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Die Ausfallzeiten von Maschinen und Anlagen gehören zu den wichtigsten Kenngrößen Ihrer Instandhaltung. Besonders aussagekräftig sind nicht nur die...

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So erfassen Sie mechanische Belastungen von Maschinenteilen

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Instandhaltung machenische Belastung

Von Günter Stein,

Biegung, Stauchung, Torsion… all das sind mechanische Belastungen, die auf Anlagen- und Maschinenteile einwirken und deren Funktionsfähigkeit beeinträchtigen können. Doch im Gegensatz zu Größen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Drehzahl oder Leistungsaufnahmen lassen sich diese Parameter nur sehr schwer erfassen.

Messen Sie die Ursache oder die Wirkung

Einer mechanischen Belastung liegt immer eine Ursache zugrunde, z.B. ein Drehmoment oder eine Gewichtskraft. Auf der anderen Seite führt diese Ursache wiederum zu einer messbaren Auswirkung, z.B. Auslenkung oder Verwindung. Ist diese nicht direkt messbar, müssen Sie die zu messende Belastung innerhalb ihrer Wirkungskette zurückverfolgen und ermitteln, welche physikalischen Größen Ihnen eine Aussage über die letztendliche mechanische Belastung liefern.

Beispiel:

Sie wollen eine Aussage über die mechanische Beanspruchung einer Antriebskette machen. Die Wirkkette reicht vom Zugmoment der Kette über Biegekraft in den Zähnen des Zahnrades, das Drehmoment der Motorwelle bis zur Leistungsaufnahme des Motors. Letztere Größe ist sehr einfach feststellbar. Je mehr Strom der Motor zieht, desto höher ist die Belastung der Antriebskette.

Sensoren für die direkte Erfassung der Belastung

Die höchste Genauigkeit erreichen Sie mit einer Messung am Ende der Wirkkette, denn bei jedem Schritt treten zusätzliche Parameter auf. Eine Möglichkeit, die mechanische Belastung direkt am Ort der Entstehung zu messen, sind Dehnungsmessstreifen (DMS). Ein DMS ist nichts anderes als ein ohmscher Widerstand, der durch seine geometrische Anordnung (Mäanderform) eine besonders große Länge auf kleinem Raum bietet. Der DMS wird möglichst kraftschlüssig mit dem Bauteil verklebt. Ändert sich z.B. durch Streckung, Stauchung, Biegung die Oberfläche des Bauteils, so erhöht oder verringert sich auch die Länge des Widerstandsdrahtes. Durch eine Brückenschaltung mit Präzisionsverstärker kann diese Veränderung gemessen werden. Wie exakt dieses Verfahren ist, hängt von der Güte der Verstärkung und Filterung ab.

Beispiel:

Es ist möglich, die Verbiegung einer Eisenbahnschiene mit folgender Anordnung zu messen: Jeweils 2 DMS werden auf die seitlichen Flanken der Schiene geklebt.

Wirkt nun eine Kraft auf den oberen linken Schenkel der Eisenbahnschiene, verkürzt sich die linke Seite und die rechte Seite wird länger. Die Temperatureinwirkung kompensiert sich, da sie auf beide DMS gleich wirkt. Für die Messung einer solchen Auslenkung sind nicht etwa Tonnenkräfte notwendig – schon wenige Gramm reichen aus, um einen erkennbaren Ausschlag zu bewirken.

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