| Thema | Industrie 4.0, XXL-Produkte |
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| Projekttitel | Einsatz drahtloser Kommunikationstechnologie zur wirtschaftlichen Zustandsüberwachung von Schiffsgetrieben (DriveCoM) |
| Laufzeit | 01.04.2013 – 31.03.2015 |
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| Pressemitteilung |
In diesem Forschungsprojekt werden miniaturisierte, autarke Sensorknoten zur draht- und eigenenergielosen Überwachung von Vibration, Temperatur und Drehmoment beispielsweise an Getriebelagerstellen entwickelt. Diese Sensorknoten bilden die technologische Neuheit des DriveCoM-Condition Monitoring Systems (CMS). Wesentliche Vorteile des DriveCoM-CMS sind die leichte Nachrüstbarkeit und die günstigen Anschaffungskosten. Zu Versuchszwecken soll in dem Projekt ein Demonstrator des DriveCoM-CMS aufgebaut werden, der die erreichbare Leistung der Datenübertragung in Verbindung mit einer Vorverarbeitung auf den Sensorknoten aufzeigt. Der Demonstrator ist dabei in der Lage, mindestens an einem Messpunkt das Drehmoment, an zwei Messpunkten die Temperatur sowie an vier Messstellen die Vibration aufzunehmen.
Veröffentlichungen zum Projekt
Die Einführung einer kontinuierlichen Zustandsüberwachung von Maschinen und Anlagen ist insbesondere bei Nachrüstungen im maritimen Bereich mit Hemmnissen verbunden. Sensornetzwerke in Verbindung mit drahtlosen, energieautarken Sensorknoten vermeiden den Verkabelungsaufwand zur Energieversorgung und Datenübertragung vollständig, sodass die Sensorik zur Messwerterfassung mit einmaligem Installationsaufwand integriert werden kann. Energy Harvesting Systeme ermöglichen eine elektrische Versorgung der Sensorknoten mit Energie aus der unmittelbaren Umgebung.
Die vorliegende Arbeit verfolgt daher das Ziel ein Modell zu entwickeln, mit dessen Hilfe die energetische Auslegung von drahtlosen, energieautarken Sensorknoten zur Zustandsüberwachung von Maschinen und Anlagen ermöglicht wird.
Drahtloses Sensornetzwerk, Energy Harvesting, Energieautarke Sensorik, Condition Monitoring
An eine zustandsorientierte Instandhaltung von Schiffsgetriebe werden auf Grund der erschwerten Zugänglichkeit im Rumpf des Schiffes, rauen Umgebung in Form von erhöhten Temperaturen, fortlaufenden Vibrationen oder salziger Seeluft, die zu Korrosion führen kann, besondere Anforderungen gestellt. In diesem Bericht wird die Integration eines drahtlosen Sensornetzwerks aufgezeigt, dessen Sensorknoten nach einmaliger Installation charakteristische Messdaten aufzeichnen, aktiv senden und sich selbstständig mit Energie aus der Umgebung versorgen. Der hier entwickelte Sensorknoten verfügt über eine thermoelektrische Energieversorgung, die Messintervalle von unter 20 Minuten ermöglicht. Die am Getriebe aufgezeichneten Schwingungsdaten wurden mit der zigBee-Funktechnolgie an eine zentrale Empfangseinheit gesendet. Durch Auswertung des Hüllkurvenspektrums lässt sich die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle identifizieren.
energy harvesting, thermoelektrischer Generator, drahtloses Sensornetzwerk, Zustandsüberwachung
Die Integration eines drahtlosen Sensornetzwerks im Schiffsgetriebe bietet die Möglichkeit mit einmaligem Installationsaufwand Sensorknoten zu applizieren, die charakteristische Messdaten aufzeichnen, drahtlos übertragen und sich selbstständig mit Energie aus der Umgebung versorgen. Durch Erzeugung eines künstlichen Lagerschadens konnte aufgezeigt werden, dass sich im Hüllkurvenspektrum dargestellte Schwingungsdaten für die Zustandsdiagnose eines Schiffsgetriebes eignen.
Sensorknoten, Energy Harvesting, Zustandsdiagnose, Schiffsgetriebe
Dieser Artikel stellt eine Lösung für die thermoelektrische Energieversorgung von drahtlosen Sensorknoten zur Zustandsüberwachung von Schiffsgetrieben vor. Neben anderen Energiequellen im Umfeld des Schiffsgetriebes kann die Abwärme der Getriebeoberfläche einen thermoelektrischen Generator (TEG) versorgen. Die so erzeugte elektrische Spannung kann zum Betrieb von drahtlosen Sensorknoten genutzt werden, die Temperaturen, Vibrationen, Drehmoment und Drehzahl erfassen. Anforderungen an die Energieversorgungen werden aufgestellt, konstruktive Lösungen erarbeitet und thermische Simulationen werden mit praktischen Experimenten überprüft. Die Auswertung der Ergebnisse zeigt auf, dass eine Lösung mit aktiver Kühlung des TEG im Bereich des Wärmetauschers eine Leistung von bis zu 14 mW zur Verfügung stellen kann. Nachteilig bei der Lösung sind zusätzliche Konstruktionen, beispielsweise an der Öl- und Kühlwasserleitung.
Energy Harvesting, Thermogeneratoren, Drahtlose Sensornetzwerke, Thermische Simulationen, Zustandsüb
Als hochbelastetes Element zwischen Dieselmotor und Propelleranlage hat das Schiffsgetriebe eine besondere Bedeutung hinsichtlich der Zuverlässigkeit des gesamten Schiffsantriebs. Gemeinsam mit Projektpartnern aus Industrie und Forschung wurde vom IPH eine Zustandsüberwachung entwickelt, mit deren Hilfe Ausfällen vorgebeugt werden soll. Die Besonderheit des Systems liegt in der drahtlosen und energieautarken Funktionsweise.
Condition Monitoring, drahtlose Sensorknoten, Mikrocontroller
In dem Vortrag wurde das IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH mit seinen drei Arbeitsgebieten Umformtechnik, Logistik und Automatisierungstechnik vorgestellt. Forschungs- und Beratungsschwerpunkte des Instituts wurden an Praxisbeispielen diskutiert. Außerdem wurden das Thema Industrie 4.0 sowie aktuelle Forschungsprojekte in diesem Themenfeld erläutert.
Industrie 4.0, Automatisierungstechnik, Logistik
Mit Hilfe einer Datenanalyse auf einem Mikrocontroller in unmittelbarer Nähe der Messstelle entstehen intelligente Sensorknoten, die eine Zustandsprognose von Getriebebauteilen ermöglichen. Das IPH vergleicht verschiedene Analyseansätze hinsichtlich der Rechenzeit und des Energieverbrauchs, um den Aufwand der drahtlosen Datenübertragung zu minimieren.
Condition Monitoring, drahtlose Sensorknoten, Mikrocontroller
