DP- Messverstärkern von HBM. Diese liefern die Messdaten über eine integrierte Profibus DP-Schnittstelle digital ohne zusätzliche Wandlung an das Automatisierungssystem. mit 16 hotline 2/2005

17 HBM-Technologie in der Anwendung Siemens A&D Weitere Ausstattungsmerkmale - Steuerung und Überwachung: SPS SIMATIC S7-300 und dezentrale Peripheriegeräte ET200 - Regelung: Echtzeit-Prozessorsystem, MATLAB/SIMULINK-Regelungs- Software CATSTC und Handbedienebene - Bedienung/Automatisierung: Industrie-PC-System mit Automatisierungssystem CATSNT - Messtechnik Zur Auswertung der Sensorsignale von Prüfstand und Prüfling: HBM-Messverstärker PME/MP60DP und MP30DP, dezentrale Peripherie ET200M und PROFIBUS-LWL-Verbindung zur Regelung CATSTC und zum Automatisierungssystem CATSNT Abb. 2: Prüfstand mit Hinterachsgetriebe als Prüfling Technische Daten der Maschinen - Antriebsmaschine (Kardan) 1830 kw, 25 kn m von 0 bis 692 min -1 max. Drehzahl min -1 - Zwei Radmaschinen, je: kw, 40 kn m von 0 bis 333 min -1 max. Drehzahl min -1 - Kardanmaschine für 2. Achse: 880 kw, 10 kn m von 0 bis 692 min -1 max. Drehzahl min -1 Die HBM-Drehmoment-Kalibriereinrichtung ist als Belastungseinheit mit Hebelarm und Zugstrang ausgeführt. Als Referenz-Messkette dient ein Referenz-Kraftaufnehmer Z4A in Verbindung mit einem digitalen Messverstärker MP30DP. Die Kalibriereinrichtung kann im Wechsel für alle vier Messstellen eingesetzt werden. Messtechnik von HBM17 hotline 2/2005 Abb. 3: Ankopplung des Prüflings Fazit Der Prüfstand ist eine zukunftsorientierte Lösung sowohl für Ermüdungsversuche und Lebensdauer-Erprobung als auch für Funktionstests von Hinterachsen für Lastkraftwagen und Autobusse. Die hochgenaue, dynamisch richtige Messung mit Drehmoment- Messflanschen direkt im Antriebsstrang bietet als messtechnische Lösung hierfür die optimalen Voraussetzungen.

18 hbm acade Schulungen und mehr Die ständige Veränderung in der Arbeitswelt, geprägt durch hohen Kostendruck und schnell veränderliche Märkte, erfordert einerseits mehr universell einsetzbare Messtechnik und andererseits den Anwender, der alles kann. Aber ist dieser Spagat denn wirklich so selbstverständlich? Universelle und daher meist auch recht komplexe Systeme erfordern ein umfassendes Verständnis der Bedienprozesse sowie der notwendigen messtechnischen Grundlagen. Viele Anwender sind hochqualifizierte Spezialisten in ihrem Fachgebiet, haben jedoch keine messtechnische Ausbildung. Als Hersteller von messtechnischen Komplettlösungen sehen wir es daher als unsere Verpflichtung an, unseren Kunden neben der Hard- und Software auch das nötige Rüstzeug zum optimalen Bedienen dieser Systeme anzubieten. Die hbm academy ist einer von zwei Schulungsbereichen innerhalb von HBM. Die Seminare sind auf das Produkttraining, das Erlernen von Fertigkeiten sowie auf die erforderlichen theoretischen Grundlagen ausgerichtet. Dies wird in einer Kombination von Vorlesung und Praktikum in einem modern eingerichteten Seminarraum in unserem Werk Darmstadt durchgeführt. Die Themen in der Übersicht DK DM MI MK MD WFT BM Grundlagen der DMS-Installation und DMS-Messtechnik (Kurs 1 nach VDI / VDE / ESA 2636) DMS-Messtechnik im Aufnehmerbau und in der experimentellen Spannungsanalyse (Kurs 2 nach VDI / VDE / GESA 2636) Industrielle Messtechnik mit Aufnehmern und Geräten Das umfassende Seminar für den "messtechnischen Administrator". In drei Blöcken zu je zwei Tagen wird die komplette Messtechnik zum elektrischen Messen mechanischer Größen behandelt. Drehmoment richtig messen Produktionsüberwachung: Elektrisches Messen mechanischer Größen in Fertigung und Produktion Messen von Dehnungen, Wegen und Beschleunigungen im Bauwesen Durch die große Bandbreite der von HBM angebotenen Produkte ist auch das Seminarprogramm entsprechend vielfältig. MGCplus catman CSCT Messen mit dem Messverstärkersystem MGCplus Messen mit der Messdatenerfassungssoftware catman Arbeiten mit der Scriptsprache von catman Schulungsinhalte und Online-Anmeldung finden Sie im Katalog hbm academy oder im Internet unter: 18 hotline 2/2005

19 hbm academy y Abb. 1: Seminarraum bei HBM in Darmstadt Individuell lernen Ein großer Teil der Schulung richtet sich auf das praktische Arbeiten. An einer Vielzahl von Arbeitsplätzen trainiert der Teilnehmer eigenständig mit Hilfe von Arbeitsblättern das theoretisch Gelernte. Unser Referententeam unterstützt dabei nach Bedarf. auch bei Ihnen Der zweite Bereich der Schulung ist die HBM On Tour Messtechnik für die Praxis. Wie der Name bereits ausdrückt sind dies externe Veranstaltungen in ganz Europa. Hierbei liegt der Schwerpunkt mehr auf anwendungsbezogenen praktischen Hinweisen rund um das Messen. Produktpräsentation oder Produktschulung findet nicht statt. Auch hier ist es unser Ziel, dass der Teilnehmer möglichst intensiv eingebunden wird, sei es beim Installieren von Dehnungsmessstreifen oder beim Ermitteln von Kennlinien. Abb. 3: Workshop Grundlagen der praktischen Messtechnik in Österreich Abb. 2: Seminar Drehmoment richtig messen, Arbeitsplatz Nr.1: Montage eines Drehmomentmessflansches Kundenspezifische Seminare oder Workshops bei HBM oder beim Kunden führen wir gerne durch. Sprechen Sie uns dazu bitte an: Tel.: 06151/ Abb. 4: Workshop Messtechnik für das Bauwesen in Gaydon, UK hotline 2/

20 DMS-News HBM entwickelt Dehnungsmessstreifen (DMS) für strukturintegrierte Messungen Faserverbundwerkstoffe (FVW) halten in vielen Bereichen des täglichen Lebens Einzug und gewinnen aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften immer mehr an Bedeutung. So sind sie heute nicht nur in Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt oder dem Motorrennsport zu finden, sondern auch in der Energie- und Medizintechnik, im Bauwesen und in Sport- und Freizeitgeräten. Abb. 1: Strukturintegrierte Messtechnik Abb. 2 3: Verbundwerkstoffe im Fokus von Innovationen Der zunehmende Einsatz dieser Werkstoffe und die systematische Optimierung der Bauteile setzen eine genaue Kenntnis des Belastungszustands voraus. Auch hinsichtlich der Gewährleistungspflicht der Hersteller wird eine speziell auf die Eigenschaften dieser Werkstoffe angepasste Sensorik zur Belastungsanalyse und zum Überwachen des Bauteils während des Betriebs immer wichtiger. In vielen Anwendungsfällen kann erst durch die Sensorintegration die Anforderung an moderne Leichtbaustrukturen hinsichtlich Fertigungskontrolle, Lastmonitoring, Schadensanalyse und Generierung von Steuersignalen erfüllt werden. HBM hat einen DMS entwickelt, der während des Fertigungsprozesses von Faserverbundwerkstoffen mit in die Struktur eingebettet wird. Features des neuen DMS Das augenfälligste Merkmal des DMS sind die zwei senkrecht aufgebrachten Kontaktpins, die die Kontaktierung des im Werkstoff eingebetteten DMS ermöglichen. Der Anschluss der Messleitungen an die vergoldeten Pins erfolgt erst nach der Fertigung außerhalb der Struktur, wodurch das gesamte Handling erleichtert wird. Der Aufbau des DMS ist symmetrisch, wodurch die Dehnung der Struktur gleichermaßen von beiden Seiten auf das Messgitter eingeleitet wird. Je nach Anforderung kann der Anwender entscheiden, ob die Kontaktierung der Pins auf der Strukturinnenseite oder auf der Außenseite erfolgen soll. So können zum Beispiel bei Sandwichstrukturen die Messleitungen oder eine kundenspezifische Elektronik im Schaumkern eingebracht werden. Das spezielle Layout des DMS ist so gestaltet, dass das Messgitter außerhalb der um den Pin herumlaufenden Fasern liegt. Des Weiteren wird durch eine spezielle Zugentlastung der Lötstützpunkte verhindert, dass auf den Pin wirkende Kräfte auf das Messgitter übertragen werden. 20 hotline 2/2005

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