Das Buch ist angelegt als Lehr- und Nachschlagewerk zu den Themen
- Zustandsüberwachung von Maschinen und Anlagen
- Schwingungsdiagnose und Schwingungsanalyse
- Instandhaltungs- und Reliabilitymanagement.
Thematisch deckt es die Anforderungen der DIN ISO 18436 Teil 2 vollständig ab.
Über den Zertifizierungsstoff deutlich hinausgehend werden auch Konzepte für eine ganzheitliche Überwachung behandelt, wie sie vor allem im Zusammenhang mit Industrie 4.0 und Smart Data mehr und mehr erforderlich sein werden.
Aktualisiert: 2023-06-15
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- Schwingungsdiagnose und Schwingungsanalyse
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Über den Zertifizierungsstoff deutlich hinausgehend werden auch Konzepte für eine ganzheitliche Überwachung behandelt, wie sie vor allem im Zusammenhang mit Industrie 4.0 und Smart Data mehr und mehr erforderlich sein werden.
Aktualisiert: 2023-06-05
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- Zustandsüberwachung von Maschinen und Anlagen
- Schwingungsdiagnose und Schwingungsanalyse
- Instandhaltungs- und Reliabilitymanagement.
Thematisch deckt es die Anforderungen der DIN ISO 18436 Teil 2 vollständig ab.
Über den Zertifizierungsstoff deutlich hinausgehend werden auch Konzepte für eine ganzheitliche Überwachung behandelt, wie sie vor allem im Zusammenhang mit Industrie 4.0 und Smart Data mehr und mehr erforderlich sein werden.
Aktualisiert: 2023-05-08
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For the realization of autonomous production machines, it is necessary to enable them to independently assess the condition of their components and, in a medium-term step, inform the maintenance department about it. This requires methods that allow the reliable estimation of the condition of machine components. For the realization of a predictive maintenance strategy, it is also necessary to analyze and understand the wear progression of machine tool components in order to develop prognosis models on that basis.
As a commonly used and highly stressed machine tool component, the ball screw drive (BSD) plays a central role for the reliable operation of autonomous production machines. Previous work on condition monitoring of BSDs has been based on the indirect interpretation of the wear characteristics. In addition, the development of surface defects on the BSD has not been documented and investigated in image data yet, which has prevented the reliable implementation of a prognosis model based on direct wear signals.
The approach presented in this work documents the entire wear development on the surface of the BSD up to the mechanical failure of the component for the first time in image data. On this basis, the classification of the damage is investigated using machine learning methods for the first time, thus creating the basis for a reliable condition monitoring system. Based on this, a wear forecasting system is investigated. The functionality of the forecasting system could be demonstrated for the first time on image data of the BSD. The investigations are extended by experiments on data efficient classification by investigating a novel approach for data efficient classification of image data. The so called SBF-Net approach is validated on images of ball screw drives as well as on image data of other technical and non-technical domains. The superiority of the approach compared to state of the art models could be demonstrated.
Aktualisiert: 2023-01-30
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Im industriellen Umfeld ist die technische Verfügbarkeit von Werkzeugmaschinen, aufgrund verschleißbedingter Ausfälle der Vorschubachse, reduziert. Die häufigste ausfallende Komponente der Vorschubachse ist der vorgespannte Kugelgewindetrieb. Entsprechende Maßnahmen zur Erhöhung der technischen Verfügbarkeit sind zwingend erforderlich. Zustandsorientierte Instandhaltungsmaßnahmen weisen hierbei das höchste Potenzial zur Maximierung der technischen Verfügbarkeit auf. Voraussetzung zur Festlegung des notwendigen Instandhaltungszeitpunkts ist allerdings die Bestimmbarkeit des Vorspannungszustands des Kugelgewindetriebs.
Vor diesem Hintergrund wurde in dieser Arbeit eine wirtschaftliche und robuste Zustandsüberwachungsmethode zur Bestimmung des Vorspannungszustands von Kugelgewindetrieben erfolgreich entwickelt und anschließend erforscht. Auf Basis der Zustandsüberwachungsmethode wurde erstmals gezeigt, dass mit vorhandenen steuerungsinternen Informationen der Vorspannungszustand bestimmbar ist.
Aktualisiert: 2022-02-11
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Durch die zunehmende Verbreitung von geregelten Servoantrieben in Produktionsanlagen besteht die Option, die zum Betrieb des Antriebs integrierte Messtechnik zu Zwecken der Zustandsüberwachung zu verwenden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Möglichkeiten zur Detektion von mechanischen Schäden an geregelt betriebenen Linearachsen auf Basis der antriebsinternen Messsignale aufzuzeigen. Exemplarisch werden dazu zwei Schäden ausgewählt, die sich grundlegend in der Intensität und der Häufigkeit der Schadenseinwirkung unterscheiden. Zunächst werden die durch Schäden auftretenden Anomalien im regelungsinternen Signalfluss des Servomotors in einer Simulation
des Antriebs dargestellt. Auf dieser Grundlage werden verschiedene, aus der Zustandsüberwachung von dynamisch bewegten Antrieben bekannte Signalanalyseverfahren beschrieben und anhand ihrer Eignung zur Detektion von lokalen Schäden auf dynamisch betriebenen Linearachsen untersucht. Die Zustandsüberwachung, basierend auf antriebsinternen Größen, wird mit ihren Möglichkeiten und Grenzen vorgestellt.
Exemplarisch für einen dynamisch betriebenen Linearantrieb wird eine Linearachse eines Transfers einer Großraumsaugerpresse ausgewählt. Die Detektion von Zahnbruch am Ritzel-Zahnstange-Antrieb und eines Lagerschadens an einem Motor- und Getriebewälzlager basierend auf der in der Simulation gezeigten Signalverläufe und den vorgestellten
Signalanalyseverfahren bilden den Kern der Arbeit. Die praktische Anwendbarkeit wird durch die Ableitung einer Überwachungsvorschrift im Produktionsbetrieb gezeigt. ------------------------------------
Due to the increasing popularity of controlled servo drives in production plants, it is
possible to use the measurement technology integrated into the drive for the purpose
of condition monitoring. The aim of the present work is to demonstrate the possibilities
for the detection of mechanical damage on controlled linear axes on the basis of the
drive-internal measuring signals. As an example, two damages are selected, which differ
fundamentally in the intensity and the frequency of the damage. First, the anomalies
occurring in the control signal flow of the servomotor due to damage are shown in a simulation
of the drive. On this basis, various signal analysis methods known from condition
monitoring of dynamically driven drives are described and examined for their suitability
for detecting local damage on dynamically operated linear axes. Condition monitoring
based on drive-internal variables is presented with its possibilities and limitations. As
an example for a dynamically operated linear drive, a linear axis of a transfer of a highcapacity
suction press is selected. The detection of tooth fractures on the rack and pinion
drive and bearing damage to a motor and gear bearing based on the waveforms shown in
the simulation and the signal analysis methods presented form the essence of the work.
The practical applicability is shown by the derivation of a monitoring specification in the
production plant.
Aktualisiert: 2022-02-17
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Im industriellen Umfeld ist die technische Verfügbarkeit von Werkzeugmaschinen, aufgrund verschleißbedingter Ausfälle der Vorschubachse, reduziert. Die häufigste ausfallende Komponente der Vorschubachse ist der vorgespannte Kugelgewindetrieb. Entsprechende Maßnahmen zur Erhöhung der technischen Verfügbarkeit sind zwingend erforderlich. Zustandsorientierte Instandhaltungsmaßnahmen weisen hierbei das höchste Potenzial zur Maximierung der technischen Verfügbarkeit auf. Voraussetzung zur Festlegung des notwendigen Instandhaltungszeitpunkts ist allerdings die Bestimmbarkeit des Vorspannungszustands des Kugelgewindetriebs.
Vor diesem Hintergrund wurde in dieser Arbeit eine wirtschaftliche und robuste Zustandsüberwachungsmethode zur Bestimmung des Vorspannungszustands von Kugelgewindetrieben erfolgreich entwickelt und anschließend erforscht. Auf Basis der Zustandsüberwachungsmethode wurde erstmals gezeigt, dass mit vorhandenen steuerungsinternen Informationen der Vorspannungszustand bestimmbar ist.
Aktualisiert: 2022-02-11
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Aktualisiert: 2023-04-04
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Aktualisiert: 2023-04-01
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Eine zustandsbasierte Instandhaltungsstrategie reduziert das Risiko eines Ausfalls eines technischen Systems bei gleichzeitig hoher Ausnutzung und planbaren Instandhaltungsmaßnahmen. Das Ziel dieser Arbeit liegt in der Entwicklung einer Zustandsüberwachung für Gummi-Metall-Elemente. Die Herausforderungen dieser Zustandsüberwachung leiten sich aus dem viskoelastischen Verhalten sowie dem komplexen Degradationsverhalten der Elemente ab. Infolge der daraus resultierenden Unsicherheiten werden die Elemente heutzutage präventiv instandgehalten. In Lebensdauerversuchen der Gummi-Metall-Elemente werden drei Messgrößen detektiert. Dabei wird mit der Temperatur eine Messgröße identifiziert, die am geeignetsten zur Beschreibung des Zustands der Elemente ist. Generell wird die Genauigkeit einer Zustandsüberwachung durch verschiedene Unsicherheiten beeinflusst. Für die Prognose der nutzbaren Restlebensdauer der Gummi-Metall-Elemente wird das Partikelfilter, eine verbreitete modellbasierte Methode zur Zustandsüberwachung technischer Systeme, weiterentwickelt, um Unsicherheiten im Verhalten und der Degradation der Elemente zu berücksichtigen. Anhand der Ergebnisse wird belegt, dass aufbauend auf dieser Zustandsüberwachung die Ausnutzung der Gummi-Metall-Elemente in realen Anwendungen durch eine präventive Instandhaltung erhöht werden kann. Damit bildet diese Arbeit die Basis für zukünftige, prädiktive Instandhaltungskonzepte für diese Elemente. Weiterhin bestätigt die Arbeit, dass eine Berücksichtigung vorliegender Unsicherheiten zu einem frühen Zeitpunkt im Entwicklungsprozess des Zustandsüberwachungssystems empfehlenswert ist.
Aktualisiert: 2021-05-12
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In dieser Arbeit werden drei Maßnahmen untersucht, die es ermöglichen können, Kugelgewindetriebe in Aktuatoren der Querrudersteuerung moderner Verkehrsflugzeuge einzusetzen.
Diese Arbeit befasst sich mit Maßnahmen, die den Einsatz von Kugelgewindetrieben in elektro-mechanischen Aktuatoren der Flugsteuerung von Verkehrsflugzeugen ermöglichen. Dabei wird der Fokus auf die durch die Kurzhubbelastung entstehenden Herausforderungen gelegt, wodurch bei konventioneller Auslegung eine geringe Lebens- und Nutzungsdauer der Komponenten durch Abrasions- und Adhäsionsverschleiß resultiert.
Als erste Maßnahme wird eine neue Methodik zur Berechnung der Lebensdauer von Kugelgewindetrieben auf Basis von Abrasion und Adhäsion vorgestellt. Im Rahmen experimenteller Lebensdauertests werden Kugelgewindetriebe untersucht, um die Annahme des abrasiven und adhäsiven Verschleißes unter Kurzhubanwendungen und eine generelle Anwendbarkeit der Methodik zu bestätigen. Die zweite Maßnahme untersucht verschiedene Gestaltungoptionen der Subkomponenten von Kugelgewindetrieben für einen verschleißarmen Einsatz und analysiert diese auf Aktuatorebene. Als dritte Maßnahme wird ein Zustandsprognosesystem zur Vorhersage der verbliebenen Nutzungszeit eines sich im Betrieb befindlichen Kugelgewindetriebes modellbasiert und experimentell bewertet.
Aktualisiert: 2021-03-29
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Das Buch ist angelegt als Lehr- und Nachschlagewerk zu den Themen
- Zustandsüberwachung von Maschinen und Anlagen
- Schwingungsdiagnose und Schwingungsanalyse
- Instandhaltungs- und Reliabilitymanagement.
Thematisch deckt es die Anforderungen der DIN ISO 18436 Teil 2 vollständig ab.
Über den Zertifizierungsstoff deutlich hinausgehend werden auch Konzepte für eine ganzheitliche Überwachung behandelt, wie sie vor allem im Zusammenhang mit Industrie 4.0 und Smart Data mehr und mehr erforderlich sein werden.
Aktualisiert: 2023-03-04
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Schraubenverbindungen werden seit Jahrhunderten erfolgreich eingesetzt. Trotz anerkannter Auslegungs- und Montageverfahren kommt es immer wieder zu schadhaften Schraubenverbindungen, die im Extremfall zu Unfällen führen. Dies gilt es mit Hilfe der Zustandsüberwachung zu vermeiden.
Die vorliegende Dissertation zielt darauf ab, mittels Sensorschrauben die Strukturintegrität zu erfassen und Schäden der Verbindung sowie der Struktur zu detektieren. Zusätzlich wird der Begriff des Bolt-Condition-Monitorings (BCM) eingeführt und definiert. Einleitend werden die empirisch ermittelten Eigenschaften der Sensorschraube unter Standardlastfällen dargestellt. Dann wird mittels verschiedener Prüfaufbauten die Detektion der einzelnen Schadensmechanismen von Schraubenverbindungen untersucht. Die anschließende Behandlung von Strukturschäden erfolgt an einem Windenergieanlagenturmmodell sowie an Flanschverbindungen. Abschließend wird das Betriebslastverhalten anhand eines Feldversuchs geprüft.
Die Ergebnisse zeigen, dass durch die Wahl eines geeigneten Schädigungsindikators Schäden in Schraubenverbindungen und Strukturen frühzeitig erkannt werden können. Die dazu notwendige Methodik sowie das nötige Vorgehen wird illustriert und erläutert.
Aktualisiert: 2020-09-11
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Die Dissertation thematisiert das kennlinienbasierte Alterungsverhalten von Metalloxid-Varistoren und dessen messtechnische Bestimmung. Ziele der Untersuchungen bestehen in der systematischen Aufnahme und Darstellung der unterschiedlichen Degradationsmechanismen in Abhängigkeit praxisrelevanter Belastungsarten. Die Daten helfen bei der Entwicklung eines Zustandsüberwachungssystems für Überspannungsschutzgeräte im Bereich von Niederspannungsenergieversorgungsanlagen.
Die oftmals makroskopische Sichtweise der Degradation von Zinkoxid-Varistoren im Bereich des Überspannungsschutzes wird dabei mit hinreichenden mikroskopischen Zusammenhängen und Ursachen vereint. Die gewonnenen Erkenntnisse zur Überwachung von Überspannungsableitern helfen aus aktuellem Anlass internationalen Normungen bei der Anpassung und Weiterentwicklung ihrer Regularien.
Aktualisiert: 2020-07-12
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Die produzierende Industrie strebt im Rahmen der vierten industriellen Revolution, Industrie 4.0, die Optimierung der klassischen Zielgrößen Qualität, Kosten und Zeit sowie Ressourceneffizienz, Flexibilität, Wandlungsfähigkeit und Resilienz in globalen, volatilen Märkten an. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung von Smart Factories, in denen sich relevante Objekte, Produktions-, Logistik- und Informationssysteme sowie der Mensch vernetzen. Cyber-physische Systeme (CPS) tragen als sensorisierte und aktorisierte, resiliente und intelligente Gesamtsysteme dazu bei, Produktionsprozesse und -maschinen sowie die Produktqualität zu kontrollieren. Vordergründig wird die technische Komplexität von Produktionssystemen und damit auch zugehöriger Instandhaltungsprozesse durch die Anforderungen an deren Wandlungsfähigkeit und den zunehmenden Automatisierungsgrad ansteigen. Heraus-forderungen bei der Entwicklung und Implementierung von CPS liegen in fehlenden Interoperabilitäts- und Referenzarchitekturkonzepten sowie der unzureichend definierten Interaktion von Mensch und CPS begründet.
Sozio-cyber-physische Systeme (Sozio-CPS) fokussieren die bidirektionale Interaktion von Mensch und CPS und adressieren diese Problemstellung. Gegenstand und Zielstellung dieser Dissertationsschrift ist die Definition von Sozio-CPS in der Domäne der Zustands- und Prozessüberwachung von Smart Factories. Untersucht werden dabei Nutzungsszenarien von Sozio-CPS, die ganzheitliche Formulierung von Systemarchitekturen sowie die Validierung der entwickelten Lösungsansätze in industriellen Anwendungsszenarien. Eine erfolgreiche Umsetzung von Sozio-CPS in drei heterogenen Validierungsszenarien beweist die Korrektheit und Anwendbarkeit der Lösungsansätze.
Aktualisiert: 2020-09-10
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Zustandsinformationen sind für die Instandhaltung von Maschinen und Anlagen verfügbar. Für die Instandhaltung von Windenergieanlagen (WEA) trifft dies im Besonderen zu. Zu Zustandsinformationen zählen beispielsweise Komponententemperaturen, Windgeschwindigkeiten, aktuelle Leistungskennwerte und Schwingungsdaten. Vielfach setzen Instandhaltungsunternehmungen die Daten jedoch nicht zur Instandhaltungs- und Ersatzteilplanung ein. Die Folge ist ungenutztes Potenzial in der Betriebsführung und der Ersatzteillogistik, welches unter restriktiven Zugänglichkeitsbedingungen besonders hoch ist.
In der vorliegenden Ausarbeitung wird eine Methode vorgestellt mit der indirekte Zustandskenngrößen in die Prognose eingehen, um die Ersatzteilplanung und die Instandhaltungsterminierung zu verbessern. Die Methode basiert auf dem aus der Medizin bekannten Proportional-Hazards-Modell (PHM). In dieser Ausarbeitung wird mit dem PHM die Ausfallrate verschleißbehafteter Komponenten kalkuliert und die Ausfallwahrscheinlichkeit während der Prognoseperiode berechnet. Unter Einbezug indirekter Zustandskenngrößen, die nach der Vorverarbeitung als Kovariablen in das PHM eingehen, ist die Erhöhung der Prognosegenauigkeit möglich. Die Kosten und Ertragsberechnung basiert auf der Maschinenauslastung, dem aktuellen Komponentenzustand und der eingeschränkten Zugänglichkeit der Anlagen, sodass eine erweiterte Erneuerungsterminierung möglich ist. Zusätzlich erlaubt die Kombination aus Zustandsbeurteilung und Ersatzteilplanung eine den individuellen Belastungen der Anlage an-gepasste Ersatzteillogistik.
Anhand realer Maschinenzustandsdaten aus einem Onshore-Windpark wird die Methode beispielhaft getestet und angewendet.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Datenanalyse mittels intelligenter, adaptivbarer und robuster Auswertealgorithmen ist ein elementarer Bestandteil eines zuverlässigen Condition-Monitoring-Systems. Gegenwärtig ist die Entwicklung von diesen Auswertealgorithmen sehr zeitaufwendig und erfordert im Allgemeinen, je nach Anwendung, umfassende Kenntnisse aus verschiedenen Disziplinen. Ziel der Arbeit ist die Realisierung eines innovativen Tools zur Entwicklung von Auswertealgorithmen zwecks Einsatz in Condition-Monitoring-Systemen.
Aktualisiert: 2022-09-21
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Im Rahmen dieser Arbeit werden Methoden zur Entwicklung und Herstellung axialsymmetrischer Tragstrukturen mit umformtechnisch gefügten Kraftsensoren aufgestellt und validiert. Durch eine übertragbare Vorgehensweise entstehen standardisierbare Tragstrukturen, welche neben ihrer bestimmungsgemäßen Aufgabe, Lasten ohne mechanische Beeinträchtigung zu tragen, die Traglasten sicher detektieren.
Derartige sensorische Tragstrukturen zeichnen sich durch die strukturkonforme Integration von Sensoren aus. Bei der Herstellung wird ein Sensorkörper oder monolithisches Funktionsmaterial parallel zu einer rotationssymmetrischen Tragstruktur konzentrisch im Kraftfluss eingebracht. Durch die gemeinsame Gestaltung von Sensorkomponente, Tragstruktur und dem Fügeprozess entsteht eine Synthese sensorischer und mechanischer Eigenschaften. Somit eröffnen sensorische Tragstrukturen die Möglichkeit, Standardkomponenten von Maschinen, Anlagen und Bauwerken wirtschaftlich um eine Zustandsüberwachung zu ergänzen. Weiterhin ermöglicht der robuste Aufbau mit der empfindlichen Sensorik im Inneren der Tragstruktur den Einsatz dieser neuartigen Sensorik auch in einer rauen Umgebung.
Aktualisiert: 2019-12-12
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Aktualisiert: 2021-05-20
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Die zustandorientierte Instandhaltung von ermüdungsgefährdeten Bauteilen ist in der industriellen Anwendung nur unter großem Aufwand möglich. Durch Sensoren und sensitive Werkstoffe, die im Sonderforschungsbereich 653 entwickelt werden, ist es möglich, diesen Aufwand zu reduzieren. Die entwickelte Methodik zur Zustandsüberwachung nutzt diese Sensorinformationen, um die Schädigung von Bauteilen zu ermitteln und daraus die verbleibende Lebensdauer zu prognostizieren.
Aktualisiert: 2019-10-17
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