Fakultät für Maschinenbau
Schülerangebote
Fakultät für Maschinenbau 

Themen für besondere Lernleistungen und Praktika

Optische Messung und elektronische Analyse von Bewegungsvorgängen

Highspeedkamera der Professur TMD
Highspeedkamera der Professur TMD auf einem Stativ
Doppelpendelmessung mit der Highspeedcamera der Professur TMD
Das menschliche Auge kann 24 Bilder pro Sekunde erfassen, eine Hochgeschwindigkeitskamera dagegen Tausende Bilder pro Sekunde. Auf diesem Wege können Bewegungsvorgänge aufgezeichnet und analysiert werden. Ein bekanntes Beispiel ist der Schwebeflug des Kolibri. An der Professur TMD werden ebene Bewegungen von mechanischen Systemen wie ein Doppel-pendel (siehe Abbildung) oder eines Diabolo-Spiels berührungslos mit einer Hochgeschwindigkeitskamera erfasst. Die Kamera kann direkt die Bewegung in einer Ebene erfassen und mittels einer Software auch Auslenkungen in verschiedenen ebenen Koordinatensystemen abgeleitet werden. Somit können indirekt auch Geschwindigkeiten eines Körpers ermittelt werden.
Der/die SchülerIn kann die Bewegungen eines mechanischen Objektes seiner Wahl optisch mit der Hochgeschwindigkeits-kamera erfassen. Ein vorhandenes Objekt ist der Versuchsstand des dargestellten Doppelpendels. Das gewählte Objekt muss sich in einer Ebene bewegen, damit die Bewegungen von einer einzigen Hochgeschwindigkeitskamera erfasst werden können. Dazu können eventuell Vorrichtungen erdacht und unter Hilfestellung der Betreuer umgesetzt werden. Im ersten Schritt soll sich mit dieser berührungslosen Messmethode anhand des Doppelpendels vertraut gemacht werden. Dazu liegen Versuchsunter-lagen über die Hochgeschwindigkeitskamera und der beiliegenden Software vor, die ein Lernen durch eine sichere Anwendung erlauben. Hier wird besonders der richtige Umgang und die gezielte Einbringung einer Beleuchtung durch LED-Lampen (siehe Abbildung) wichtig sein. Im Rahmen einer früheren BeLL wurde eine Software entwickelt, welche die Ermittlung von Beweg-ungen in ebenen Koordinatensystemen erlaubt. Dadurch können Messergebnisse ermittelt werden, die Bewegungen mathe-matisch beschreiben können. Hier kann der/die SchülerIn die Grundlagen einer elektronischen Messdatenerfassung erlernen. Wenn gewünscht können auch die eigenen Messungen mit einer Berechnung oder numerischen Simulation verglichen werden.

Arbeiten an Versuchsständen in einem Labor für technische Dynamik

Doppelpendelmessung mit der Highspeedcamera der Professur TMD
Balkenmessung mit den piezoelektrischen Sensoren der Professur TMD
Schwingungsanregung durch den Schwingtopf (Shaker) der Professur TMD
In unserem Dynamik-Labor befinden sich die Versuchsstände Doppelpendel und Schwingbalken. An diesen Versuchsständen können Schüler mit optischen und elektrischen Messgeräten erste Erfahrungen in der Messtechnik und elektronischen Messdatenerfassung von mechanischen Systemen sammeln. Die Schüler arbeiten mit elektrischen Messgeräten und Laptop um Messsignale zu erfassen, darzustellen und auszuwerten. Dabei lernen Schüler Effekte wie Schwingungen und Wellen an praktischen Objekten des Maschinenbaus kennen, die deren Einsatz in Maschinen und Geräten später beeinflussen werden.

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