Erprobung eines flexiblen Messverfahrens mit Hilfe der inversen Matrixmethode

Die messtechnische Bestimmung von Bauteillasten und -beanspruchungen ist ein wichtiger Aspekt des Maschinenbaus. Diese Größen werden sowohl für die Auslegung technischer Systeme als auch für die Validierung von Simulationen verwendet, weshalb eine geeignete Bestimmung auch heute Gegenstand der Forschung ist. Eine verbreitete Variante, die in ein Bauteil eingeleiteten Kräfte und Momente zu bestimmen, ist die Verwendung von DMS. Dazu werden diese auf die Oberfläche des Messobjekts appliziert, wodurch den DMS die auftretenden Dehnungen des Messobjekts aufgeprägt werden. Diese Dehnungen bewirken eine Änderung des elektrischen Widerstands, der leicht messbar ist. Somit messen DMS die Dehnung, die von den zu ermittelnden Messgrößen hervorgerufen wurden und erlauben so einen Rückschluss auf die Messgrößen selbst.
Im Bereich der Fahrzeugentwicklung haben die Kräfte und Momente, die über die Reifen eingeleitet werden, eine zentrale Bedeutung. Diese äußeren Anregungen sind stark vom Fahrverhalten und der Fahrbahn abhängig und können mit kommerziellen Messrädern, welche DMS verwenden, ermittelt werden (CAEMAX, Kistler).
Aus den hohen Kosten dieser kommerziellen Messgeräte resultiert der Wunsch nach kostengünstigen Alternativen. Die erwarteten Dehnungen können im Rahmen von FEM-Analysen der zu untersuchenden Bauteile simulative bestimmt und die Positionierung der DMS mit Hilfe problemabhängiger Kriterien optimiert werden. Damit kann die Ergebnisqualität verbessert oder die Anzahl der benötigten Messstellen reduziert werden.
Das vielseitig einsätzbare Messverfahren der inversen Matrixmethode wird an einem automotiven Beispiel untersucht, wobei die in das Fahrwerk eingeleiteten Lasten mit DMS ermittelt werden. Anders als bei Messrädern werden diese DMS auf der Radachse appliziert. Das Übertragungsverhalten wird mit Hilfe der FEM berechnet und ein Vergleich aller ausgewählten Positionsmöglichkeiten durchgeführt. Das so bestimmte Übertragungsverhalten muss sowohl hohe Dehnungen als auch eine gute Kondition aufweisen, weshalb zur Optimierung dieser zwei Kriterien ein Pareto-Ansatz verwendet wird. Da diese Vorgehensweise verschiedene Lösungen erzeugt, wird eine Fehleranalyse durchgeführt, welche die im Versuch auftretenden zufälligen und systematischen Fehler einbezieht. Die Anwendbarkeit des Messverfahrens wird sowohl an einem Achsprüfstand als auch am Fahrzeug untersucht.