HBK unterstützt Rumpfschalenprüfung bei IMA Dresden

Die IMA GmbH, ein Unternehmen mit den Schwerpunkten Materialforschung und Anwendungstechnik, verfügt über spezialisierte Prüfstände für die unterschiedlichen Komponenten von Flugzeugen und Helikoptern, wie Rumpfwerke, Tragwerke, Leitwerke oder Komponenten des Innenraums. Die neueste Generation der Prüfstände der IMA Dresden setzt zur Echtzeitregelung auf die digitale Übertragung der Messdaten zur Analyse.

Bauteile für die Luftfahrtindustrie werden mit dem Erreichen der Prototypenphase intensiven Materialprüfungen unterzogen und die IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH in Dresden (IMA Dresden) ist in diesem Bereich seit vielen Jahren ein international anerkannter und akkreditierter Partner der Luftfahrtindustrie. Sie unterstützt Hersteller und Zulieferer mit umfassenden Dienstleistungen zum Nachweis der Betriebsfestigkeit, Funktion und Sicherheit von Komponenten.

Neben Simulationen ist die praxisnahe Bauteilprüfung ein Schwerpunkt der Arbeit der IMA Dresden. Die Messdaten aus Dresden ermöglichen den Zulieferern nicht nur die experimentelle Prüfung der Bauteil- und Strukturfestigkeit, sondern erlauben auch den Abgleich mit Simulationen und die Verifizierung von Konstruktion, Reparaturlösungen, Fügeprozessen und Materialauswahl.

Problem

Die IMA Dresden unterstützt Hersteller und die Zulieferindustrie als Prüf- und Zertifizierungsstelle mit teils hoch komplexen Prüfständen für die realitätsnahe Bauteilprüfung. Unter Zuhilfenahme von Echtzeitsteuerung muss die Regelung der Servohydraulik des Prüfstands beim Aufbringen der Last die Messdaten berücksichtigen.

Lösung

Das Messdatenerfassungssystem QuantumX und die Software catman AP von HBK ermöglichen die Arbeit in dem für diese Aufgabe erforderlichen Steuerungs- und Regelsystem. [A1] 

Ergebnisse

QuantumX ist in der Lage, seine qualitativ hochwertigen Daten digital sowohl der HBK-Software catman AP zur Datenerfassung und -Analyse als auch dem Echtzeit-Controller zur Regelung komplexer Laststeuerungen über die Hydraulik zur Verfügung zu stellen. Damit entfällt der bei konventionellen Aufbauten nötige Umweg über analoge Zwischenschritte. Im Ergebnis führt dies zu drastisch reduzierten Einrichtzeiten, da nur ein einziges Messsystem erforderlich ist, das volle Qualität liefert.

 

Flexible Ausstattung für unterschiedlichste Messaufgaben

Für die Rumpfschalenprüfung nimmt die IMA Dresden einen von Grund auf neu entwickelten Prüfstand in Betrieb. Die Konstruktion des servohydraulischen Prüfstands ist eine Eigenentwicklung, entstanden auf der Grundlage umfassender Erfahrungen im eigenen Haus, wie Gerd Striegler, Leiter Messtechnik bei der IMA Dresden, erläutert: „Die modifizierte Konstruktion macht den Prüfstand flexibler für unterschiedliche Prüfungen, Bauteilabmessungen und Prüfnormale.“ Darüber hinaus können mehrere Beanspruchungsarten gleichzeitig aufgebracht und realitätsnahe Prüfungen durchgeführt werden.

Der neue Prüfstand nutzt etwa 30 Hydraulikaktoren inklusive zugehöriger Kraftaufnehmer von HBK zur Simulation von durch Bewegungen verursachten Zug-, Druck- und Schubbeanspruchungen. Die Reaktionen darauf werden mit 500 auf dem Testobjekt installierten Dehnungsmessstreifen gemessen. Hierzu setzt die IMA Dresden voll und ganz auf das Messdatenerfassungssystem QuantumX von HBK, um die DMS-Signale in verschiedenen Brückenkonfigurationen aufzuzeichnen und für die Weiterverarbeitung digital aufzubereiten.

QuantumX ist eine Plug-and-Measure-Lösung, die durch umfassende Unterstützung der TEDS-Technologie (Transducer Electronic Data Sheet) eine schnelle und flexible Anpassung des Prüfstands in jeder gewünschten Weise erlaubt. Die Eigenschaften jedes einzelnen Sensors werden automatisch aus dem im Sensor oder Steckverbinder integrierten TEDS-Chip ausgelesen, was die Rüstzeiten bei der Neukonfiguration von Messaufgaben deutlich verkürzt. Manuelle Eingaben – häufig die Ursache von Fehlern – sind nicht mehr erforderlich.

 

Frei skalierbares Messsystem

Bei Prüfständen dieser Größenordnung stellt das QuantumX MX1615B, das weit mehr ist als ein reines Messmodul, seine Vielseitigkeit unter Beweis. Der kompakte Aufbau umfasst 16 Messeingänge mit universellen Kanälen. Die hohe Kanaldichte macht das System frei skalierbar bei gleichzeitig geringem Platzbedarf. Daher ist jedes Modul flexibel und kann je nach Bedarf frei verteilt in der Nähe der Messstellen des Prüfobjekts positioniert werden, sowohl als Einzelgerät als auch zusammengeschaltet zu einem großen System. In der Praxis kann jedes Modul von einem Tag zum anderen entfernt werden – beispielsweise für kleinere Tests – oder es können Module ergänzt werden, falls mehr Kanäle nötig sind.

Christof Salcher, Director Product Management bei HBK, nennt weitere Vorteile dieser Lösung: „Die einzelnen Module können entweder als Einzelgeräte oder hochgradig verteilt und mit einem einzigen Kabel miteinander verbunden eingesetzt werden. Die synchrone Digitalisierung nahe der Messstelle spart umfangreiche Sensorleitungen ein, ermöglicht ein schnelleres Einrichten und verbessert die Signalqualität. Zusammen mit unserer Software catman erhält man eine wirklich benutzerfreundliche Komplettlösung, die viele mit solchen Prüfungen verbundenen Herausforderungen löst.“

Die Module übertragen die Daten per Ethernet direkt an die auf einem PC laufende Software catman von HBK zur Datenvisualisierung, Online- und Post-Process-Analyse, Datenspeicherung und Fernüberwachung. Für die bei der IMA Dresden üblicherweise eingesetzten großen Prüfstände unterstützt die Software auch die Visualisierung auf mehreren Bildschirmen.

 

Echtzeitregelung mit höchster Präzision

Die IMA Dresden sieht laut Striegler den größten Vorteil der digitalen Datenerfassung und -verarbeitung in der zweiten Phase: „Der Prüfstand der neuesten Generation nutzt die Messdaten parallel in Echtzeit zur Automatisierung der Prüfung.“ Bei Strukturtests großer Bauteile werden zur Lasteinleitung mehrere Hydraulikaktoren über eine Steuerung gleichzeitig angesteuert. Mit Hilfe der Echtzeitregelung ist die Steuerung in der Lage, dafür die Messdaten zu beobachten und beim Über- oder Unterschreiten festgelegter Kennwerte die Messung automatisch zu stoppen oder das Prüfprogramm anzupassen.

Eine Echtzeitregelung in herkömmlichen Systemen hingegen verläuft über eine Rückwandlung der digitalen Messdaten in analoge Signale mit normierter Spannung, die in ein analoges Feedback-System zurückgespeist werden. Damit das Regelsystem die Impulse verarbeiten kann, ist in diesem Fall ein zweiter Digitalisierungsschritt erforderlich. „In der Praxis bedeutet das nicht nur einen hohen Verkabelungsaufwand, sondern vor allem hohe Verluste bei der Präzision“, erklärt Christof Salcher. „Die vollständig digitale Mess- und Regelkette empfängt das Signal in seiner vollen Qualität und lässt sich mit einfachen Ethernet-Kabeln realisieren.“ Nicht zuletzt sind mit dem Einsatz von weniger Elektronik und Verkabelung erhebliche Kostenvorteile verbunden.

 

 

Transparente Konfiguration, einfache Wartung

Die IMA Dresden profitiert zudem durch den direkten Reglerzugriff auf einzelne Sensoren. Auf diese Weise können unterschiedliche Überwachungsparameter flexibel nach Wunsch eingestellt werden. Gleichzeitig erlaubt das vollständig digitalisierte System die gezielte Fehlersuche, eine schnellere Reaktionszeit und damit verbunden eine höhere Verfügbarkeit des Gesamtsystems bei anspruchsvollen Testaufgaben. Die geringere Komplexität äußert sich zudem in verbesserten Wartungsmöglichkeiten.

Die Regelung des Prüfstands erfolgt über das Reglersystem, das über Schnittstellen zeitgleich mit dem QuantumX-System kommuniziert. Die Schnittstellentechnologie verbindet die gesamte Mess- und Regelkette zwischen Sensorik, DAQ-System, Software und dem Reglersystem für die Hydraulik, in der alle Komponenten reibungslos zusammenarbeiten.

 

Präzise Technologie für die zuverlässige Digitalisierung

Die IMA Dresden digitalisiert nach und nach alle ihre Prüfstände und stellt sie mit den zuverlässigen Systemen von HBK auf die neue Art der Datenerfassung um, so Striegler: „Mit der neuen Generation von Prüfständen erhalten wir ein Upgrade, das mit den steigenden Anforderungen sowohl an Prüfstände als auch an die Messaufgaben skaliert.“ Einen weiteren großen Vorteil sieht die IMA Dresden in Prüfvorrichtungen für den mobilen Einsatz vor Ort. Das PTP (Precision Time Protocol, IEEE 1588:2008) ermöglicht die zeitsynchrone Datenerfassung über Ethernet und schafft zusätzliche Möglichkeiten beim Einsatz verteilter Geräte. Echtzeit-Ethernet hingegen ermöglicht eine Echtzeitkommunikation mit geringer Latenzzeit und begrenzter Bandbreite. 

Einen weiteren wesentlichen Vorteil bieten die Standards der Messkettenelemente von HBK, die die IMA Dresden seit langem einsetzt: „In so komplexen Setups finden sich in der Regel Komponenten unterschiedlicher Marken“, erklärt Striegler. „Die Schnittstellen der HBK-Produkte und ihre Flexibilität erlauben uns die nahtlose Anbindung aller Komponenten eines Messsystems, was vor allem von Vorteil ist, wenn bestehende Prüfstände Stück für Stück ihr Update hinsichtlich der Messdatenerfassung erhalten.“

 

 

Über die IMA Dresden

Die IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH, kurz IMA Dresden, ist eine international anerkannte Prüf-, Überwachungs- und Zertifizierungsstelle für Hersteller und die gesamte Zulieferindustrie, die dazu beiträgt, neue Entwicklungen schneller auf den Markt zu bringen. An zwei Standorten in Dresden werden auf einer Testfläche von 10.000 m² innovative Produkte und Technologien aus Branchen wie Luftfahrt, Schienenfahrzeuge, Automobil- und Medizintechnik, Kunststoff- und Metallindustrie untersucht, um hohe Qualität, Zuverlässigkeit und Sicherheit sicherzustellen. Die IMA Dresden wurde 1993 gegründet und beschäftigt heute rund 240 Mitarbeitende, die mit umfassender Engineering-Expertise Kunden durch jeden Schritt des Produktentwicklungsprozesses begleiten. Die Prüfungen reichen von Grundlagenuntersuchungen an kleinen Proben bis hin zu Zertifizierungsversuchen komplexer Gesamtstrukturen. Die Technologie zur Durchführung dieser Tests wird vom Unternehmen selbst entwickelt, erprobt und erstellt.