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EFRE – Validierungsinfrastruktur für die Zustandsüberwachung von Großgetrieben in industriellen Anwendungen

Motivation

Die Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) von Maschinen und Anlagen im Betrieb für eine hohe Produktivität bei gleichzeitiger Energieeffizienz ist eines der großen Ziele von Industrie 4.0, das im allgemeinen durch die Steigerung der Quantität an Messdaten zu erreichen versucht wird. Durch die Gewinnung weniger, dafür hochwertiger Daten direkt im mechanisch beanspruchten Antrieb (in-situ) kann jedoch zusätzliches Wissen erschlossen werden. Derartige Systeme müssen zunächst in Originalgröße validiert werden. Die dafür notwendige Validierungsinfrastruktur ist zurzeit nicht vorhanden.

Ziel

Das Ziel des Vorhabens liegt in der Validierung der Forschungsansätze bezüglich des Condition Monitorings von Industrieanlagen mittels mechatronischer Maschinenelemente, die eine in-situ Messung relevanter Prozessgrößen ermöglichen. Die Verdeutlichung der Potentiale und Vorteile der neuartigen Technologie im Vergleich zu etablierten Ansätzen stehen dabei im Vordergrund. Durch die anwendungsnahe Validierung wird der Grundstein für den Transfer zur Wirtschaft und Diffusion der Technologie gelegt.

Zusammenfassung

Das Vorhaben dient zur Validierung der Forschungsergebnisse bezüglich des Condition Monitorings von Großgetrieben basierend auf in-situ Messungen mittels mechatronischer Maschinenelemente. Zur Schaffung der notwendigen Validierungsinfrastruktur soll ein Antriebselementeprüfstand der 350 kW Klasse inklusive der nötigen Messtechnik und weitere Komponenten zur Simulation realistischer Umgebungsbedingungen beschafft werden, um eine möglichst anwendungsnahe Validierungsumgebung zu schaffen.

Geplanter Aufbau und Ablauf

Das Gesamtprojekt wird vom 01.02.2019 bis zum 31.01.2022 durchgeführt. Dabei wird zunächst der geplante, abgebildete Prüfaufbau spezifiziert, beschafft und in Betrieb genommen. Beim Prüfaufbau handelt es sich um zwei elektrische Maschinen samt Umrichtern und Messtechnik, die in Back-to-Back-Anordnung aufgebaut werden. Dadurch fungiert eine elektrische Maschine als Antrieb und die andere als Bremse, wodurch eine elektrische Verspannung mit minimalen Verlusten realisiert wird. Nach Inbetriebnahme können erste Validierungsstudien mit Kooperationspartnern durchgeführt werden. Aufbauend auf den dadurch erhaltenen ersten Erkenntnissen wird die Auslegung und Beschaffung einer Klimatisierung zur Durchführung von Hoch- und Niedrigtemperaturversuchen parallel zum regelmäßigen Prüfbetrieb durchgeführt.

Schematische Abbildung des geplanten Prüfaufbaus. Die elektrischen Maschinen werden in Back-to-Back Anordnung elektrisch verspannt. Ein Motor fungiert dabei als Antrieb, der andere als Bremse. Die zum Antrieb aufgebrachte Leistung wird zum Großteil durch die Bremse rekuperiert, so dass der Leistungsbedarf aus dem Stromnetz im Betrieb gering ist. Die Spezifikation einer Klimatisierung der Prüflinge ist auf Basis erster Versuchsergebnisse geplant.
Schematische Abbildung des geplanten Prüfaufbaus. Die elektrischen Maschinen werden in Back-to-Back Anordnung elektrisch verspannt. Ein Motor fungiert dabei als Antrieb, der andere als Bremse. Die zum Antrieb aufgebrachte Leistung wird zum Großteil durch die Bremse rekuperiert, so dass der Leistungsbedarf aus dem Stromnetz im Betrieb gering ist. Die Spezifikation einer Klimatisierung der Prüflinge ist auf Basis erster Versuchsergebnisse geplant.
Die Abbildung zeigt die bereits vorhandene Prüfinfrastruktur für die Durchführung von Vorversuchen in kleinerem Maßstab. Der Aufbau der Antriebsmaschinen entspricht der für die zu beschaffende Infrastruktur geplanten Back-to-Back Anordnung. Die hier gezeigten Antriebsmaschinen besitzen eine Nennleistung von 30 kW.
Die Abbildung zeigt die bereits vorhandene Prüfinfrastruktur für die Durchführung von Vorversuchen in kleinerem Maßstab. Der Aufbau der Antriebsmaschinen entspricht der für die zu beschaffende Infrastruktur geplanten Back-to-Back Anordnung. Die hier gezeigten Antriebsmaschinen besitzen eine Nennleistung von 30 kW.
Projektplan zur Übersicht über die geplanten Arbeitspakete
Projektplan zur Übersicht über die geplanten Arbeitspakete

Kooperationsmöglichkeiten

Der Ausbau der Validierungsinfrastruktur soll auch Unternehmen die Möglichkeit bieten, deren Forschungs- und Entwicklungsansätze im Bereich des Condition-Monitorings zu validieren. Daher bieten sich eine Reihe von Möglichkeiten zur Kooperation an. Wenn Sie und Ihr Unternehmen Interesse an der Nutzung der Validierungsinfrastruktur haben, nehmen Sie einfach mit uns Kontakt auf.

Förderung

Dieses Projekt wird zur Hälfte durch die Europäische Union im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) finanziert. Gefördert werden die Einrichtung und der Betrieb von Kompetenz- und Anwendungs-zentren an Hochschulen und Forschungseinrichtungen.