Autor: pa

3D-Scanner

GOM_Nummer5

GOM_Ulf

Die SVA verfügt über ein 3D-Scannersystem (ATOS Core 300) mit folgenden Parametern:

  • Genauigkeit 18 µm
  • Objektgröße bei hoher Genauigkeit (18 µm) 300 x 230 x 300 mm³
  • Objektgröße bei geringerer Genauigkeit (50 µm) 600 x 600 x 600 mm³
  • Manuelle zwei Achsen Verstelleinrichtung (Hubtisch, Drehtisch)
  • Projektion von 3D-Elementen
  • Automatische Berichtserstellung

Das ATOS Core 300 wird wie folgt in der Fertigung und Gütekontrolle genutzt:

  • Scannen der Geometrie nach dem Fräsen (Modell befindet sich noch im Fräsblock), wenn das vorgegebene Aufmaß örtlich nicht erreicht wurde, wird der Fräsprozess weitergeführt
  • Scannen des Modells nach der Herauslösung aus dem Fräsblock, Auswertung des Soll-Ist-Vergleichs mit Mitarbeitern der Werkstatt zur Präzisierung der Arbeitsschritte in der manuellen Endfertigung
  • Scannen des Modells nach Fertigstellung, Analyse des Soll-Ist-Vergleichs und Erstellung des Nachweises über die Einhaltung der Qualitätskriterien, Erstellung eines Prüfberichtes

Weiterhin werden mit dem 3D-Scanner Geometrien von vorhandenen Messsystemen, Bauteilen, Versuchsobjekten erfasst und für die Verwendung in neuen Versuchsanordnungen bereitgestellt.

 

GOM_AuswertungGOM_Flaechenvergleich

Schiffsmodellfertigung

WSSA_small_04

Modellfraese_small_05

Modellfraese_small_10

Die Schiffsmodellrohlinge werden aus stabverleimten Abachiholz hergestellt.

Wasserstrahlschneidanlage

Die Bauteile werden rechnergestützt erstellt und mittels einer Hochdruck-Wasserstrahlschneidanlage gefertigt (3500 bar). Die Anlage schneidet die Teile passgenau und in schneller Abfolge effizient aus. Die Wasseraufnahme der Schnittteile ist sehr gering und lässt eine Weiterverarbeitung der Rohlinge nach einer Trockenzeit von einem Tag zu. Die Maschine hat einen Arbeitsbereich von 2000 mm x 4000 mm und ist darüber hinaus in der Lage bis zu 120 mm Stahl zu schneiden.

 

5-Achs-Fräsmaschine

Die verleimten Schiffsrohlinge werden auf  der 5-Achs-Fräsmaschine, Fabrikat Huber& Grimme, mit Hilfe von Schrupp- und Schlichtfräsoperationen komplett bearbeitet und erreichen dabei ein nahezu perfektes Oberflächenfinish. Mit einem einmaligen manuellen Oberflächenschliff nach dem Fräsprozess ist das Modell zur weiteren Bearbeitung vorbereitet. Mit dem Einsatz der 5-Achs-Fräse werden die Anforderungen der ITTC hinsichtlich der Genauigkeit von Schiffsmodellen erfüllt (±1 mm, 0.5 % Lpp). Die Maschine hat ein maximalen Arbeitsbereich von 8000 mm x 2500 mm x 1200 mm, eine Bearbeitungsgeschwindigkeit von bis zu 40 m/min und eine maximale Drehzahl von 24000 U/min.

High-Speed-Kamera

Technische Daten
Marke Photron
Sensor-Typ CMOS
Max. Auflösung 1024 x 1024 px, 2000 Bilder/s  
Max. Aufnahmerate 120.000 Bilder/s
Ereignisse, die sehr schnell ablaufen, müssen mit einer Kamera mit einer sehr hohen Aufnahmerate beobachtet werden. Dafür werden ein High Speed Kamerasystem der Firma Photron in Verbindung  mit Xenon Scheinwerfer (Kaltlicht) mit Leistungen von 1 bis 2 kW verwendet. Mit dieser Kamera kann bei einer maximalen Auflösung von 1024 x 1024 Pixeln eine Bildaufnahmerate von bis zu 2000 Bildern pro Sekunde erreicht werden. Je nach Problemstellung ist es bei geringerer Auflösung, möglich eine Bildaufnahmerate von bis zu 120.000 Bildern pro Sekunde zu erreichen. Dies wird durch die Verwendung eines CMOS Sensors ermöglicht.

Eine Beobachtung z.B. der Kavitation an sich drehenden Propellern ist damit möglich. Der Vorteil im Vergleich zur konventionellen Stroboskoptechnik liegt in der Möglichkeit einer Bewertung der Kavitationsdynamik anhand der Videoaufnahmen und damit auch deren Einfluss auf die Erosion. Dementsprechend ist auch der hauptsächliche Einsatzort des High Speed Kamerasystems der Kavitationstunnel.

 

Themenbezogene Referenzen/Forschungsprojekte

[1]    Heinke, H.-J.: High-Speed Camera Observations of the Cavitation at VSP Blades, 2th Symposium on Voith Schneider Technology , Heidenheim, 6. June 2008

 

Sensorik

Sensorik_Dummymodell_besser_small

Sensorik_Hydrofonkasten_small

Sensorik_Körperschallmessungen_small

Die Spezifikation für den Propellerentwurf enthält im Allgemeinen Grenzwerte für die vom Propeller induzierten Druckschwankungen. Darüber hinaus werden bei speziellen Schiffen (Marine- und Forschungsschiffe sowie Yachten) akustische Grenzwerte vorgegeben. Kavitationserscheinungen am Propeller oder an Anhängen des Schiffes führen überwiegend zu einer deutlichen Anhebung der Amplituden der Schwingungen. Deshalb werden Druckschwankungs-, Vibrations- und Akustikmessungen zumeist in Verbindung mit Kavitationsversuchen durchgeführt. Im Kavitationstunnel werden Drucksensoren und Hydrofone im Hinterschiffsbereich über dem Propeller oder an interessierenden Positionen am Schiffskörper angeordnet.

Die vom Propeller induzierten Druckimpulse werden mit Absolutdrucksensoren gemessen. Üblicherweise wird ein Array von 11…16 Sensoren über dem Propeller angeordnet.

Hydrofone werden im Nahfeld des Modellpropellers in der Außenhaut des Modells angeordnet, wenn Aussagen zu höherfrequenten Pegeln an der Schiffsaußenhaut von Interesse sind. Zur Ermittlung der vom Propeller induzierten Schallpegelspektren werden Hydrofone an den Scheiben der Messstrecke in Hydrofonkästen oder in der Messstrecke angeordnet.

Zur Analyse und zum Vergleich von akustisch optimierten Propellern werden Direktmessung der Vibrationen am Propeller durchgeführt. In einer speziellen Ablaufkappe werden dazu ein Hochfrequenz-Körperschallsensor mit Vorverstärker und Sender installiert. Die Abtastrate beträgt 44.1 kHz.

Querstrahlruderanlage

Prinzipskizze zum Versuchsaufbau QRA in der Schlepprinne

Querkanal – Messeinrichtung 25A26 für den Kavitationstunnel

Querruderanlagen (QRA) verschiedenster Bauart dienen der Verbesserung der Manövrierfähigkeit. Die Ausführungen reichen von Flügelrad- und Ruderpropellern über einziehbare Schubanlagen bis zu fest in einem Kanal installierten Querstrahlrudern. Für den Entwurf von Querstrahlruderanlagen sind insbesondere Angaben zu den Parametern des Propellers und zur Wechselwirkung mit dem Kanal notwendig. Für Querstrahlruderanlagen mit Propeller wurden verschiedenen Näherungsverfahren hergeleitet. In der SVA wird die Methode von Bladt und Wagner [3] zur Auslegung von Querstrahlrudern angewendet. Untersuchungen mit Querruderanlagen können bis zu einer bestimmten Größe (Relation von Propellerdurchmesser zur Tunnellänge) ähnlich wie mit einem Düsenpropeller durchgeführt werden. Die folgende Abbildung zeigt eine Prinzipskizze des Versuchsaufbaus. Für Kavitationsversuche mit Propellern für Querstrahlruder wurde die Querkanalanlage 25A26 entwickelt [2].

 

Referenzen/Forschungsprojekte

[1] Vollheim, R.: Modellversuche zur Entwicklung eines Bugstrahlruders Schiffbauforschung 18 1/2/1979
[2] Schröder, G.: Eine Einrichtung für Modellversuche an Propellern für Querstrahlruder Schiffbauforschung 23 3, 1984
[3] Bladt, K.-J.: Beitrag zur Auslegung von Querschubanlagen mit Propeller für Schiffe, www.jbladt.de