Einführung: In der ahrzeugindustrie werden sämtliche neu entwickelten oder auch nur modifizierten Bauteile und Systeme zum Beispiel ein Sensor oder eine Bordnetzelektronik auf ahrzeugtauglichkeit getestet. Die Teile werden einer sogenannten Umgebungsprüfung unterworfen. Dazu zählt z. B. ein Salzsprühnebeltest, Klimawechselbelastung von 40 C bis +125 C oder auch die Vibrationsbelastung nach vorgegeben Profilen, wie sie auch in ahrzeugen vorkommen. Im folgenden Versuch geht es um die Einrichtung eines Vibrationsprüfstandes bzw. um die Einstellung konkreter Vibrationsprofile. Um das gewünschte Profil zu erzeugen, wird durch einen unktionsgenerator ein Sweep-Signal erzeugt. Da der Generator nicht verschiedene requenzen mit unterschiedlichen Amplituden erzeugen kann, wird das Signal mit einem Computer überarbeitet. Das Signal wird mit einer 32 Bit Soundkarte aufgenommen und mit dem Programm Creative WaveStudio nachbearbeitet. Anschließend wird der PC als Generator eingesetzt. Blockschaltbild des Versuchsaufbau: Geräteliste: -Soundkarte Soundblaster Live -unktionsgenerator TOE 7704 Toellner -Millivoltmeter MV 60 Grundig -Oszilloskop PM 3212 Philips -Rechnerplatz mit Software Meßvorgang: Software: -Creative WaveStudio 1. Generator, Oszilloskop und am Computerprogramm alle Einstellungen laut Anleitung wählen. 2. Generator den Startimpuls geben und die Aufnahme am Computer starten. 3. Das überflüssige Signal (Aufnahmezeit 180s) entfernen. 4. Mit dem WaveStudio das aufgenommene Signal so bearbeiten bis das erwünschte Vibrationsprofil erscheint. Seite 1 von 5
Das Signal wird mit den Werten aus den nachfolgenden Tabellen bearbeitet, bis das gewünschte Profil erscheint (siehe Vorgang 4.). Eingabe der requenzbereiche: Bereich (Hz) Startwert (in ms) Größe (in ms) 1 20 25 0 5000 2 25 40 5000 15 000 3 40 50 20000 10000 4 50 58 30000 8000 5 58 80 38000 22000 6 80 100 60000 20000 7 100 135 80000 35000 8 135-200 115000 65000 Eingabe des Amplitudenwertes, indem Sie die Verstärkung in % angeben: Beispiel: a = 4,25g = 425% Bereich a(g) f(hz) Meßwerte/g Meßwerte/g 1 3,75 20-25 2 2,4 25-40 3 4,25 40-50 4 2,5 50-58 5 1,5 58-80 6 1,75 80-100 7 1,0 100-135 8 0,75 135-200 Generatoreinstellungen a) folgende Anweisungen müssen am unktionsgenerator voreingestellt werden: -Startfrequenz 20Hz -Stoppfrequenz 200Hz -Periode 180s (1Hz/Sekunde) -AC 1V (eff) über externes Meßgerät einstellen -Mode: kontinuierlicher Sweep mit Reset nach Startimpuls b) Modeeinstellung beim Generator: Sweep Seite 2 von 5
Creative WaveStudio: Starten des Programmes: 1. Windows starten 2. Gruppenfenster Creative öffnen 3. WaveStudio Symbol im Gruppenfenster durch Doppelklick mit der Maus starten Wave-Dateiformate festlegen: Bevor eine Waveform-Datei aufgenommen werden kann, muß das ormat der Datei korrekt festgelegt werden: -Monosignal auf beide Kanäle -Samplingrate: min 11025 Hz -Samplingsgröße: 16 Bit Waveform-Dateien aufnehmen: 1. Wählen Sie "Neu" in der Toolleiste. 2. Wählen Sie Aufnahme in der Toolleiste. 3. Im Dialogfeld sind die folgenden Einstellungen zu überprüfen: -Aufnahmeniveau -Pfad und Dateiname -Aufnahmeformat 4. Klicken Sie auf Start Weitere Informationen können aus dem Benutzerhandbuch des Software Paketes der Soundkarte entnommen werden Ausarbeitung: Beschreibung des Messplatzes unktionsprinzip des Schwingkopfes unktionsprinzip des Körperschallsensors Vergleich des eingestellten Vibrationsprofils mit dem gemessenen Kommentar zum Prüfling Prüfplatzerweiterungsmöglichkeiten Empfehlung: Bringen Sie eine Leerdiskette mit, um Computergrafiken speichern zu können Seite 3 von 5
unktionsprinzip des Schwingerreregers (Shaker) Der S. funktioniert im Prinzip wie ein Lautsprecher. Dieser besteht aus einem Permanentmagneten, welcher ein magnetisches Gleichfeld der lussdichte B erzeugt. Im Magneten ist ein zylinderförmiger Luftspalt vorhanden. Der Magnet ist so magnetisiert, dass die lussdichte radialsymmetrisch senkrecht den Luftspalt durchdringt. Weiterhin befindet sich eine Kupferspule in diesem Luftspalt. Der Wechselstrom in der Spule verläuft kreisförmig und senkrecht zum B-eld. Die Kupferspule ist an einer Gummimembran so befestigt, dass sie sich im Luftspalt frei nach oben und unten bewegen kann. B i( Der stromdurchflossene Leiter erfährt eine Kraft: r r r = i( l B l ist ein Vektor, der in Richtung des stromdurchflossenen Leiters zeigt und dessen Betrag die Leiterlänge ist. Da bei der gewählten Anordnung l und B immer senkrecht zueinander stehen gilt für den Betrag der Kraft auf die Spule: = n i( l B n ist dabei die Anzahl der Spulenwicklungen Seite 4 von 5
Die Richtung der Kraft ergibt sich aus dem Kreuzprodukt von l und B und steht folglich senkrecht auf l und B. Wechselt der Strom sein Vorzeichen, so wechselt auch die Richtung von l um 180 und auch die Richtung der Kraft. Wird ein sinusförmiger Wechselstrom ) i( = i sin( ω eingeprägt, ist auch der Kraftverlauf sinusförmig. Da die Kupferspule fest mit der Membran verbunden ist, wird auch die Membran sinusförmig schwingen. ür den Zusammenhang zwischen Kraft und Beschleunigung a gilt: = m a m ist die bewegte Masse, dazu gehört die Masse der Membran sowie einer eventuell aufgespannten Probe. Da die Masse konstant ist, wird auch die Beschleunigung sinusförmig sein: n l B ) a( = i sin( ω m Die Beschleunigung ist die Ableitung der Geschwindigkeit bzw. die Geschwindigkeit errechnet sich aus dem Integral über die Beschleunigung: n l B ) v( = a( dt = i cos( ω m ω Wie die Beschleunigung verläuft also auch die Geschwindikeit harmonisch (sinus- bzw. cosinusförmig). Allerdings nimmt die Amplitunde der Schwingung mit 1/ω ab. Durch die Integration über die Geschwindigkeit kann man letztendlich auch den Weg bzw. die Auslenkung s( berechnen: n l B ) s( = v( dt = i sin( ω 2 m ω Also ist auch die Auslenkung sinusförmig, jedoch nimmt die Amplitude der Auslenkung mit 1/ω² bei konstanter Stromamplitude ab. Seite 5 von 5