SMAC: Luft- und Raumfahrttests, die es in sich haben!

DIE WAHL DER RICHTIGEN LÖSUNG 

Nach eingehender Prüfung der Spezifikationen von Pierre Lamy, Leiter des SMAC-Testlabors, konnten Cédric Rigaud, Technical Sales Engineer und Bertrand Foulard, Vibration Applications Manager bei Hottinger Brüel & Kjær, eine Lösung anbieten, die den Anforderungen von SMAC entsprach. 

Die Nennkraft des Shakers LDS V8 ist in Anbetracht der Masse der von SMAC konstruierten und getesteten Dämpfer von großer Bedeutung, ebenso wie die in den Kundenspezifikationen angegebenen Beschleunigungswerte: Ein Dämpfer, der ein Bauteil in einem Flugzeug gegen Schwingungen isolieren soll, kann bis zu einem Kilogramm wiegen, und die Spezifikationen geben Beschleunigungen an, die selten über 300 m/s² (also bei etwa 30 g) liegen. 

Das einfache Produkt dieser beiden Werte führt zu der Formel, deren Ergebnis die 300 N sind – F = ma, das sogenannte Newtonsche Gesetz, das besagt, dass Kraft gleich Masse mal Beschleunigung ist. Bei der Auswahl der Lösung durch das Technikteam von Hottinger Brüel & Kjaer wurden auch andere Kriterien wie Masse, Schwingfestigkeit, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit berücksichtigt. Betrachten wir dies genauer.

MASSE

Theoretisch lassen sich Stoßdämpfer als Schnittstelle zwischen einer Schwingungsquelle, oft der von Motoren, und einem vor diesen Schwingungen zu schützenden Bauteil oder System zusammenfassen. In diesem Fall handelt es sich jedoch um spezielle Dämpfer für Luft- und Raumfahrtanwendungen und müssen möglicherweise durch ein Federsystem vorgespannt werden, das eine Kraft auf den Dämpfer ausübt. Dieses System, das das Fehlen der Einwirkung der Schwerkraft auf den Dämpfer simuliert, ist daher als zusätzliche Masse zu berücksichtigen. Darüber hinaus ist der Dämpfer so ausgelegt, dass er in alle drei Raumrichtungen reagiert. Deshalb sollte er sich während des Shaker-Tests in Einbaulage befinden. 

Ein Shakersystem mit horizontalem Gleittisch, das eine größere Tragfähigkeit aufweist, erfüllt diese Anforderungen und bietet die Möglichkeit, eine viel größere Masse zu bewegen. Die Prüfungen werden mit Dämpfern durchgeführt, die mit der Masse der zu isolierenden Bauteile oder einer vergleichbaren Konstruktion beaufschlagt sind. Dies muss in der Gesamtmasse berücksichtigt werden. Diese Komponenten neigen zu Resonanzen und verhalten sich nicht wie träge Massen. Jede Anregung in der Resonanz verändert daher die Masse, die der Shaker bewegen muss – man spricht von „dynamischer“ Masse. Diese Auswirkungen der Resonanz müssen durch eine erhebliche Kraftreserve ausgeglichen werden.

SCHWINGFESTIGKEIT 

Der Shaker LDS V8 ist einer der leistungsstärksten luftgekühlten Shaker im LDS-Sortiment. Zusammen mit der für einen Test erforderlichen theoretischen Kraft und der verfügbaren Kraft müssen eine Reihe von Faktoren berücksichtigt werden. Dämpfer sind aktive Komponenten. Ihre Aufgabe besteht darin, Energie aufzunehmen und in Wärme umzuwandeln, und der Shaker liefert diese Energie. 

Die von den Spezifikationen vorgeschriebenen Tests beinhalten Signale, die unterschiedlich stark ausgeprägt sein können. Sinusförmige Signale sind die gebräuchlichsten und die am wenigsten zerstörerischen, werden jedoch selten in Luft- und Raumfahrtanwendungen verwendet, wo stärkere Rauschsignale bevorzugt werden, durch die der Shaker und sein Leistungsverstärker anspruchsvolleren Betriebsbedingungen in Bezug auf Spannung und Strom in der Spule ausgesetzt sind. Schließlich gehören Schocks und Schockantwortspektren zu den anspruchsvollsten Signalen für die mechanischen Teile des Shakers und sind ebenfalls häufig in der Spezifikation enthalten. Darüber hinaus war im Laufe der Jahre zu beobachten, dass die Prüfschärfen ständig zunehmen. 

Schließlich ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass ein Shaker typischerweise mit 80 % seiner Nennkraft betrieben werden muss, um in einem sicheren Betriebsbereich zu bleiben und die Lebensdauer der Armatur zu erhalten. Es ist immer möglich, diesen Wert zu überschreiten, jedoch nur für eine begrenzte Zeit und unter Überwachung der Auswirkungen auf den Shakter mithilfe zusätzlicher Beschleunigungssensoren.

Das SMAC-Labor kann dank seiner umfassenden Kenntnisse der Shaker-Eigenschaften einerseits und der Anforderungen der Kundenspezifikationen andererseits die beiden Shaker an rund 160 Tagen im Jahr sicher in Betrieb nehmen und Tests von wenigen Minuten bis zu mehreren Stunden durchführen. 

VERFÜGBARKEIT 

Kunden wie Airbus, Safran oder Ariane Espace stellen unvorstellbar strenge Leistungsanforderungen; dazu gehört auch eine sehr genaue Bestimmung der Elastomersteifigkeit. Innerhalb weniger Monate muss SMAC den Stoßdämpfer entwickeln und sein Verhalten experimentell validieren. Pierre Lamy erklärt, wie es dazu kam, dass SMAC in seinem Labor zwei Shaker benötigte. 

„Die Tests werden nicht nur an den Prototypen des vorgesehenen Dämpfers durchgeführt, sondern auch am Rohwerkstoff, da ein Elastomer ein in hohem Maße nichtlinearer Werkstoff ist. Daher ist es in allen Phasen der Produktentwicklung unerlässlich, dass uns für unsere Schwingungstests ein Shaker zur Verfügung steht. Das Feedback aus den Shakertests leitet uns in jeder Phase der Entwicklung und Fertigung unserer Produkte. Zudem müssen wir unbedingt sicherstellen, dass die Gussformen, die wir für die Produktion anfertigen, nicht neu erstellt werden müssen.“ „Darüber hinaus gelten für uns strenge Fristen. Hier haben sich das LDS V8-System für Prüfungen von großen und das LDS V721-Parallelsystem für  Tests von kleineren Nutzlasten als die beste Wahl erwiesen, um sicherzustellen, dass alle unsere derzeitigen und zukünftigen Schwingungstests gemäß den höchsten Standards erfolgen.“

ZUVERLÄSSIGKEIT 

Shaker-Anwender müssen sowohl mechanisch als auch elektronisch auf eine sehr hohe Systemzuverlässigkeit vertrauen können. Um diese Zuverlässigkeit zu garantieren, wird der Kauf eines Shakers von einem sorgfältig durchdachten und fortlaufenden Wartungsvertrag begleitet. 

Wilfried Lacavelerie, der für die Installation verantwortlich ist und für SMAC die Wartung vor Ort durchführt, erzählt von seiner Arbeit: „Als Erstes spreche ich immer mit den Nutzern des Shakers, um Einzelheiten über die von ihnen durchgeführten Tests und ihre Dauer zu erfahren, und ich notiere mir alle Vorfälle. Anschließend führe ich einen ersten Low-Level-Test (2 g) über den gesamten Frequenzbereich des Shakers durch. Dieser Test wird als Signatur bezeichnet und am Ende der Wartung wiederholt, die bei einem V8-System etwa drei Tage dauert. Dies dient als Referenz und ermöglicht es uns, Lücken zwischen Teilen und parasitäre Bewegungen der Spule zu erkennen.

Nach der Demontage überprüfe ich den Zustand der Teile wie beispielsweise der Aufhängungen, Lager und verschiedener Verbindungsstellen des Shakers. Wenn ich kaum oder keine Gebrauchsspuren und Staub feststelle, passe ich den Service an. Wir haben Bronze-, Silber-, Gold- und Platin-Wartungsverträge, die bestimmte Verbrauchsmaterialien enthalten können oder nicht, bis hin zu einer Armatur-Ersatzspule auf Lager. Wir können dann vereinbaren, ein bestimmtes Teil bei der nächsten Wartung auszutauschen. Andererseits werden bestimmte Elemente, wie zum Beispiel Ölfilter, unabhängig von der Vertragsart systematisch gewechselt.“  

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 SMAC Groupe MontBlanc Technologies 

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