Akustische Rissprüfung von Nockenringen in der Serienfertigung 1 ...

G. Wirth Akustische Rissprüfung
Die akustische Güteprüfung stellt eine Alternative zur visuellen Beurteilung von Materialien
dar, mit der auch Fehler, die nicht an der Oberfläche zu erkennen sind, detektiert werden können.
Anhand des Klangs der Objekte ist eine Beurteilung des Zustandes und damit eine
Einteilung in Güteklassen möglich.
2 Grundlagen der akustischen Materialprüfung
Mechanische Strukturen besitzen charakteristische dynamische Eigenschaften die von der Form
und dem Material abhängig sind. Identische Objekte besitzen gleiche Eigenschaften – Abwe ichungen
der Form oder Strukturänderungen des Materials bewirken Änderungen der dynamischen
Eigenschaften. Werden die Strukturen angeregt, breiten sich im Material Schwingungen
aus, die als Körperschall bezeichnet werden. Dabei sind in Festkörpern unterschiedliche
Schwingungstypen möglich, die an Kanten, Grenzflächen und Materialinhomogenitäten ineinander
übergehen. Das schwingende Gebilde regt an seiner Oberfläche Luftschall an, der sich als
reine Longitudinalwelle ausbreitet.
Die dynamischen Eigenschaften von Strukturen werden mit Hilfe von Eigenfrequenzen, Dämpfungen
und Eigenformen beschrieben. Dabei stellen die Eigenformen die Verteilung der
Schwingungsamplituden auf der Strukturoberfläche dar. Zu ihrer Ermittlung ist somit eine flächenhafte
Messung der gesamten Strukturoberfläche oder zumindest charakteristischer Bereiche
notwendig, was eine aufwendige Sensorik und Auswertung erfordert. Dies ist für eine Serienprüfung
nicht effizient. Eigenfrequenzen und Dämpfungen können durch Auswahl geeigneter
Messpunkte an einzelnen Stellen bestimmt werden.
Abbildung 4 zeigt die zeitlichen Verläufe zweier gedämpfter harmonischer Schwingungen, deren
Dämpfung durch die jeweilige einhüllende Kurve beschrieben wird. Der Dämpfungsgrad ist
durch den Schnittpunkt der Tangente an die Signaleinhüllende mit der Abszisse bestimmt. In
Abbildung 5 sind die beiden entsprechenden Spektren dargestellt.
Abbildung 4: 4: Zeitverläufe zweier gedämpfter
Schwingungen
Abbildung 5: Spektren zweier gedämpfter
Schwingungen
Die zur Messung der dynamischen Eigenschaften notwendige Anregung der Prüflinge erfolgt
bei der Materialprüfung extern, da im allgemeinen keine Eigenanregung möglich ist. Hierbei
muss eine geeignete Lagerung gewählt werden, um die Dämpfungseigenschaften der Prüflinge,
insbesondere im Bereich der Resonanzfrequenzen, nicht zu beeinflussen.
05 - 2 6. Forum Akustische Qualitätssicherung