ShakesBear

Spindel- und Dynamikanalysesysteme

Spindel- und Dynamikanalysesysteme mit Nanometerauflösung für Drehzahlen bis 100.000 Upm

SEA

Seien es Wellenfehlbewegung, Rotordynamik oder thermische Stabilität, Spindellösungen von Levicron verlangen an vielen Stellen Komponentenentwicklungen, welche bei anderen Spindelherstellern zugekauft werden können. Solche Unterentwicklungen jedoch können wiederum zu Produkten mit einzigartigen Eigenschaften weiterentwickelt und dem Markt zur Verfügung gestellt werden. Dies trifft in Konsequenz auch auf den Nachweis von Spindelqualitäten und -leistungen zu, für welche Levicron seit Bestehen Prüf- und Messmethodiken entwickelt haben, welche in Auflösung, Handhabung und Abtastraten einzigartig sind.
Mit unseren Spindeltest- und prüfsystemen „ShakesBear, Hamlet“ und „ShakesBear, Othello“ stellt Levicron dem Endkunden oder dem Maschinenhersteller Prüfkomplettsysteme zur Messung von dynamischen Rundläufen, Resonanzkarten und der Rotationstreue von Spindelsystemen zur Verfügung. Alle Messungen werden als Protokoll und Rohdaten in einer übergeordneten Spindeldatenbank jederzeit wiederaufrufbar abgelegt. Die ShakesBear Software vereint alle Mess-, Aufzeichnungs- und Verwaltungsmodule und erlaubt ein zentrales und selbsterklärendes Arbeiten und Verwalten.

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Demo verfügbar

Sie möchten sich erst ein Bild machen? Hierfür haben wir ein ShakesBear Demo generiert. Zwar erhalten Sie ohne die dazugehörige Hardware keine wirklich Funktion, können sich aber mit dem Aufbau, der Bedienung sowie der Datenbankfunktionalität vertraut machen. Kontaktieren Sie uns, wir senden Ihnen einen Download-Link (*.iso Datei)

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ShakesBear, Hamlet

Das Spindelprüfkomplettsystem „ShakesBear, Hamlet“ wurde zur direkten und gleichzeitigen Messung der radialen und axialen Rotationstreue (Error-Motion), mit direkter Fehlertrennung zwischen Spindelsynchron- und Artefaktformfehler mit Nanometerauflösungen für Spindeldrehzahlen bis 100.000 Upm entnwickelt.

Vereint in ein mobiles Gehäuse, erlaubt dies den Anschluss eines Pc‘s sowie der Sensorik, wobei alle Verstärker- und Treibereinheiten im Gehäuse integriert sind.

ShakesBear, Othello

Das Spindelprüfkomplettsystem „ShakesBear, Othello“ hingegen zielt auf die Erfassung von dynamischen Größen wie Werkzeugrundlauf, thermische Dilatation sowie Spindel- und Systemresonanzkarten ab und ermöglicht mit optional erhältlichem, integrierten Bedien- und Recheneinheiten einen mobilen und flexiblen Einsatz.

Auch hier sind alle Verstärker-, Filter- und Treibereinheiten in einem Gehäuse integriert, sodass die Sensorik direkt hieran angeschlossen werden kann.

Module

Die größte Verschiebung der Wellenrotationsachse von einer idealen in radialer oder axialer Richtung wird als Rotationstreue (Error-Motion) definiert. Die ideale Rotationsachse ist hierbei diejenige, bei welcher das Mittel aller Abweichungen am kleinsten ist.

Spindelfehler können als Synchron- und Asynchronfehler unterschieden werden, wobei

  • Synchronfehler sich bei jeder Wellenrotation an der gleichen Winkelposition wiederholen und
  • Asynchronfehler nicht wiederholbar sind.

Der Rundlauffehler (Fundamentale) – als perfekter Kreis im Fehlerdigramm darstellbar – entspricht einem exzentrisch eingespannten Artefakt oder Werkzeug und ist somit kein Spindel-, sondern ein Werkzeugfehler.

Somit gilt für de Rotationstreue (Error-Motion) in radialer Richtung:

∑Synchronfehler + ∑Asynchronfehler – Fund. (Rundlauf)

Automatische Fehlertrennung:

Die Messung zur radialen Rotationstreue geschieht gegen die Welle selbst oder gegen ein mitrotierendes Objekt, wie zum Beispiel ein Werkzeug – oder besser – den Äquator einer Kugel. Die Formfehler des angemessenen Objektes jedoch sind wiederholbar und werden somit als Synchronfehler identifiziert. Zwar gibt es Methoden für eine Trennung dieser Fehler durch Umorientierung von Sensoren und Artefakt, diese sind jedoch zeitaufwendig und fehlerbehaftet.

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Unter Verwendung von drei senkrecht zur Rotationsachse orientierten Abstandssensoren und komplex transformierten Berechnungsmethoden im Frequenzspektrum, hat Levicron mit „ShakesBear Hamlet“ ein Komplettsystem entwickelt, welches Synchron- und Artefaktformfehler direkt während der Messung trennt, ermittelt, darstellt und protokolliert.

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Mittels eines kapazitiven Abstandssensors kann der Rundlauf mit 2 nm Auflösung und Abtastfrequenzen von 100 kHz für Drehzahlen bis 100.000 Upm zuverlässig ermittelt werden. Der Piezo-Masse-Beschleunigungssensor misst gleichzeitig die Schwingschnellen. Ein verbundener Trigger oder der mitgelieferte Laser-Phasensensor erkennt hierbei die Drehzahl und bezieht die gemessenen Werte auf diese zu einem zusammenhängenden Graph.

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Aufgrund der hohen Auflösung erfasst der Abstandssensor oder der Beschleunigungssensor nicht nur die Amplitudenwerte bei der jeweiligen Drehfrequenz, sondern alle bis zu einer Grenzfrequenz von 4 kHz. Demnach sind bei der jeweiligen Drehzahl auch Schwingungen über den gesamten Frequenzbereich mess- und darstellbar. Die Resonanz- und Eigenfrequenzkarte erstellt ein FFT-Spektrum kontinuierlich über Drehzahl, reiht diese drehzahlgeordnet aneinander (Wasserfall-FFT) und betrachtet dies von oben. Spitzen sind dunkel, Täler hell dargestellt. Dies erlaubt die Identifikation von Spindel- und Systemeigenfrequenzen mit der Fundamentalen (Drehfrequenz) als Anregende. Ein Kreuzen der Fundamentalen mit einer der Systemeigenfrequenzen kann als zu vermeidende Resonanz identifiziert werden. Zur Identifikation von Eigenfrequenzen, welche dominant durch die Spindel verursacht werden, wird der Abstandssensor als Quelle genutzt. Mit dem Beschleunigungssensor als Quelle können hingegen Eigenfrequenzen des gesamten Systems erfasst werden, mit der Spindel als Anregende Quelle und der Drehfrequenz als Fundamentale. Der Beschleunigungssensor kann hierfür in beliebige Richtung und an beliebiger Stelle im System messen.

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Eine axiale Ausrichtung des Abstandssensors gegen die Welle oder ein Werkzeug erlaubt die Erfassung der axialen Position der angemessenen Fläche über Zeit. Durch einen frei platzierbaren Temperatursensor kann gleichzeitig die Temperatur an dieser oder anderer Stelle erfasst werden. Mit einem angeschlossenen Drehzahltrigger oder dem mitgelieferten Laser-Phasengeber kann parallel ebenfalls die Drehzahl erfasst werden. Dies erlaubt die Messung der zeitlichen Änderung der axialen Wellenposition, der anliegenden Drehzahl und einer Temperatur über Zeit.

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Mit wahlweise den eingesetzten Beschleunigungssensoren oder den kapazitiven Abstandsensoren als Quelle bietet das FFT-Modul ein einfach zu bedienendes Werkzeug, um Amplituden des Frequenzspektrums und damit kritische Frequenzen grafisch darzustellen. Mit der integrierten Peak-Hold-Funktion kann das Hammerschlag- oder auch Impulsantwortspektrum bei stehender Spindel und einem Impuls gegen die Spindelwelle ermittelt werden und gibt direkten Aufschluss über die Spindelfrequenzen. Der Impuls kann hierbei als Zusammensetzung unendlich vieler Harmonischer angesehen werden, wobei hiermit jede Frequenz im Spektrum angeregt wird und Resonanzfrequenzen als Überhöhungen sichtbar werden.

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Zur Einrichtung der kapazitiven Abstandssensoren als auch zur radialen Ausrichtung des Messartefaktes ist ein digitales Schleppzeigerinstrument enthalten, welches das simultane Einmessen von bis zu vier Sensoren erlaubt.

Das Schleppzeigerinstrument kann zum Beispiel auch genutzt werden, um den statischen Werkzeugrundlauf zu messen.

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Insbesondere für eine Zertifizierung – zum Beispiel gemäß ISO9001/9002 – müssen Messergebnisse zur jeweiligen Produktseriennummer nachverfolgbar und wiederaufrufbar sein. Aus diesem Grunde hinterliegt allen unseren Spindel und Maschinendynamikanalysesystemen eine Datenbank, welche alle Messergebnisse sowohl als Protokoll als auch als Rohdaten speichert. Hierzu wird eine Ordnerstruktur für die jeweilige Seriennummer in einem anzugebenden Pfad erstellt und die Daten dort hinterlegt. Bei einem Wiederaufruf der jeweiligen Produktseriennummer sind diese Daten dann direkt wieder verfügbar.

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Das Spindelanalysekomplettsystem „ShakesBear Hamlet“ wurde explizit zur Bestimmung der Rotationstreue (Error-Motion) eines rotierenden Systems entwickelt. Mit vier hochauflösenden und schnell abtastenden Abstandssensoren wird die radiale und axiale Rotationstreue mit automatischer Fehlertrennung von Spindelsynchron- und Artefaktformfehler in einer Messung bestimmt, aufgezeichnet und als Bericht und Rohdaten gespeichert. Gerne bieten wir Ihnen maßgeschneiderte Anbindungsadapter für das zu untersuchende Spindelsystem an.

Das Spindelanalysekomplettsystem „ShakesBear Othello“ wurde für den Einsatz bei Maschinenherstellern entwickelt, welche Spindeleigenschaften im eigenen Prüffeld oder im mobilen Einsatz bei Endkunden prüfen möchten. Neben den Spindeleigenschaften sind mit diesem Analysesystem auch Untersuchungen am Gesamtsystem integriert, welche Aufschluß über die Maschineneigenfrequenzen mit der Spindel als Anregende geben. Mit optionalem RaspberryPie und Touchscreen statt eines PC-Anschlusses ist dieses System bestens gerüstet für einen mobilen Einsatz. Gerne bieten wir Ihnen maßgeschneiderte Anbindungsmöglichkeiten für die zu untersuchende Maschinenspindel.

Erhalten Sie hier den Webkatalog unserer ShakesBear Analysesysteme im PDF-Format