Schwingungsanalysesystem für mechanische und mechatronische Komponenten
Final Report Abstract
Gummi-Metall-Elemente werden zur Schwingungs- und Geräuschisolation in verschiedenen Anwendungen wie Schienenfahrzeugen und Windenergieanlagen eingesetzt. Mit dem Ziel, die Wartungsplanung dieser Elemente zu optimieren, ist untersucht worden, ob diese Elemente einzeln mittels Condition Monitoring überwacht werden können. Die hierfür notwendigen beschleunigten Lebensdauertests werden auf dem Schwingungsanalysesystem am Lehrstuhl durchgeführt. In diesen Lebensdauerversuchen wird die mechanische Alterung eines Gummi-Metall-Elements über einen kraftgeregelten Hydraulikzylinder erzielt. Darauf aufbauend werden modellbasierte Methoden erarbeitet, die auf den im Versuch aufgezeichneten Daten eine Prognose der nutzbaren Restlebensdauer (RUL, remaining useful lifetime) der Gummi-Metall-Elemente aufstellen. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Zustandsüberwachung und insbesondere eine Prognose der RUL mit der Messgröße Weg umsetzbar ist. Weitere Messgrößen werden auf Ihre Eignung für dieses produktbezogene Condition Monitoring System getestet. In einer Arbeit wird eine Lösungsmöglichkeit vorgestellt, die auf Temperatursensoren aufbaut. Dabei wurde die Temperatur an verschiedenen Positionen während beschleunigter Lebensdauerversuche der GM-Elemente auf dem Versuchsstand zur Schwingungsanalyse aufgezeichnet und ausgewertet. Die aufgezeichneten Temperaturdaten zeigen, dass sich Temperaturmessungen eignen, die Restlebensdauer von GM-Elementen mittels Condition Monitoring Prognosemethoden zu schätzen. Die Lichttechnik im Automobil beschränkt sich heute nicht mehr allein auf die Lichterzeugung und das Design von Scheinwerfern, sondern erhöht durch dynamische Lichtverteilungen die Sicherheit und den Komfort im Straßenverkehr. Das Ziel ist hier die Erarbeitung neuer Methoden für die zukünftige Entwicklung und Simulation von Scheinwerfern im Automobil. Die Beurteilung von Scheinwerfern erfolgt meist anhand der Bewegung der Linse des Projektionssystems im Scheinwerfer. Rückschlüsse auf die Ursachen einer zum Ausgangszustand veränderten Hell-Dunkel-Grenze oder für verstärkte Amplituden an der Linse durch elastische Bauteile lässt dieses Messverfahren nicht zu. Mit Hilfe des 3D-Kamerasystems wurden Schwingungen relevanter, elastischer Bauteile im Scheinwerfer identifiziert. Das Kamerasystem ermöglicht die berührungslose Erfassung mehrerer Messpunkte und offenbart elastische Deformationen und Schwingungsformen. In der elastischen Mehrkörpersimulation wurde zunächst das dynamische Verhalten eines konkreten Scheinwerfersystems mit allen relevanten Strukturen abgebildet. Durch die Kenntnis der später im Betrieb auftretenden Kräfte ist es möglich, potenzielle Schwachstellen im Scheinwerfer möglichst früh im Entwicklungsprozess aufzudecken und die modellbasierte Optimierung von Scheinwerfern zu unterstützen.
Publications
- Contact Modeling in Multibody Systems with Elastic Bodies in High-Frequency Applications. 85th Annual Meeting of the International Association of Applied Mathematics and Mechanics (GAMM), Erlangen 2014
Schulze, S.; Sextro, W.; Grüter F.
(See online at https://doi.org/10.1002/pamm.201410012) - Entwicklung eines Condition Monitoring Systems für Gummi-Metall-Elemente. Wissenschaftsforum Intelligente Technische Systeme, Verlagsschriftenreihe des Heinz Nixdorf Instituts Band 369
Bender, A.; Kaul, T.; Sextro, W.
- Modellbasierte Prognose der nutzbaren Restlebensdauer von Gummi- Metall-Elementen. 15. Internationale Schienenfahrzeugtagung 2017
Bender, A.; Kimotho, J.K.; Kohl, S.; Sextro, W.; Reinke, K.
- Neuartiges Konzept zur Lebensdauerprognose von Gummi- Metall-Elementen. Schwingungen von Windenergieanlagen 2017, VDI-Berichte 2301
Bender, A.; Sextro, W.; Reinke, K.
