Experimentelle Mechanik
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Experimentelle Mechanik Einführung in die Wirbelstromtechnik Institut für Prozess- und Werkstofftechnik Lehrstuhl für Technische Mechanik Prof. Dr.-Ing. Rolf Mahnken Experimentelle Mechanik Einführung •Was sind Wirbelströme und wodurch entstehen sie? •Was liefern die Messgeräte? Darstellungen •Wie setzen sich die Signale zusammen? •Welche Darstellungsformen gibt es? Prüfung •Wie macht man sich dieses Prinzip zu nutze? •Vorteile der Messtechnik •Wirbelstromprüfung am LTM Institut für Prozess- und Werkstofftechnik Lehrstuhl für Technische Mechanik Prof. Dr.-Ing. Rolf Mahnken Experimentelle Mechanik Die Wirbelstromtechnik basiert auf dem magnetischen Induktionsprinzip Durch eine Spule fließt ein Wechselstrom In das entstehende magnetische Wechselfeld wird das Prüfobjekt (leitend) gebracht Das mag. Wechselfeld induziert in dem Prüfstück Wirbelströme Diese Wirbelströme induzieren nun ihrerseits wieder ein entgegengesetztes Magnetfeld Institut für Prozess- und Werkstofftechnik Lehrstuhl für Technische Mechanik Prof. Dr.-Ing. Rolf Mahnken Experimentelle Mechanik Empfängerspule stromdurchflossene Spule Prüfgegenstand Riss Wirbelstrombahnen Institut für Prozess- und Werkstofftechnik Lehrstuhl für Technische Mechanik Prof. Dr.-Ing. Rolf Mahnken Z= U I Experimentelle Mechanik Was misst die Empfängerspule? Das Messgerät liefert ein Impedanzsignal (Scheinwiderstand) U Z= I Das Impedanzsignal besteht aus zwei Teilen: 1. Realteil 2. Imaginärteil Z = R + jX Komplexer Blindwiderstand (Y-Signal) Realer Wirkwiderstand (X-Signal) Institut für Prozess- und Werkstofftechnik Lehrstuhl für Technische Mechanik Prof. Dr.-Ing. Rolf Mahnken Experimentelle Mechanik Æes wird also ein Widerstand gemessen ÆDieser Widerstand wird vom System als elektrische Größe ausgegeben. Einheit ist Volt [V] ÆDiese Signale können von A/D- Wandlern genutzt und weiterverarbeitet werden ÆExaktere physikalische Beschreibungen der Vorgänge bitte aus entsprechender Fachliteratur entnehmen: „Über die Prüfung auf Fehler in metallischen Werkstoffen und Bauteilen mittels eines zerstörungsfreien MehrfrequenzWirbelstrom-Prüfverfahrens“; Rainer Becker, 1980 Institut für Prozess- und Werkstofftechnik Lehrstuhl für Technische Mechanik Prof. Dr.-Ing. Rolf Mahnken t1 Experimentelle Mechanik 4 3 2 X-Signal 1 X über Y (Impedanz) 0 -1 0,3 0,32 0,34 0,36 0,38 0,4 2 -2 -3 1,5 -4 1 -5 0,5 0 4 -5 3 2 -1 -0,5 1 3 -1 Y-Signal -1,5 1 -2 0 -10,3 -3 0,32 t1 0,34 0,36 0,38 0,4 -2 -3 -4 -5 Institut für Prozess- und Werkstofftechnik Lehrstuhl für Technische Mechanik Prof. Dr.-Ing. Rolf Mahnken 5 Experimentelle Mechanik Darstellungen Die Darstellung in der X/Y-Ebene wird als Impedanzebene bezeichnet •Eine ideal glatte Probe liefert bei idealer Messung einen Punkt im Ursprung der Koordinatensystems •Oberflächenrauhigkeiten sorgen für eine Punktewolke um den Ursprung •Risse werden durch Schleifen gekennzeichnet, die aus der Punktewolke ausbrechen Institut für Prozess- und Werkstofftechnik Lehrstuhl für Technische Mechanik Prof. Dr.-Ing. Rolf Mahnken Experimentelle Mechanik Zeitdarstellung: X,Y oder das Betragssignal über der Zeit X-Signal Y-Signal Abstandssignal Betragssignal Institut für Prozess- und Werkstofftechnik Lehrstuhl für Technische Mechanik Prof. Dr.-Ing. Rolf Mahnken Experimentelle Mechanik Durch die Größe der Schleifen bzw. die Größe der Amplituden kann man auf die Schädigung von Oberflächen schließen Die Anzahl der Extrempunkte gibt ebenfalls Aufschlüsse über die Oberflächengüte Anhand des Winkels zwischen Signal und Koordinatenachse kann auf Schädigungsart und Werkstoff geschlossen werden In der Praxis werden z.B. Teile ausgesondert, bei denen das Prüfsignal einen vordefinierten Wert überschreitet. Institut für Prozess- und Werkstofftechnik Lehrstuhl für Technische Mechanik Prof. Dr.-Ing. Rolf Mahnken Experimentelle Mechanik Wirbelstromprüfung am LTM Zylindrische Proben werden in eine Drehmaschine eingespannt Einsatz von Differenzsensoren um die Störgrößen herauszufiltern Institut für Prozess- und Werkstofftechnik Lehrstuhl für Technische Mechanik Prof. Dr.-Ing. Rolf Mahnken Experimentelle Mechanik Probe Zentrierung Differenzsensor Der Abstand zwischen Probe und Sensor muss zwischen 0,2 und 0,7mm liegen, damit die Abstandskompensation funktionsfähig bleibt Institut für Prozess- und Werkstofftechnik Lehrstuhl für Technische Mechanik Prof. Dr.-Ing. Rolf Mahnken Experimentelle Mechanik Signalstärke mit definierten Schwellen Abstandssignal Datenausgabe zur Messkarte Institut für Prozess- und Werkstofftechnik Lehrstuhl für Technische Mechanik Prof. Dr.-Ing. Rolf Mahnken Experimentelle Mechanik Wesentliche Vorteile des Wirbelstromverfahrens gegenüber anderen Verfahren sind: •Hohe Prüfgeschwindigkeit •Hohe Prüfleistung •Gute Automatisierbarkeit (LTM-Robotor) •100-%-Prüfung •Objektive Fehlerbeurteilung •Sehr hohe Reproduzierbarkeit •Protokollierung der Prüfergebnisse Institut für Prozess- und Werkstofftechnik Lehrstuhl für Technische Mechanik Prof. Dr.-Ing. Rolf Mahnken Experimentelle Mechanik Beispiele für wirtschaftliches Prüfen anhand von Automobil-Komponenten: •Bremsscheiben (60 Teile pro Stunde) •Bremstrommeln (80/h) •Kurbelwellen (120/h) •Nockenwellen (180/h) •Gelenkzapfen (240/h) •Einspritzleitungen, Achszapfen, Getriebewellen (360/h) •Ventilsitzringe (1500/h) •Ventilstöße, Ventile (2000/h) Institut für Prozess- und Werkstofftechnik Lehrstuhl für Technische Mechanik Prof. Dr.-Ing. Rolf Mahnken Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Institut für Prozess- und Werkstofftechnik Lehrstuhl für Technische Mechanik Prof. Dr.-Ing. Rolf Mahnken
