Meßdatenerfassungssysteme und Sensoren am Fertiger

An den Einbauversuchen beteiligten sich die PAST-Projektpartner KLB (Kölner Labor für Baumaschinen) und MOBA. Hier soll lediglich der im Rahmen der vorgelegten Abhand-lung relevante Meßaufbau erläutert werden, auf die begleitenden Eigenuntersuchungen der Fa. MOBA wird nur fallweise eingegangen.

Meßdatenerfassungssystem des KLB

Mit der fortlaufenden Erfassung spezifischer Meßdaten konnte auf die - Einbaugeschwindigkeit,

- Kraft an der Schubrollenschwinge, - Kräfte an den beiden Bohlenzugpunkten, - Schneckendrehzahl und -leistung sowie den - Anstellwinkel der Einbaubohle

geschlossen werden.

Nachfolgend werden kurz die physikalisch-mathematischen Zusammenhänge zur Ermitt-lung der Parameter dargestellt. Die für die Versuche verwendeten Sensoren mit den Meß-größen, der Bezeichnung, dem Meßbereich und dem physikalischen Meßprinzip können Tab. 7 am Ende des Abschnittes entnommen werden, Auszüge aus den Datenblättern fin-den sich in Anl. A.3.

Einbaugeschwindigkeit

Die Gesamtübersetzung des Laufwerkgetriebes des DF 145C beträgt i_ges = 124,2 bei einem Durchmesser des Turas von d_Tur = 527,9 mm. Zur berührungslosen Drehzahlerfassung an Zahnrädern mit kleinem Modul wurde am Verstellmotor des linken Fahrantriebes ein Drehzahlsensor aus der 1 Kanal Hall M18 Familie (s. Datenblatt, Anl. A.3.2) installiert.

Aus der Antriebsdrehzahl n_Antr und der Anzahl der Zähne (z = 54) des Verstellmotors A6VE mit Drehzahlerfassung ergibt sich die Meßfrequenz zu:

Antr Meß z n

f = ⋅ . (35)

Die Einbaugeschwindigkeit läßt sich wie folgt bestimmen:

z i

f v d

⋅

⋅ π

= ⋅

ges Meß

e Tur . (36)

Für eine Einbaugeschwindigkeit v_e = 2,0 m/min wurde vorab rechnerisch eine Frequenz f = 0,13 kHz ermittelt, die sich nach einer Überprüfung im Feld von der tatsächlichen Fre-quenz geringfügig um den Faktor k = 1,022 unterschied (Schlupf, Veränderung des Kraft-eingriffsdurchmessers durch Verschleiß)³⁸. Alle auf dem empirischen Wert basierenden Urdaten der Wegstrecke waren demzufolge vor der Auswertung mit dem Faktor k zu multiplizieren.

38 M.Eng. D.PITZLER, KLB

Kräfte an der Schubrollenschwinge und den beiden Bohlenzugpunkten

In Kooperation zwischen dem KLB und der ME-Meßsysteme wurden Kraftmeßbolzen (s.

Datenblatt, Anl. A.3.3) entwickelt, mit denen die Kraftverläufe an der Schubrollenschwinge und den beiden Bohlenzugpunkten erfaßt werden konnten (Abb. 36).

Zur Ermittlung der Scherkraft an der Schubrollenschwinge wurde der vorhandene Bolzen durch einen einschnittigen Kraftmeßbolzen d = 61,5 mm ersetzt. Die beiden zweischnitti-gen Bolzen an den Zugholmen wurden jeweils in einer Lasche mit einer vergrößerten Boh-rung d = 50 mm plaziert, Achshalter verhinderten deren Verdrehen, damit die Krafteinlei-tung anforderungsgerecht in der Meßebene der Bolzen lag. Als MeßschalKrafteinlei-tung für die mit Dehnungsmeßstreifen (DMS) versehenen Lagerbolzen diente eine Wheatstone-Vollbrücke.

Der Temperaturkoeffizient des Nullsignals ist für die Meßgenauigkeit von erheblicher Be-deutung, weshalb die Oberflächentemperaturen der Scherkraftbolzen zu erfassen waren, die im Bereich des Bolzenkopfes der Schubrollenschwinge nach einem halbstündigen Ein-bau von Asphalt rd. 105 °C betrug, während die Oberflächentemperatur der Schwinge selbst nur bei ca. 45 °C lag. Der tatsächliche Temperaturverlauf im Bolzen konnte nicht ermittelt werden, weshalb sich Prognosen hinsichtlich der Änderung des Nullsignals ver-bieten. Gemessen wurde mittels Thermographiekamera testo 880-3 (s. Datenblatt, Anl. A.3.8).

Abb. 36: Versuchseinrichtung zur Ermittlung der Schubkraft an der Schubrollen-schwinge (links) und der Zugkraft der Einbaubohle an den Anlenkpunkten mit Scherkraft-Meßbolzen (rechts)

Da die Erfassung des Schubkraftverlaufes im Rahmen dieses Projektes nur dazu dienen sollte, evtl. auftretende Längsunebenheiten durch unsachgemäße Andockvorgänge der Lkw an den Fertiger erklären zu können, kann dieser Fehler vernachlässigt werden.

Untersuchungen aus vorangegangen Einbauversuchen zeigten, daß sich dagegen die Ober-flächentemperaturen der Scherkraftbolzen an den Bohlenzugpunkten nur geringfügig än-derten, was sich auch im Verlauf des Hauptversuches bestätigte. Die ermittelten Werte lagen maximal 10 °C über der Umgebungstemperatur, der daraus resultierende Fehler von 0,2 % wird als vernachlässigbar eingeschätzt.

Antriebsleistung der Förderschnecken

Die Leistung P_Sch ergibt sich aus dem Produkt von Volumenstrom Q und Druckdifferenz

∆p:

vol mech Sch =Q⋅∆p⋅η ⋅η

P , (37)

mit ηmech=0,9 und ηvol=0,96.

Mit je einem linearisierten Durchfluß-Sensor RE4-300 und je zwei Absolutdruckaufneh-mern P8AP (s. Datenblätter, Anl. A.3.4, A.3.5) wurden die schneckenhälftigen Volumen-ströme induktiv und die Druckdifferenzen aus Vorlauf und Rücklauf piezoelektrisch ermit-telt.

Drehzahl der Förderschnecken

Die Drehzahl n_Sch der Förderschnecken läßt sich aus den Größen Volumenstrom Q, Über-setzung i und Schluckvolumen V_S ermitteln:

Sch S V i n Q

= ⋅ . (38)

Der Orbitalmotor OMTS 200 [178] des Schneckenantriebes hat ein Schluckvolumen V_S = 201,4 cm³, die Gesamtübersetzung des Antriebes beträgt i_ges = 5,4.

Die Wiederholbarkeit der Messungen mit den Absolutdruckaufnehmern wird mit ± 0,1 % angegeben (s. Datenblatt, Anl. A.3.5). Das Augenmerk liegt u.a. auf einer möglichst gleichmäßigen Funktion der beiden Schneckenhälften, weshalb hier nur von Interesse ist, ob aus einem disharmonischen Förderverhalten Rückschlüsse auf Längsunebenheiten ge-zogen werden können und vor diesem Hintergrund die Fehler der Durchfluß-Sensoren und Druckaufnehmer als vernachlässigbar angesehen werden dürfen.

Tab. 7: Übersicht der verwendeten Sensoren (VV: Vor-, HV: Hauptversuch)

Über zwei gekoppelte Spider 8 der Fa. HBM, deren Stromversorgung zur Vermeidung von Spannungsschwankungen über eine 12-V-Batterie erfolgte, wurde die Datenerfassung rea-lisiert. Die Datenerfassungssysteme waren über den USB-Anschluß mit einem Notebook verbunden, auf dem die Steuerungs- und Auswertesoftware Catman Professional mit aufgeblendetem Catman Online-Dokument zur Versuchsüberwachung hinterlegt war.

Bezeichnung Typ Meßbereich Meßgenauigkeit Hersteller physikal. Prizip Versuch Drehzahlsensor 1 Kanal Hall M18 0 … 15.000 Hz Rhein Tacho Hall VV, HV Durchfluß-Sensor RE4-300 9,16 … 307,0 l/min ± 0,5 % Hydrotechnik induktiv HV Durchfluß-Sensor RE4-300 9,16 … 307,0 l/min ± 0,5 % Hydrotechnik induktiv VV, HV Druckaufnehmer P8AP 0 … 500 bar ± 0,1 % HBM piezoelektrisch HV Druckaufnehmer P8AP 0 … 500 bar ± 0,1 % HBM piezoelektrisch VV, HV Druckaufnehmer P8AP 0 … 200 bar ± 0,1 % HBM piezoelektrisch HV Druckaufnehmer P8AP 0 … 200 bar ± 0,1 % HBM piezoelektrisch VV, HV Scherkraftbolzen MB 61,5 0 … 190 kN ≤ 0,02 % FN/K ME-Meßsyst. DMS Vollbrücke HV Scherkraftbolzen MB 50 0 … 190 kN ≤ 0,02 % F_N/K ME-Meßsyst. DMS Vollbrücke VV, HV

Meßdatenerfassungssystem der MOBA

Mit Hilfe der in der Patentschrift [95] beschriebenen technischen Lösung führte Fa. MOBA versuchsbegleitende Untersuchungen zur kontinuierlichen Erfassung des Bewegungsver-haltens der Einbaubohle über Abstandsmessungen gegen die Unterlage mit Hilfe unter-schiedlicher Ultraschall-Sensoren (u.a. Dual-Sonic-Sensoren gem. Datenblatt der Anl. A.3.7) sowie mit – an den Zugarmen der Bohle montierten – einachsigen und digitalen Neigungssensoren (interne Auflösungen und Nullpunktstabilitäten: s. Datenblätter, Anl. A.3.6) zur Bestimmung des Anstellwinkels der Bohle durch. Mit freundlicher Geneh-migung des Projektpartners konnten ausgewählte Meßwerte genutzt werden; die firmen-internen Ergebnisse zur Entwicklung eines Steuermoduls sind nicht Gegenstand der vorlie-genden Arbeit.

Abb. 37: Mit Meßtechnik der Fa. MOBA ausgerüsteter Fertiger DF145C

5.4.3 Meßtechnik und -verfahren zur Durchführung von Untersuchungen an der