Berührungslose On-Line Messung von Drehmomenten mittels Ultraschallverfahren

Die prozessintegrierte Messung von Materialzuständen und Eigenschaften ist die künftig immer bedeutsamer werdende Herausforderung an die ZfP. Aus den verschiedenen Möglichkeiten, die Zielgröße mittels zerstörungsfrei zugänglicher Meßgrößen zu ermitteln, muß diejenige herausgefunden werden, die auch unter Beachtung der prozesstypischen Randbedingungen zielführend ist. Der Beitrag beschreibt die Anpassung der Ultraschall-Spannungsanalyse zur on-line Messung der Drehmomente in rotierenden Wellen. Überall dort, wo definierte Antriebskräfte Maschinen- und Anlagenteile bewegen, werden die Drehmomente als Meßgröße zur Steuerung und überwachung der Kraftübertragung genutzt. Dazu werden in der Mehrzahl aller technischen Lösungen die Dehnungen in der rotierenden Welle mittels Dehnungsmeßstreifen aufgenommen, die Meßsignale über Kontaktschleifen oder induktiv auf den unbewegten Teil der Meßeinrichtung übertragen. Die vorgestellte Lösung hat den Vorteil einer offenen Bauform; die Sensoren werden in einem festen Abstand von der rotierenden Welle gehalten; es gibt keine Systemteile, die auf den Rotor montiert werden müssen. Die hohe Meßrate und die schnelle Schallausbreitung in Metallen ermöglichen Messungen auch in hohen Drehzahlbereichen. Elektromagnetische Ultraschallsensoren zum Senden und Empfangen von SH-Wellen wurden der Oberflächenkrümmung der rotierenden Welle angepaßt. Zur automatisierten Messung der Schallaufzeit wurde das IZFP Prototypgerät zur Laufzeitmessung und Spannungsanalyse genutzt. Die Einflüsse der Abhebung, der Temperatur und der Umdrehungszahl auf die Laufzeit und die Meßgenauigkeit wurden experimentell festgestellt. Das Verfahren wurde bis zu einer Drehzahl von 3500 Umdrehungen / Minute getestet. Ergebnisse werden vorgestellt und die Anwendung insbesondere unter den Gesichtspunkten der prozeßtypischen Randbedingungen diskutiert.