15/02/2012 - Ultraschall zur Untersuchung mechanischer Einstellungen und zur Vermeidung von Fehlern in Industriemaschinen

Menéame

Forscher der Abteilung für Maschinenbau an der Technischen Hochschule für Industrieingenieurwesen in Béjar, die an der Universität Salamanca beteiligt ist, untersuchen das Verhalten von sehr häufigen mechanischen Anpassungen an Industriemaschinen, bei denen ein Zylinder mit einem anderen Teil, d. h. einer mit einem Loch verbundenen Achse, verbunden ist. Die Wissenschaftler sollen den Druck, dem diese Verbindung ausgesetzt ist, mit Ultraschallgeräten analysieren, um hypothetische Störungen an allen Maschinentypen zu verhindern.

Im Bereich der Mechanikergie "betreffen wir Kontaktprobleme, die auftreten, wenn wir zwei feste Stoffe haben, die unter Druck stehen," erklärt DiCYT Juan Carlos Pérez Cerdan, Professor an der Technischen Hochschule für Industrietechnik in Béjar. Seine Forschungslinie konzentriert sich auf Interferenzeinstellungen, auch Druckeinstellungen genannt, die in Maschinenbau sehr häufig sind, weil sie "für den Einbau auf einer Welle oder einem Getriebebaum verwendet werden, verschiedene Elemente wie Zahnräder, Rollen oder Lager."

Im Wesentlichen geht es darum, einen Zylinder mit einem anderen Stück zu verbinden, das eine runde Öffnung hat, um perfekt zu passen, aber diese Art von Einstellungen bringt sehr hohe Druck zwischen den beiden Elementen. "Die Spannungsspitzen in einer Maschine sind sehr schädlich, weil sie sie letztendlich scheitern lassen, so dass alles, was wir tun, ein praktisches Ziel hat: das mögliche Versagen des mechanischen Elements zu verhindern," betont er.

Theoretisch hat sich die Forschungsgruppe für die Methode der endlichen Elemente (MEF in Spanisch oder FEM in Englisch) entschieden, die in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft weit verbreitet ist. "Es ist schwierig, ein solides Element als ein ständiges Element zu studieren, in dem Sinne, dass zwei Punkte eines festen können so nah sein, wie man sich vorstellen kann, das heißt, dass jeder Punkt hat einen anderen unendlich nahe und dies führt zu sehr komplizierten Gleichungen," sagt der Forscher. Der MEF ist jedoch der Ansicht, dass ein Punkt eines festen Punktes vom unmittelbarsten Punkt getrennt ist. "Mit diesen Punkten, die als Knoten bezeichnet werden, bauen Sie ein Netz und verwandeln das Kontinuum in eine Art Gitter," sagt er. So ist das Gleichungssystem einfacher und kann durch Computerprogramme gelöst werden, in denen Informationen eingegeben werden, um Ergebnisse zu erhalten, die dann interpretiert werden müssen.

Schließlich benutzt Juan Carlos Pérez Cerdan die Methode der endlichen Elemente zur Bestimmung der Belastungen und Spannungen bei diesen Interferenzeinstellungen. Der nächste Schritt ist jedoch, die Theorie durch experimentelle Studien zu ergänzen, für die kleine Prototypen verwendet werden. "Es ist schwer, eine Maschine zu finden, die keine Achse oder einen Getriebebaum hat. Auf den Achsen werden verschiedene Elemente so montiert, dass sie die Leistung durch Zahnräder oder Rollen auf eine parallele oder senkrechte Achse übertragen," sagt er.

Das andere Teil ist das, das das Loch hat und kann der Teil innerhalb eines Zahnrades, einer Rieme oder eines Lagers sein. "Die Idee ist, dass sie unter Druck gehen, also untersuchen wir, was passiert, wenn sie angespannt sind," sagt er. Auf der Innenseite dieses Stückes sind sehr große Belastungen und Belastungen zu sehen, und an einigen Stellen sind sie stärker ausgeprägt.

Ultrasonide

Obwohl diese Belastungen theoretisch einheitlich sein sollten, "sehen wir nun die tatsächliche Veränderung der Verteilung dieser Belastungen, die nicht genau denen entsprechen, die theoretisch abgezogen werden," so der Experte.

In diesem empirischen Teil der Forschung zielt das Ziel darauf ab, den tatsächlichen Druck zu ermitteln, dem die Teile durch Ultraschallgeräte ausgesetzt sind. Dieses Gerät "gibt eine Welle aus und wir können die reflektierte Welle studieren," sagt Pérez Schwein. Gewöhnlich werden diese Geräte verwendet, um festzustellen, ob es einen Riss in den Maschinen gibt, aber das Ziel der Abteilung für Maschinenbau ist es zu überprüfen, ob es eine plötzliche Variation von Druck und Kontakt gibt.

"Das Problem ist, dass diese Teams nicht für das Problem gedacht sind, das wir angreifen wollen, sondern um kleine Risse zu erkennen, aber wir wollen diese Techniken anpassen, um Druckspitzen bei der Einstellung zu bestimmen. Mit Ultraschall zu bestimmen, welche Druckverteilung Zeit brauchen wird, wir müssen die Ergebnisse behandeln, neu interpretieren und verarbeiten," sagt er.

Eine weit verbreitete Verbindung

"Diese Art der Verbindung ist in der Industrie weit verbreitet, wird häufig verwendet, um Elemente anzupassen, also wollen wir praktische Schlussfolgerungen ziehen, die zu einer Verbesserung dieses Prozesses führen," so Juan Carlos Pérez Cerdan im Hinblick auf diese Einstellungen, die aus einem Zylinder und einem zusammengesetzten Teil bestehen.

Das Ziel dieser Verbindungen ist in der Regel, dass die Achse auf viele Umdrehungen pro Minute dreht. "Die Teile, die mit der Achse fahren, müssen solidarisch mit der Achse montiert werden, und wenn der Druck nicht ausreicht, rutschen sie aus und die Leistung wird nicht richtig übertragen."

Um die Montage der beiden Teile zu erreichen, kann man mit Hilfe einer Art hydraulischer Zange Kraft einsetzen. Eine andere Alternative besteht darin, das Teil, das die Öffnung hat, zu erhitzen und die Achse zu erweitern, damit es nach dem Abkühlen angespannt wird und dadurch Volumen verliert. Die entgegengesetzte Idee wird auch benutzt, die Achse wird zum Anziehen abgekühlt und bei normaler Temperatur eingestellt.
 

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