aiMOOC

Elektronik-Test-Center Lindau – Schwingprüfung und Prüflingsbefestigung verstehen

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Einleitung

Eine Baugruppe kann elektrisch einwandfrei funktionieren und dennoch im späteren Einsatz durch Schwingungen Schaden nehmen. In diesem aiMOOC ordnest du Erregung, Prüfstand, Befestigung, Messstelle und Antwortsignal in einer Schwingprüfung zu. Du erkennst, warum die Halterung das Ergebnis beeinflussen kann, und begründest, warum ein realer Aufbau vor der Prüfung fachlich freigegeben werden muss.

Zielgruppe: Auszubildende im zweiten Ausbildungsjahr in Mechatronik, Industriemechanik, Werkstoffprüfung sowie Elektronik für Geräte und Systeme. Die Jahreszuordnung ist eine redaktionelle Lernempfehlung und wird mit Ausbildungsbetrieb und Berufsschule abgestimmt.

Betriebsbezug und Grenzen: Die Betreiberseite des Liebherr-Test-Centers für Elektronik in Lindau und die Broschüre mit Kennung 02/2020 belegen Schwing- und Schockprüfangebote. Die Broschüre erwähnt zwei elektrodynamische Schwingprüfsysteme und die Prüfarten Sinus, Rauschen und Schock. Daraus folgen keine Aussagen zu einem bestimmten Maschinenhersteller, einem heute verfügbaren Prüfprogramm, aktuellen Normfassungen oder zu einer Freigabe für diesen Lernkurs. Sämtliche nachstehenden Fallzahlen, Zeichnungen und Prüfkonfigurationen sind ausdrücklich synthetische Lehrmodelle; sie sind keine Betriebsparameter. Reale Anlagenarbeiten dürfen nur nach betrieblicher Unterweisung, unter qualifizierter Anleitung und mit dokumentierter Freigabe erfolgen. Dies ist ergänzendes Lernen, kein offizieller Liebherr-Lehrgang und kein Ersatz für Betriebsanweisungen.

Lernziele: Du beschreibst den Signalweg, unterscheidest Sinus- und Zufallserregung, berechnest Periodendauer und Signalverhältnisse, erstellst eine schematische Aufspannprüfung, untersuchst Messartefakte und dokumentierst eine begründete Entscheidung „fachlich prüfen lassen“ statt einer eigenmächtigen Maschinenfreigabe.

Bild: Komponenten eines Aufbaus zur experimentellen Schwingungsuntersuchung; als Prinzipdarstellung, nicht als Aufbauvorgabe für Lindau. Quelle: Austin Downey, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

Prüfaufgabe und Erregungsarten

Was wird eigentlich geprüft?

Ein Prüfling oder DUT (Device Under Test) ist die untersuchte Baugruppe, etwa ein elektronisches Steuergerät. Der Auftrag muss klären, welche Belastung dargestellt werden soll, welche Achse betrachtet wird, welcher Betriebszustand gilt und woran Funktion beziehungsweise eine Abweichung erkannt werden. Eine Schwingprüfung bewertet nicht einfach, ob „etwas wackelt“: Sie ordnet definierte mechanische Anregungen den gemessenen Antworten zu. Eine Versagensanzeige kann beispielsweise eine intermittierende elektrische Verbindung, ein Riss oder eine geänderte Eigenfrequenz sein; die Ursache muss anschließend fachlich geklärt werden.

Die Betreiberinformation nennt Umwelteinflüsse wie Vibrationen, Temperatur und elektromagnetische Strahlung. Die Liebherr-Broschüre 02/2020, Seiten 10–11 dokumentiert Schwing- und Schockprüfungen. Diese historische Quelle beschreibt Möglichkeiten des Test-Centers; sie legt keinen Sollwert für das folgende Lehrmodell fest.

Sinus, Zufall und Schock unterscheiden

Erregungsart	Kennzeichen	Typische Lernfrage	Vorsicht bei der Interpretation
Sinus	periodische Erregung mit einer Frequenz zur Zeit	Wo zeigt die Antwort eine Überhöhung?	Eine gemessene Spitze kann auch von der Aufspannung stammen
Random/Zufall	statistisch beschriebene Schwingung über ein Frequenzband	Welche spektralen Anteile wirken gleichzeitig?	RMS, Frequenzband und Leistungsdichtespektrum dürfen nicht verwechselt werden
Schock	kurzzeitiger mechanischer Impuls	Wie reagiert die Baugruppe auf einen Stoß?	Eine Impulsprüfung ist nicht durch einen einzelnen Sinuswert beschrieben
Sine dwell	Sinuserregung bei gehaltener Frequenz	Warum bleibt man an einer untersuchten Stelle?	Keine eigenständige Freigabe aus dem Halteversuch ableiten

Eigenfrequenz nennt man eine Frequenz, bei der ein System zu einer freien Eigenschwingung fähig ist. Resonanz kann bei passender Erregung eine deutliche Antwortüberhöhung verursachen. Die Antwort hängt aber auch von Dämpfung, Geometrie, Masse und Randbedingungen ab. Ein Sinus-Sweep verändert die Erregungsfrequenz über einen Bereich; das Auffinden eines Maximums allein beweist noch keinen Bauteilfehler.

Bild: idealisierte Sinusschwingung; Zorgit, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0. Die Abbildung stellt keine Messdaten aus Lindau dar.

Abgrenzung zu Klima und EMV

Ein Klimatest untersucht zum Beispiel Temperatur- und Feuchteeinflüsse, EMV das Störaussendungs- und Störfestigkeitsverhalten. Eine Schwingprüfung fokussiert mechanische Beanspruchungen und deren Folgen. Kombinierte Prüfungen werden zwar in der historischen Broschüre erwähnt; ihr tatsächliches Prüfprogramm, die Schutzmaßnahmen und die Relevanz für einen Auftrag müssen jedoch separat festgelegt werden. Die hier beschriebenen Beispiele ersetzen weder eine normbezogene Prüfvorschrift noch ein Laborverfahren.

Mini-Reflexion: Warum können zwei baugleiche Steuergeräte trotz gleicher gemessener Tischbeschleunigung verschiedene Antworten zeigen? Nenne mindestens zwei mögliche Ursachen aus Befestigung, Baugruppenzustand und Sensorik.

Schwinggrößen und Messsignale

Größen, Einheiten und Rechenweg

Weg x wird in Metern, Geschwindigkeit v in Metern pro Sekunde und Beschleunigung a in Metern pro Sekunde zum Quadrat angegeben. Frequenz f in Hertz bezeichnet Schwingungen pro Sekunde; die Periodendauer T ist bei periodischer Erregung T = 1/f. Für die ideale Sinusbewegung x(t) = x̂ · sin(2πft) gilt für den Betrag der Beschleunigungsamplitude â = (2πf)² · x̂. Bei einem reinen Sinus ist aRMS = â / √2; bei Zufallsschwingungen darfst du diese Sinusbeziehung nicht ungeprüft übertragen. Beschleunigung in g ist eine Verhältnisangabe zu 9,80665 m/s², keine eigene SI-Einheit.

Rechenbeispiel – ausdrücklich nur Lehrdaten: Für f = 50 Hz ergibt sich T = 1/50 s = 0,020 s = 20 ms. Bei einer Wegamplitude von x̂ = 0,00020 m liefert das idealisierte Sinusmodell â = (2π · 50 s⁻¹)² · 0,00020 m ≈ 19,74 m/s² ≈ 2,01 g. Die zugehörige Spitze-zu-Spitze-Auslenkung beträgt 0,40 mm. Das ist keine Vorgabe oder Belastungsfreigabe für reale Geräte; in einem echten Prüfauftrag wären die Begriffe Amplitude, RMS, Messpunkt und Achse ausdrücklich festzulegen.

Signalbegriff	Einheit	Fachlich richtige Frage
Erregungsfrequenz	Hz	Wie schnell wiederholt sich die Anregung?
Wegamplitude	mm oder m	Wie weit entfernt sich ein idealisierter Punkt maximal aus der Mittellage?
Beschleunigungsamplitude	m/s²	Welche maximale sinusförmige Beschleunigung wird angegeben?
Effektivwert (RMS)	m/s²	Welcher quadratische Mittelwert beschreibt das Signal?
Antwortverhältnis	dimensionslos	Wie groß ist die Antwort relativ zum Eingang bei gleicher Bezugsgröße?

Erregung und Antwort getrennt erfassen

Das Eingangssignal beschreibt die Anregung am vereinbarten Kontrollpunkt, das Antwortsignal die Bewegung des Prüflings am begründeten Messort. Ein Beschleunigungssensor wandelt eine mechanische Bewegung in eine auswertbare Messgröße um. Vor dem Vergleich müssen Messachse, Kalibrierstatus, Messbereich, Befestigung des Sensors, Abtastrate und die verwendete Kenngröße übereinstimmen. Ein Sensorsignal darf nicht automatisch mit der ganzen Baugruppe gleichgesetzt werden.

Eigenes Lehrschema – Signal- und Rückkopplungsweg (kein Schaltplan):

Stufe	Fluss im Lehrmodell	Bedeutung
Vorgabe	Soll-Schwingprofil → Regler	Lehr-Sollwert wird mit dem Kontrollsignal verglichen
Antrieb	Regler → Verstärker → Shaker	Elektrische Ansteuerung erzeugt eine mechanische Bewegung
Lastpfad	Shaker → Spannvorrichtung → Prüfling	Befestigung verändert unter Umständen die Kraft- und Bewegungsübertragung
Kontrollweg	Kontrollsensor an definierter Referenzstelle → Regler	Rückmeldung für die Regelung
Diagnoseweg	Prüflingssensor → Datenerfassung → fachliche Auswertung	Antwort der Baugruppe getrennt vom Kontrollsignal

Bild: Beispiel eines Beschleunigungssensors; Aerom, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0. Das konkrete Messmittel am Test-Center ist damit nicht bezeichnet.

Video (englisch, Anbieter-Demonstration): Vibration Research zeigt den grundsätzlichen geschlossenen Signalweg eines elektrodynamischen Shakers. Das Video dient nur der Beobachtung; es ist keine Bedienanweisung und verleiht keine Maschinenfreigabe.

Messdaten kritisch prüfen

Ein hoher Zahlenwert kann von der Struktur stammen oder durch schlechte Sensorkopplung, Kabelbewegung, Sättigung, ungeeignete Abtastrate oder falsche Achszuordnung beeinflusst sein. Nach dem Abtasttheorem muss die Abtastrate für die betrachtete höchste Signalfrequenz größer als deren doppelter Wert sein; praktische Messketten benötigen zusätzlich geeignete Filter, ausreichende Reserve und dokumentierte Einstellungen. Eine hohe Abtastrate heilt keine lose Befestigung. Signalachsen und Einheiten gehören in jede Kurve.

Bild: Aliasing als Problem unzureichender Signalabtastung; Laurens R. Krol, Wikimedia Commons, CC0. Das Diagramm ist ein allgemeines Lehrbeispiel.

Prüflingsbefestigung und Randbedingungen

Die Aufspannung gehört zum Prüfsystem

Eine Prüflingsbefestigung (Fixture) überträgt die mechanische Anregung zwischen Schwingtisch und Prüfling. Sie definiert Kontaktflächen, Lage, Lagerung und Zwangsbedingungen. Sie ist deshalb kein austauschbares Zubehör: Eine zu nachgiebige Halterung kann eigene Schwingungsformen zeigen, eine übermäßig starre oder anders abgestützte Befestigung kann die tatsächliche Einbausituation verfälschen. Zusätzliche Masse, Überhänge, asymmetrische Geometrie, gelockerte Verbindungen und unpassende Zwischenlagen können die Antwort verändern.

Die Fachübersicht zur Fixture-Gestaltung von Vibration Research erläutert Steifigkeit, Masse, Eigenformen, Lastpfade und den Bezug zur Einbausituation. Sie ist keine allgemeine Freigabe für einzelne Schrauben, Anzugsmomente oder Prüfprogramme.

Eigenes Lehrschema – zwei Befestigungsvarianten:

Variante A – im Lehrmodell auffällig	Variante B – im Lehrmodell plausibler
Shaker → langer, nachgiebiger Adapter → Prüfling	Shaker → kurzer, steifer und symmetrischer Adapter → Prüfling
Zusätzliche Biegung kann das Antwortsignal überhöhen	Übertragung erscheint regelmäßiger, muss aber noch nachgewiesen werden
Messort auf dem Adapter kann eigene Dynamik aufdecken	Messort auf dem Adapter bleibt zur Kontrolle erforderlich

Wichtige Unterscheidung: „Plausibler“ bedeutet nicht „freigegeben“. Die reale Eignung wird nur anhand des beauftragten Prüfziels, einer nachgewiesenen Konstruktion und der betrieblichen Prüf- und Sicherheitsfreigabe beurteilt.

Beobachtbare Prüfmerkmale statt frei erfundener Anzugsdrehmomente

Bei einer Dokumenten- oder Zeichnungsprüfung fragst du: Entspricht die Befestigung der geforderten Einbaulage? Ist die Achse gekennzeichnet? Sind Lastpfad, Kontaktflächen, Anschlussleitungen und Sensororte beschrieben? Gibt es eine fachliche Prüfung der Vorrichtung und ein freigegebenes Befestigungskonzept? Bei realen Aufbauten müssen zusätzlich die betrieblichen Prüfanweisungen und Gefährdungsbeurteilungen berücksichtigt werden. Du bestimmst keine Schraubenanzugsmomente, Dübel, Vorrichtungswerkstoffe oder Grenzwerte aus diesem aiMOOC.

Typische Dokumentationsfehler sind fehlende Messpunktbezeichnungen, unklare Kabelwege, widersprüchliche Achsen, ein nicht erfasster Adapterwechsel und das Verwechseln von theoretischer CAD-Lage und tatsächlicher Montage. Eine Prüflingsänderung oder ein geänderter Adapter erfordert eine neue fachliche Bewertung, selbst wenn das geplante Signal auf dem Tisch unverändert ist.

Bild: Beschleunigungssensor als veranschaulichendes Messmittel; Matheusbrf, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0. Der Bildname belegt kein Fabrikat oder Modell der Lindauer Prüfmittel.

Sicherheits- und Entscheidungsgrenze

Schwingprüfanlagen können bewegte Massen und erhebliche mechanische Energien aufweisen. Der Ausbildungsauftrag hier bleibt am Schreibtisch oder in einer rein digitalen Simulation: keine reale Montage, kein Shaker-Start, keine eigenständige Sensorbefestigung, keine Veränderung an Schutzvorrichtungen. In der Praxis legen nur verantwortliche Fachkräfte nach Unterweisung, Eignungsnachweis, Anlagenanweisung und dokumentierter Freigabe Prüfbedingungen fest. Eine offene Freigabefrage ist ein Grund zum Stoppen, nicht zum Improvisieren.

Messauswertung und Prüffreigabe

Antwortverhältnisse und Diagramme richtig lesen

Bei gleichem Zeitpunkt, gleicher Achse und gleicher Kenngröße darfst du im vereinfachten sinusförmigen Lehrfall das Antwortverhältnis H = aAntwort / aEingang berechnen. H = 1 beschreibt gleiche Beträge an zwei Punkten; H größer als 1 zeigt eine Überhöhung, H kleiner als 1 eine geringere Antwort. H ist keine direkte Aussage über Bestehen, Bauteilschädigung oder Normkonformität. Wenn der Adapter selbst schwingt, können ein hohes Prüflingssignal und eine gute Tischregelung gleichzeitig auftreten.

Eigenes Balkendiagramm – rein synthetische Beschleunigungsamplituden, keine Normgrenzen:

Lehr-Messstelle	Variante A	Variante B	Veranschaulichung
Tisch/Kontrollpunkt	1,8 m/s²	1,8 m/s²	▇▇▇▇▇▇
Adapter/Messstelle F	3,0 m/s²	1,9 m/s²	A: ▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇ / B: ▇▇▇▇▇▇
Prüfling/Messstelle P	3,6 m/s²	2,0 m/s²	A: ▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇▇ / B: ▇▇▇▇▇▇▇

Hinweis zum Diagramm: Die Balken sind eine didaktische Skizze und dienen nicht der maßstäblichen Auswertung; für Rechnungen gelten ausschließlich die Zahlen und angegebenen Einheiten. Alle Werte sind ausdrücklich Lehrdaten.

Diagnoseschritte bei einer unerwarteten Spitze

Im papiergestützten Entscheidungsweg wird zuerst geklärt, ob Messpunkte, Einheiten, Achsen und Zeitfenster übereinstimmen. Danach vergleicht man Tisch-, Adapter- und Prüflingssignal und beschreibt mögliche Einflüsse der Befestigung. Erst danach entwickelt man Hypothesen zu Eigenformen, Sensorankopplung oder realen Prüflingseffekten. Keine Hypothese wird allein aufgrund einer Kurve als sicher bestätigt. Die fachliche verantwortliche Person entscheidet, welche ergänzenden Prüfungen, Änderungen und Freigaben erforderlich sind.

Beobachtung im Lehrfall	Mögliche Deutung	Notwendige dokumentarische Reaktion
Tisch gleich, Adapter bei A stark überhöht	Dynamik der Befestigung könnte beitragen	Adapter und Randbedingungen zur Prüfung vorlegen
Prüfling und Adapter beide überhöht	Übertragungsweg beeinflusst Antwort möglicherweise	Messpunkte und Befestigungszeichnung vergleichen
Sensorwerte ändern sich nach Umsetzen	Lage oder Ankopplung spielt möglicherweise eine Rolle	Änderung protokollieren, nicht stillschweigend Werte zusammenführen
Grenzwert oder Normfassung fehlt	Bewertungskriterium unklar	Kein Bestehensurteil treffen, Vorgabe einholen

Zweites Video (englisch, Anbieter-Demonstration): Eine experimentelle Modalanalyse zeigt den Zusammenhang von Anregung, Sensorantwort und Auswertung. Sie ist mit einem beauftragten Schwingqualifikationstest nicht gleichzusetzen.

Prüfunterlagen und fachliche Freigabe

Ein aussagefähiges Lehr-Prüfprotokoll enthält Auftrag und Lernzweck, fiktive Prüflingskennung, Zeichnungsstand, Befestigungsvariante, Messpunktplan, Achsen, Signalart, Kenngröße mit Einheit, synthetische Zahlenwerte, Abweichungen, Rechenschritte, offene Fragen und die Entscheidung „zur fachlichen Prüfung vorlegen“. Für einen echten Prüfnachweis wären zusätzlich verifizierte Kalibrierungen, das gültige Prüfverfahren, normativer Geltungsbereich, Freigaben, Rückverfolgbarkeit und alle betrieblich vorgeschriebenen Nachweise erforderlich. Dieser Kurs gibt keine normative Prüfzulassung.

Berufstypischer Modellfall mit Lösung

Auftrag und ausdrücklich synthetische Betriebsdaten

Lehrmodell M-17: Ein fiktives Steuergerätegehäuse mit Masse 0,75 kg soll ausschließlich anhand einer simulierten Sinusmessung betrachtet werden. Die Anregung beträgt 50 Hz entlang einer beschrifteten Lehr-Z-Achse. Für beide konstruierten Varianten beträgt die Beschleunigungsamplitude am Kontrollpunkt 1,8 m/s². Es gibt je einen Adaptermesspunkt F und einen Prüflingsmesspunkt P. Die Zahlen sind weder Betriebsdaten aus Lindau noch zulässige Prüfwerte und enthalten keine Aussage zu einer realen Norm.

Merkmal	Variante A	Variante B
Aufspannung	langer, nachgiebig angenommener Adapter	kurzer, steifer angenommener Adapter
Kontrollpunkt C, Sinus-Spitzenwert	1,8 m/s²	1,8 m/s²
Adapterpunkt F, Sinus-Spitzenwert	3,0 m/s²	1,9 m/s²
Prüflingspunkt P, Sinus-Spitzenwert	3,6 m/s²	2,0 m/s²
Frequenz	50 Hz	50 Hz
Prüflingsmasse	0,75 kg	0,75 kg

Arbeitsauftrag: Ordne Eingang, Adapter und Antwort zu. Berechne T, die Verhältnisse F/C und P/C beider Varianten, beurteile die Auffälligkeit mit zwei Alternativhypothesen und verfasse eine dokumentierte Entscheidung für die Ausbildungsmappe. Entscheide ausdrücklich nicht selbst über reale Prüfungen.

Nachvollziehbare Musterlösung

Schritt 1 – Zuordnung: C ist der Anregungs-Kontrollpunkt; F ist ein ergänzender Messort am Adapter; P misst die Prüflingsantwort. Alle angegebenen Zahlen sind Spitzenwerte derselben Größe und Achse, deshalb sind die Verhältnisse im vereinfachten Lehrmodell vergleichbar.

Schritt 2 – Periodendauer: T = 1/f = 1/50 Hz = 0,020 s = 20 ms. Nur für die idealisierte Sinusanregung ist am Kontrollpunkt aRMS = 1,8/√2 ≈ 1,27 m/s². Als Orientierung entsprechen 1,8 m/s² etwa 0,184 g; daraus folgt keine zulässige Grenzbeschleunigung.

Schritt 3 – Übertragung durch die Aufspannung: In A ist F/C = 3,0/1,8 ≈ 1,67; in B ist F/C = 1,9/1,8 ≈ 1,06. Das Adaptermesssignal ist im Lehrfall A deutlich stärker als das Tischsignal. Dieser Unterschied macht die Befestigung zu einer wichtigen möglichen Einflussgröße.

Schritt 4 – Antwort des Prüflings: In A ist P/C = 3,6/1,8 = 2,00; in B ist P/C = 2,0/1,8 ≈ 1,11. Die Antwortüberhöhung ist bei A größer. Auch B ist nicht automatisch „richtig“, weil reale Randbedingungen, Unsicherheiten und Vorgaben hier fehlen.

Schritt 5 – Hypothesen: Eine biegeweiche Adaptergeometrie könnte eine Eigenform in der Nähe von 50 Hz haben; alternativ könnten eine andere Sensorankopplung, eine lokale Prüflingsmode oder unzureichend dokumentierte Montagebedingungen beitragen. Zur Unterscheidung braucht die verantwortliche Fachperson zusätzliche Befunde. Das Lehrmodell erlaubt keine Ursachenzuschreibung mit Sicherheit.

Schritt 6 – Entscheidung und Dokumentation: Variante A wird aufgrund der Auffälligkeit als fachlich klärungsbedürftig gekennzeichnet. Variante B wirkt in diesen Zahlen unauffälliger, erhält aber ebenfalls keine reale Betriebsfreigabe. Die Ausbildungsmappe dokumentiert Quelle der Lehrdaten, Definition der Messstellen, Rechnungen, Hypothesen, offene Fragen und den Vermerk „keine reale Prüfung durchgeführt“.

Bewertungsraster für den Modellfall

Kriterium	Maximalpunkte	Erfüllungsmerkmale
Signalweg und Messstellen korrekt zuordnen	15	C als Kontrollpunkt, F als Adapterstelle, P als Prüflingsantwort
Bedingungen und Datenqualität darstellen	20	Lehrdaten, Achse, Spitzenwert, Befestigungsvarianten und Grenzen kenntlich
Rechenwege richtig und mit Einheiten ausführen	25	T, RMS und vier Quotienten einschließlich Interpretation korrekt
Auffälligkeit und Alternativhypothesen begründen	20	keine vorschnelle Fehlerursache oder unzulässiges Bestehensurteil
Sicherheit, Dokumentation und Freigabegrenze	20	begründeter Prüfvorbehalt, keine Anlagenbedienung, nachvollziehbares Protokoll
Gesamt	100	Bewertung als schulischer Lernnachweis, keine berufliche Anlagenfreigabe

Beruflicher Transfer: Mechatronikerinnen und Mechatroniker betrachten Aktorik und Signalfluss; Industriemechanikerinnen und Industriemechaniker befassen sich mit Lastpfad und Vorrichtung; Werkstoffprüferinnen und Werkstoffprüfer hinterfragen Schädigungsanzeigen; Elektronikerinnen und Elektroniker für Geräte und Systeme überwachen die Funktionssignale. Jede Perspektive wird mit Fachkräften im Betrieb abgeglichen.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Fachwissen anwenden

Welche Größe beschreibt im Lehrschema die Anregung am festgelegten Kontrollpunkt? (Das Eingangssignal) (!Die Antwort einer beliebigen Gehäusekante) (!Das nicht dokumentierte Sensorsignal) (!Die alleinige Masse des Prüflings)

Wie groß ist die Periodendauer einer idealen Schwingung mit 50 Hz? (20 ms) (!2 ms) (!50 ms) (!200 ms)

Welche Ursache kann eine Antwortüberhöhung verfälschen? (Eine Eigenform der Befestigung) (!Ein vollständig fehlender mechanischer Lastpfad ohne Bewegung) (!Eine identische Schreibweise der Messpunktnamen) (!Die bloße Angabe einer Dokumentenseite)

Warum muss die Prüfaufspannung dokumentiert werden? (Sie legt mechanische Randbedingungen und die Signalübertragung mit fest) (!Sie ersetzt die Kalibrierung aller Sensoren) (!Sie legt automatisch die gültige Normfassung fest) (!Sie garantiert ohne Prüfung die Bauteilfreigabe)

Was ist bei gleicher sinusförmiger Kenngröße und Achse das Antwortverhältnis? (Antwortamplitude geteilt durch Eingangsamplitude) (!Frequenz geteilt durch Prüflingsmasse) (!Zeit geteilt durch Sensorpreis) (!Schraubenzahl geteilt durch Prüfzeit)

Welcher Wert ergibt sich im Lehrfall A für das Verhältnis P zu C? (2,00) (!0,50) (!1,06) (!3,60)

Welche Aussage trifft auf eine Random-Schwingprüfung zu? (Die Anregung wird über ein Frequenzband statistisch beschrieben) (!Sie besteht immer aus einer einzigen reinen Sinusfrequenz) (!Sie verlangt grundsätzlich keine Messtechnik) (!Sie lässt sich immer mit einer einzigen Wegamplitude vollständig angeben)

Was bedeutet ein gleiches Kontrollsignal bei zwei Befestigungen? (Die Prüflingsantwort kann wegen unterschiedlicher Randbedingungen trotzdem verschieden sein) (!Beide Prüflingsantworten müssen immer identisch sein) (!Die Aufspannung beeinflusst niemals das Messergebnis) (!Ein unterschiedlicher Messwert ist immer ein Gerätedefekt)

Welche Angabe ist für eine belastbare Beschleunigungsmessung wichtig? (Die Messachse und die Position des Sensors) (!Nur die Farbe des Sensorkabels) (!Nur das Baujahr des Raumes) (!Nur der Dateiname ohne Einheit)

Was folgt aus dem historischen Anlagenhinweis aus 2020 für dieses Lehrmodell? (Er belegt das damalige Prüfangebot, aber keine aktuelle Betriebsfreigabe) (!Er erteilt allen Lernenden eine Bedienfreigabe) (!Er legt die aktuellen Grenzwerte jedes Prüflings fest) (!Er ersetzt die betriebliche Unterweisung)

Memory: Begriffe und Bedeutung

Erregung	Eingeprägter mechanischer Eingang der Untersuchung
Prüfling	Untersuchte Baugruppe mit definierten Randbedingungen
Beschleunigungssensor	Messmittel für eine bewegungsbezogene Beschleunigungsgröße
Spannvorrichtung	Mechanischer Übertragungsweg zwischen Tisch und Baugruppe
Resonanz	Mögliche Antwortüberhöhung bei passender Anregung
Kontrollpunkt	Vereinbarter Messort für die Rückmeldung der Anregung

Drag-and-drop: Messaufgaben zuordnen

Ordne den passenden Fachbegriff zu.	Beschreibung im Lehrmodell
Sinuserregung	Periodischer Eingang mit einer jeweils betrachteten Frequenz
Zufallserregung	Statistisch beschriebene Schwingung über ein Frequenzband
Adaptermessstelle	Kontrolliert eine mögliche Eigendynamik der Befestigung
Prüflingsmessstelle	Erfasst die Antwort der untersuchten Baugruppe
Freigabevermerk	Hält fest, dass über reale Prüfungen nur verantwortliche Fachkräfte entscheiden

Kreuzworträtsel

Shaker	Wie heißt das mechanisch erregende Prüfgerät oft in der Fachsprache?
Sensor	Welcher allgemeine Begriff bezeichnet einen Messwertaufnehmer?
Frequenz	Welche Größe gibt die Zahl periodischer Vorgänge je Sekunde an?
Resonanz	Wie heißt eine mögliche starke Antwort bei passender Erregung?
Adapter	Welche Zwischenvorrichtung verbindet hier Prüftisch und Baugruppe?
Dämpfung	Welche Systemeigenschaft reduziert oft Schwingungsüberhöhungen?

LearningApps

LearningApps-Suche zum Fachthema. Es wird keine erfundene fertige LernApp-ID behauptet; du kannst dort vorhandene Übungen kritisch auswählen.

Separater Lückentext

Das Eingangssignal einer Schwingprüfung heißt im Lehrmodell

.

Die untersuchte Baugruppe ist der

.

Eine mechanische Zwischenhalterung kann die Schwingungsantwort durch ihre eigene

verändern.

Die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde heißt

.

Bei fünfzig Hertz beträgt die Periodendauer

Millisekunden.

Die Bewegung eines Prüflings wird im Lehrmodell mit einem

erfasst.

Für den Vergleich zweier Beschleunigungsamplituden müssen die

übereinstimmen.

Ein zusätzlicher Messort auf der Zwischenhalterung heißt

.

Ein Auffälligkeitssignal allein liefert noch keine sichere

.

Über den Start einer realen Maschine entscheidet die betriebliche

.

Offene Aufgaben

Bearbeite die zwölf Aufgaben als Zeichnung, Tabelle, kurzes Video, Rechenblatt oder digitale Simulation. Kein Auftrag verlangt einen echten Prüfanlagenbetrieb; Lösungshinweise stehen danach. Der Anforderungsanstieg entspricht den drei Niveaustufen.

Leicht

Schwingung: Zeichne einen Sinus mit beschrifteter Auslenkung, Periodendauer und Mittellage für eine erfundene Messung.
Messkette: Erstelle ein Pfeilschema mit Vorgabe, Regler, Antrieb, Adapter, Prüfling und zwei Sensorwegen.
Beschleunigungssensor: Vergleiche in vier Sätzen die Aufgaben des Kontrollsensors und eines Prüflingssensors.
Sicherheitsunterweisung: Formuliere eine dreisätzige Erklärung, warum Auszubildende einen realen Shaker nicht selbst starten dürfen.

Standard

Periodendauer: Berechne für synthetische 25 Hz und 100 Hz jeweils T in Sekunden und Millisekunden.
Aufspannvorrichtung: Zeichne zwei hypothetische Adapter und markiere überhängende Masse, Kontakte und mögliche Biegebereiche.
Signalverhältnis: Berechne für die Lehrwerte Eingang 2,0 m/s² und Antwort 2,8 m/s² den Quotienten und deute ihn.
Prüfprotokoll: Entwirf eine leere Dokumentationsvorlage mit mindestens acht beschrifteten Feldern für einen fiktiven Auftrag.

Schwer

Resonanz: Analysiere, warum bei gleicher Tischnormierung verschiedene Aufspannungen unterschiedliche Antwortkurven ergeben können.
Datenqualität: Bewerte drei hypothetische Fehlerquellen bei einem unerwarteten Signalmaximum und ordne eine geeignete fachliche Rückfrage zu.
Schwingprüfung: Erstelle ein einseitiges Argumentationspapier, das eine eindeutige Freigabe aus bloßen Antwortquotienten ablehnt.
Berufliche Handlungskompetenz: Entwickle ein gruppenübergreifendes Rollenspiel mit Mechatronik, Industriemechanik, Werkstoffprüfung und Geräteelektronik zur Befundbesprechung.

Musterlösungen und Erwartungshorizonte für die zwölf Aufgaben

1, leicht: Sinus um die Nulllinie zeichnen; Amplitude als größter Abstand, Periodendauer als Abstand gleichphasiger Punkte und Achsen beschriften.
2, leicht: Vorgabe → Regler → Antrieb → Adapter → Prüfling; Kontrollsensor zum Regler und Antwortsensor zur Datenauswertung zurückführen.
3, leicht: Der Kontrollsensor dokumentiert den Eingang am definierten Punkt; der Prüflingssensor die Antwort an seinem Messort. Beide benötigen Lage, Richtung und Messbereich.
4, leicht: Bewegte Massen können gefährlich sein. Schutzmaßnahmen und Aufbau müssen betrieblich geprüft werden. Nur unterwiesene Personen mit fachlicher Freigabe arbeiten an der Anlage.
5, standard: 25 Hz: T = 1/25 s = 0,040 s = 40 ms. 100 Hz: T = 1/100 s = 0,010 s = 10 ms.
6, standard: Eine Skizze zeigt lange, auskragende und kurze, symmetrische Lastpfade; nur als Hypothese bewerten, nicht als Bauempfehlung oder Belastungsnachweis.
7, standard: H = 2,8/2,0 = 1,4. Die Antwort ist 40 Prozent größer als der Eingang; daraus folgt weder bestanden noch nicht bestanden.
8, standard: Beispielsweise Kennung, Lernzweck, Datum, Quellenversion, Achse, Erregungsart, Messpunkt, Einheit, Adapter, Auswertung, Unsicherheit und Freigabestatus.
9, schwer: Halterungen beeinflussen Steifigkeit, Masse, Dämpfung und Zwangsbedingungen. Eine Eigenform der Vorrichtung kann auch bei identischer Tischbewegung andere Prüflingsantworten erzeugen.
10, schwer: Hypothesen sind Adapterresonanz, verschobene Sensorachse und schlechte Sensorkopplung; zu jeder sind Zeichnung, Sensorprotokoll oder nachvollziehbare Vergleichsdaten bei der zuständigen Fachperson anzufordern.
11, schwer: Antwortquotienten sind lokale Verhältniswerte; ohne gültiges Prüfziel, Grenzwerte, Randbedingungen, Messunsicherheit und Freigabe ist ein Bestehensentscheid nicht begründbar.
12, schwer: Rollen klären Signalpfad, Vorrichtung, Materialbefund und elektrische Funktion. Das Team protokolliert Hypothesen und übergibt eine offene Freigabeentscheidung an die qualifizierte verantwortliche Stelle.

Lernkontrolle

Messfehler: Begründe anhand der Zahlen des Modellfalls, ob die Aussage „Variante A ist definitiv defekt“ logisch zulässig ist, und formuliere eine vorsichtige Alternativaussage.
Physikalische Größen: Erkläre den Unterschied zwischen Wegamplitude, Beschleunigungsamplitude und Effektivwert bei Sinusschwingung; nenne die nötigen Einheiten.
Prüfplanung: Erstelle für ein synthetisches Steuergerät eine Liste der Dokumente, die vor einer fachlichen Prüffreigabe fehlen könnten.
Randbedingung: Vergleiche eine reale Einbaulage mit einem um 90 Grad gedrehten Lehrmodell und beschreibe die mögliche Änderung der Schwingantwort.
Messtechnik: Erläutere, warum ein Messsignal mit unbekannter Achse und Einheit nicht einfach in ein Ergebnisdiagramm übernommen werden darf.
Quellenkritik: Beurteile, warum eine Laborbroschüre mit Kennung 02/2020 kein Nachweis für den aktuellen Normstand oder eine aktuelle Prüfmittelzulassung ist.

Lösungskriterien: 1: keine sichere Defektfeststellung; stattdessen möglicher Aufspanneinfluss. 2: dimensions- und bezugsgrößenrichtige Definitionen. 3: Prüfanweisung, aktueller Prüfauftrag, Konstruktionsnachweis, Messmittelstatus und zuständige Freigabe. 4: Richtung und Randbedingungen ändern sich; Ergebnis nicht direkt übertragbar. 5: Nichtvergleichbarkeit ohne Einheit, Messort und Achse. 6: historische Quelle ist nicht notwendigerweise der aktuelle genehmigte Stand.

Lernnachweis

Dein Lernportfolio besteht aus einer beschrifteten Signalwegskizze, einer Tabelle der Schwinggrößen, dem gerechneten Lehrfall M-17 mit beiden Varianten, einer Gegenüberstellung von Befestigungsfehlern, einem dokumentierten Entscheidungsblatt und einer kurzen Quellen- und Rechteübersicht. Ausgewiesen werden die fachlich richtigen Begriffe, nachvollziehbare Einheiten und Rechenwege, Umgang mit Unsicherheit sowie die Fähigkeit, bei unzureichender Datenlage eine echte Freigabeentscheidung zurückzustellen.

Kriterien für den Kompetenznachweis: Du kannst Erregung und Antwort unterscheiden; du prüfst Achse, Messstelle, Befestigung und Datenqualität; du begründest Alternativhypothesen; du machst synthetische Daten kenntlich; du verweist reale Sicherheitsentscheidungen an unterwiesene Fachpersonen. Die Lehrkraft kann das 100-Punkte-Raster des Modellfalls verwenden, individuelle Lernfortschritte besprechen und offene Fragen für den Betrieb sammeln. Es werden keine personenbezogenen Betriebs- oder Schülerdaten benötigt.

OER und Wikipedia

Primärquellen und zeitliche Einordnung:

Liebherr, Test-Center für Elektronik, Betreiberseite – öffentlich beschriebene Testdienstleistungen in Lindau, Abruf 23.10.2026.
Liebherr, Test Center for Electronics, Service-Broschüre, Kennung 02/2020, besonders Seiten 10–11 – historischer Stand, ohne Nachweis heutiger Fabrikate, Normfassungen oder Bedienfreigaben.
Vibration Research, Shaker Fixture Design – fachliche Hintergrunddarstellung zu Lastpfaden und Vorrichtungsdynamik; keine Liebherr-Betriebsanweisung.
Wikipedia: Vibrationsprüfung und Wikipedia: Schwingung – Grundlagenlektüre, Inhalte auf Aktualität prüfen.

Verifizierte Bildnachweise: Die folgenden Dateien sind auf den jeweils verlinkten Wikimedia-Commons-Dateiseiten mit den ausgewiesenen Lizenzen auffindbar; Lizenzhinweise und Urhebernennung gelten auch für eine mögliche Weiterverwendung.

Im Kurs verwendete Datei	Originaldatei und Nachweis	Urheber	Rechte- und Lizenznachweis
File:Vibration testing.svg	Wikimedia Commons	Austin Downey	CC BY-SA 4.0
File:Sine wave.svg	Wikimedia Commons	Zorgit	CC BY-SA 3.0
File:Accelerometer.jpg	Wikimedia Commons	Aerom	CC BY-SA 3.0
File:Pcb accelerometer.jpg	Wikimedia Commons	Matheusbrf	CC BY-SA 4.0
File:Signal aliasing demonstration.svg	Wikimedia Commons	Laurens R. Krol	CC0

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Eingebettetes Video	Verifizierte Originaleinbettung	Anbieter	Rechtehinweis
https://www.youtube.com/watch?v=wY8-0Iufwrc	Setting up a Closed-Loop Electrodynamic Shaker System	Vibration Research	Externe Videoseite; Rechte beim Anbieter
https://www.youtube.com/watch?v=B0Dfj6E1D2M	Experimental Modal Testing Setup	Vibration Research	Externe Videoseite; Rechte beim Anbieter

Wikipedia als offenes Nachschlageangebot: Der deutschsprachige Artikel beschreibt das allgemeine Prüfprinzip und ist kein spezifisches Betriebs- oder Normdokument:

Eigene Materialien: Lehrschema, Messwerttabellen, Balkendiagramm, Aufgaben, Lösungen und Musterfall M-17 sind redaktionelle Neuschöpfungen für dieses Lernangebot; sie zeigen keine vertraulichen Anlagen- oder Prüflingsdaten.

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Liebherr-Maschinen und Ausbildung

Ausbildung – Mechatroniker

Ausbildung – Industriemechaniker

Ausbildung – Werkstoffprüfer

Ausbildung – Elektroniker für Geräte und Systeme

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