Die Digitalisierung verändert zunehmend alle Prozessebenen der Rohstoffindustrie, angefangen bei operativen Prozessen, bei welchen die Interaktion zwischen Mensch und Maschine immer mehr an Bedeutung gewinnt, bis hin zur Unternehmensführung. Trotz der technologischen Fortschritte hat die Unfallrate in Zusammenhang mit mobilen Maschinen und Fahrzeugen weltweit in den vergangenen Jahren in der Rohstoffindustrie zugenommen, was auf verschiedene Ursachen, wie etwa größer und komplexer werdende automatisierte Maschinentechnik zurückzuführen ist.
Statistiken des US-amerikanischen Arbeitsschutzinstituts (NIOSH) zeigen, dass der Anteil an tödlichen Unfällen in Verbindung mit Bergbaumaschinen zwischen den Jahren 2015 und 2020 57,51% der Gesamtunfälle beträgt.
Der Fokus dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Lokalisierungssystems für Personen im untertägigen Bergbau auf Grundlage der Ultra-Breitband-Technologie, welches durch seinen Aufbau über den derzeitigen Stand der Technik hinausgeht und sich aufgrund der technischen Eigenschaften in Bezug auf die Genauigkeit der Lokalisierung, den Echtzeitbetrieb, die Reichweite, Fehlerrate, Anzahl zu lokalisierender Personen und möglichen Interferenzen mit Kommunikationssystemen von bereits existierenden Systemen unterscheidet, wodurch eine Erhöhung der Arbeitssicherheit von Personen und hochautomatisierten Maschinen in untertägigen Bergwerken erreicht wird.
Zukünftig nimmt die fortschreitende Automatisierung eine immer wichtigere und zentralere Funktion im untertägigen Bergbau ein, um den vorliegenden Bedingungen wie tieferen Lagerstätten, längeren Transportstrecken und dadurch reduzierten effektiven Arbeitszeiten entgegenzuwirken. Basierend auf den Ergebnissen der Systemerweiterung durch eine Sensordatenfusion der Ultra-Breitband-Technologie und inertialer Navigation kann das vorgestellte Lokalisierungssystem ebenfalls in Bereichen eingesetzt werden, in denen keine direkte Sichtverbindung zwischen Sendern und Empfängern besteht.
Aktualisiert: 2023-03-23
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Die Automatisierung der untertägigen Navigation von mobilen Maschinen in der Rohstoffgewinnung stellt eine große technische Herausforderung dar. Existierende Systeme navigieren nur unter sehr eingeschränkten Randbedingungen selbst-
ständig. Aktuelle Entwicklungen von neuartigen und prinzipiell geeigneten Sensoren und Algorithmen in Kombination mit leistungsfähigen Kompaktrechner- und Netzwerktechnik eröffnen ein Potential zur Steigerung des Automatisierungsgrads bei der untertägigen Navigation. Hier setzt die vorliegende Dissertationsschrift an.
Innerhalb der Schrift werden neuartige Navigationsautomatisierungsgrade zur Einstufung von navigierenden Systemen im Bergbau definiert. In diesen als Level of Mine Navigation Automation (LoMNA) bezeichneten Automatisierungsgraden werden existierende Systeme eingestuft.
Unter Berücksichtigung der Besonderheiten der untertägigen Umgebung für die Navigation wird beispielhaft eine Systemarchitektur basierend auf neuartiger Sensorik, Algorithmen und Rechnertechnik entwickelt und in einem Navigations-system umgesetzt. Das Navigationssystem wird in der untertägigen Umgebung eines aktiven Örterbaus getestet und evaluiert. Hierbei konnte ein neuartiger Grad der selbstständigen, flexiblen, dynamischen Navigation in einer untertägigen Bergbauumgebung demonstriert werden.
Diese Arbeit zeigt das existierende technische Potential zur Steigerung des Automatisierungsgrades der untertägigen Navigation von mobilen Maschinen auf. Gleichzeitig werden die technischen Grenzen dessen und Möglichkeiten zur Wei-terentwicklung der Lösungsansätze deutlich.
Aktualisiert: 2023-03-15
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Das Bergwerk der Zukunft soll effizient, sicher und nachhaltig sein. Einen Beitrag hierzu kann die selektive Gewinnung leisten. Selektives Sprengen des Gesteins in verschiedene Fraktionen ermöglicht die Klassierung des Haufwerks bereits untertage. Die einzelnen Produktfraktionen können zielgerichtet weiterverarbeitet und Nebengestein frühzeitig abgetrennt werden.
Voraussetzung für den Einsatz selektiver Sprengmethoden ist die ortsaufgelöste Kenntnis über die anstehende Geologie. Kann die Geologie am Stoß sensorisch erfasst und charakterisiert werden, reduziert dies Aufenthalte des Personals im Gefährdungsbereich und verbessert die Arbeitssicherheit. Hinsichtlich Staubaufkommen, Lichtverhältnissen, Luftfeuchtigkeit und Temperatur stellt der untertägige Bergbau enorme Anforderungen an die eingesetzte Sensortechnologie. Infrarotthermographiesysteme sind hierfür besonders geeignet. Sie visualisieren die von Objekten emittierte Wärmestrahlung in Infrarotbildern und sind als passiv arbeitende Technologie unabhängig von externen Beleuchtungsquellen. In dieser Arbeit wird ein Konzept zur Erfassung und Charakterisierung des Gesteins an der Stoßoberfläche mittels Infrarotthermographie entwickelt und validiert. Der Forschungsansatz basiert auf der Annahme, dass durch Oberflächenbeschaffenheit und Material hervorgerufene Unterschiede im Infrarotbild eine Gesteinsunterscheidung zulassen.
Die Konzeptentwicklung erfolgt für eine Charakterisierung der Gesteinsoberfläche in Erz und Nebengestein. Unter Laborbedingungen werden Infrarotbilder von Gesteinsoberflächen aufgenommenen. Anhand daraus erstellter Datensätze der Gesteinsklassen erfolgt das Extrahieren charakteristischer Merkmale und das Trainieren von Klassifikationsfunktionen. Die erreichten Klassifikationsgenauigkeiten zeigen, dass eine Charakterisierung des Gesteins an der Probenoberfläche anhand von Infrarotaufnahmen unter Laborbedingungen möglich ist. Die Validierung erfolgt am untertägigen Stoß eines Versuchsbergwerks.
Aktualisiert: 2021-12-02
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Woher wissen wir darüber ?
Eigene Recherchen der Gruppe-Z bilden die Hauptquelle,
wären aber in der vorliegenden Form nicht denkbar ohne
die Grundlagen, die Dr. Manfred Bierganz in seinem Büchlein
„Die Leidensgeschichte der Juden in Stolberg“ gelegt
hat, ohne die Arbeit und Hilfe der ehemaligen Archivare
Flecken und Machhof sowie von Archivar Christian Altena
und von Lokalhistoriker Dieter Peters, Friedrich Ebbecke-
Bückendorf und Toni Dörflinger – ihm vor allen – denen wir
von Herzen dankbar sind. Wir hatten außerdem Einblicke in
zahlreiche Archive, die als Quellen im Anhang aufgeführt
werden. Es gibt auch mittlerweile eine ganze Reihe von
Gedenkschriften oder digitale Gedenkbücher, die wir zur
Vervollständigung unserer Kenntnisse über die Lebensläufe
jüdischer Menschen unserer Region hinzugezogen haben
wie z.B.: das Aachener Gedenkbuch für die Opfer der Shoah
aus Aachen. Besonders wertvoll waren aber Berichte von
Zeitzeugen und deren Nachkommen.
Aktualisiert: 2023-03-15
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Bedingt durch das globale Wachstum steigt der weltweite Bedarf an Rohstoffen stetig an. Während in der Vergangenheit durch die Mechanisierung des Bergbaus Effizienzsteigerungen in der Rohstoffgewinnung erreicht werden konnten, steht heutzutage die Automatisierung und Digitalisierung im Fokus der Entwicklung.
Grundlegende Bedingung für die Erhöhung des Automatisierungsgrads von Gewinnungsmaschinen ist die Erfassung und Überwachung von Prozessinformationen. Bei vielen am Markt etablierten Maschinen sind die Prozesslasten nicht hinreichend bekannt. Insbesondere im Hinblick auf die voranschreitende Automatisierung muss dieser Umstand in den Fokus gerückt werden. Kritische Betriebssituationen können erst durch die Erfassung der tatsächlich auftretenden Prozesslasten und die Entwicklung eines geeigneten Warnsystems aufgedeckt und vermieden werden. Für viele Maschinen im Bereich des Bergbaus wurde dieser Ansatz noch nicht konsequent verfolgt.
In der vorliegenden Arbeit wird die systematische Entwicklung eines Condition-Monitoring-Systems am Beispiel eines Beraubers vorgestellt. Im Fokus der Betrachtung liegt dabei die mechanische Struktur der Maschine. Zunächst wird das Verfahren des Beraubens sowie die Maschinentechnik näher vorgestellt. Auf Basis einer Betriebsmessung werden die Prozesslasten erfasst und in verschiedene Arbeitsmodi separiert. Die Analyse des Systems bildet die Grundlage zur Entwicklung eines Condition-Monitoring-Systems. Neben den Algorithmen zur Bewertung der Betriebszustände wird ein Messsystem zur permanenten Erfassung der relevanten Messdaten vorgestellt. Sowohl die Algorithmen als auch das Messsystem werden anhand von Labortests bzw. auf Grundlage der aus den Betriebsmessung hervorgehenden Messdaten verifiziert.
Aktualisiert: 2021-11-25
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Weltweit gibt es momentan vielfältige Bestrebungen die Vision der Industrie 4.0
Initiative in unterschiedlichen Formen umzusetzen. Im Kern dieser Vision sollen
nach der reinen Automatisierung nun Maschinen zur Kommunikation miteinander
verbunden werden, um intelligente Produktionssysteme zu ermöglichen. Während
einige Industrien bereits sehr intensiv an der Umsetzung intelligenter Produktionssysteme
arbeiten, gibt es auch im Bereich des Bergbaus Bestrebungen für die Einrichtung
solcher Systeme. Zu den vielen Vorteilen, die sich aus dieser Entwicklung
ergeben, gehören neben der reinen Automatisierung von Betriebsmitteln hin zum
autonomen Betrieb auch neuartige Konzepte für die Prozesssteuerung, die nur
durch die Kommunikation der Betriebsmittel miteinander realisierbar sind. Weiterhin
kann nur auf Grundlage einer breiten Informationsbasis (in Echtzeit) die Wirtschaftlichkeit
durch eine bessere Auslastung und somit die Effizienz von Betriebsmitteln
erhöht werden. Letztlich ist aber auch die Erfüllung gesetzlicher Vorgaben
hinsichtlich der Betriebssicherheit erst durch die Etablierung der mit der Industrie
4.0 Vision verbundenen Technologien möglich.
Idealerweise ermöglichen diese Technologien neben der Kommunikation der zu
der Produktion gehörigen Systeme untereinander auch die Sammlung prozessrelevanter
Informationen an der Basis intelligenter Produktionssysteme. Zu diesen
Informationen gehören unter anderen Positionsinformationen. Während Positionsinformationen
heutzutage einfach durch die Nutzung von GNSS umfassend erhältlich
sind, verhält sich die Situation im untertägigen Bergbau anders. Hier muss umgebungsbedingt
ein anderer Ansatz gewählt werden.
Entsprechend wird im Kern dieser Arbeit ein neues untertägiges Lokalisierungssystem
auf Basis der Ultra-wideband Funktechnologie vorgestellt. Weiterhin wird
dieses System auf seine Leistung und Potential in untertägiger Umgebung getestet.
Abschließend wird eine Einordnung im Vergleich mit anderen im Einsatz befindlichen
untertägigen Lokalisierungssystemen im Rahmen einer Analytical Hierarchy
Process Analyse vollzogen.
Aktualisiert: 2022-03-21
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Der Paketmarkt in Deutschland boomt, der Briefmarkt dagegen geht stetig zurück.
Dies hat zur Folge, dass die Zustellung von Briefen und Paketen im Verbund
an Bedeutung zunimmt. Zusammen mit neuen technischen Entwicklungen wie der
Zustellung mit Elektrofahrzeugen, einem steigenden Konkurrenzdruck, Volumenschwankungen
und Störfällen sind Post- und Paketdienste einer Vielzahl an Herausforderungen
ausgesetzt. Auf diese muss gerade bei der Planung von Tourgebieten
und Touren reagiert werden. Ist dies nicht der Fall, so wird es häufig zu Überstunden
bei den Zustellern und zu Betriebsstörungen vor oder während der Zustellung
kommen.
Die vorliegende Dissertation greift dieses Thema auf. Es wird ein Verfahren
zur Flexibilisierung der Brief- und Paketzustellung mit Gangfolge auf der letzten
Meile aufgestellt, welches in der Praxis anwendbar ist. Durch die Flexibilisierung soll
auf auftretende Herausforderungen reagiert werden können, um eine gleichmäßige
Auslastung der Zusteller zu gewährleisten. Es soll aber wie bei der statischen
Planung trotzdem der Vorteil von Erfahrungswerten der Zusteller beibehalten werden.
Das bedeutet im Rahmen der Verbundzustellung, dass bekannte Gangfolgeinformationen
eine Berücksichtigung finden. Das entwickelte Verfahren wird an
drei Instanzen eines Anwendungsfalls getestet und analysiert. Da das Verfahren
flexibel auf in der Praxis auftretende Herausforderungen reagieren und dabei zu
einer gleichmäßigeren Auslastung der Zusteller führen soll, bilden Untersuchungen
in diesem Bereich den Schwerpunkt. Es erfolgen Tests des Verfahrens bei Vorliegen
einer erhöhten Sendungsmenge, einer schwankenden Sendungsmenge und bei
Störungen. Für die Analyse wird als Vergleich eine statische Planung für die einzelnen
Instanzen herangezogen.
Aktualisiert: 2020-07-13
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Schneidende Gesteinslöseverfahren haben sich für zahlreiche Berg-, Tunnel- und Erdbauprojekte bewährt. Aufgrund der häufig nur unzureichenden Kenntnis der Geologie und der Eigenschaften des zu lösenden Gesteins ist für einen solches
Löseverfahren ein Maschinenbediener vor Ort notwendig. Dieser Maschinenbediener kann aufgrund seiner Erfahrung das Zusammenwirken aus gelöstem Gestein und Maschine einschätzen und die Ausrichtung der Maschine sowie die Prozess-parameter kontinuierlich anpassen. Sowohl aus Gründen der Arbeitssicherheit als auch der Produktivitätssteigerung wäre eine sensorbasierte Unterstützung des Maschinenbedieners durch eine fortlaufende Materialcharakterisierung im Löseprozess wünschenswert.
Aus dem Bereich der Maschinendiagnose und -überwachung sind Körperschall-Sensoren bekannt, die menschlich erfahrbare Vibrationen der Maschine, welche als Reaktion auf das gelöste Material entstehen, aufzeichnen können. Acoustic-Emission-Sensoren erlauben ergänzend dazu Emissionen zu erfassen, die auch über den menschlichen Wahrnehmungsbereich hinausgehen. Mit dem Ziel einer sensorbasierten Materialcharakterisierung werden diese beiden Sensoren kombiniert. Die Beurteilung beider Sensortypen und ihrer Kombination für einen Löseprozess erfolgt zunächst auf einem Rotationsschneidprüfstand unter Laborbedingungen. Hieraus werden Empfehlungen für die Positionierung erarbeitet sowie die jeweiligen Vor- und Nachteile der Sensoren dargestellt. Löseversuche zeigen, dass ein kombinierter Einsatz der Sensoren echtzeitnahe Rückschlüsse sowohl auf die Festigkeit als auch auf das Bruchverhalten des gelösten Materials ermöglicht.
Hieraus können Steuerungsinformationen und -hinweise für den Maschinenbediener oder eine automatisierte Steuerung entwickelt werden. Die im Labor gewonnenen Erkenntnisse bestätigen sich in weiterführenden Löseversuchen an einem Großprüfstand unter betriebsnahen Bedingungen, so dass Empfehlungen für einen großtechnischen Einsatz ausgesprochen werden können.
Aktualisiert: 2019-01-15
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Das Schallemissionsprüfverfahren wurde am Institut für Maschinentechnik der Rohstoffindustrie (IMR) in den letzten Jahren erfolgreich in neuen Anwendungsfeldern erprobt. Es erweist sich beispielsweise zur Detektion von Schäden an langsam drehenden sowie oszillierenden Lagern und in der Stoffstromanalyse als leistungsstark. Zur Adaption auf neue Anwendungsfelder sind verschiedene Aspekte von großer Bedeutung, deren Untersuchung eine wichtige Voraussetzung für weitere Schritte in der Forschung darstellt.
Die vorliegende Arbeit befasst sich zunächst mit der Optimierung und Validierung der Ankopplung von Schallemissionssensoren. Es wird eine Methode zur Applikation der Sensoren vorgestellt, die eine sehr gute Wiederholbarkeit der Sensormontage ermöglicht. Darauf aufbauend wird eine Vorgehensweise zur Validierung der Ankopplung im Feld eingeführt.
Im Weiteren werden verschiedene, am IMR entwickelte Algorithmen zur Detektion der transienten Schallemissionsereignisse (Bursts) beschrieben und ein adaptiver Algorithmus entwickelt, der ohne Parametrierung verwendet werden kann. Ab-schließend werden die Algorithmen anhand von Lokalisierungsversuchen verglichen.
Da sich die Analyse von kontinuierlich aufgenommenen Zeitsignalen aufgrund der hohen Datenmengen und unterschiedlichen Auswertealgorithmen häufig sehr aufwendig darstellt, werden ein Konzept und ein Auswerteprogramm zur automatisierten Analyse von Schallemissionssignalen vorgestellt. Deren Umsetzung erfolgte im Rahmen dieser Arbeit.
Abschließend werden anhand von Ermüdungsversuchen die dargelegten Vorgehensweisen angewendet. Mittels Parameterstudien wurden dabei die optimalen Parameter für die Algorithmen zur Burstdetektion bestimmt.
Aktualisiert: 2019-01-15
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Die Herausforderung der weltweiten Rohstoffwirtschaft besteht darin, den steigenden
Bedarf an Primärrohstoffen, trotz sinkender Wertstoffgehalte und komplizierterer
Lagerstättengegebenheiten, weiterhin decken zu können. Aus diesem Grund
werden Strategien für eine nachhaltige und technologiebasierte Entwicklung des
Bergbaus von der Gesellschaft gefordert.
Ein wichtiger Baustein zur Erreichung dieser Forderungen ist die Entwicklung und
Implementierung innovativer Technologien und Verfahren, um die Effizienz der Teilschritte
Gewinnung, Transport, Qualitätssteuerung, Aufbereitung und Verladung/
Verkippung zu steigern. Neben der Entwicklung von Technologien für zukünftige
Abbauverfahren gibt es heutzutage noch Herausforderungen hinsichtlich des
Transports von Stoffströmen, die bisher nicht zufriedenstellend gelöst werden
konnten. Eine wesentliche Voraussetzung zur gezielten, autonomen Disposition von
Massenströmen ist eine kontinuierlich zur Verfügung stehende Information über
deren Zusammensetzung. Erst das Wissen über die Zusammensetzung ermöglicht
eine optimierte Weiterverarbeitung in nachgeschalteten Aufbereitungsanlagen
oder die gezielte Aufhaldung bei einer qualitätsabhängigen Verkippung.
Innerhalb dieser Arbeit wird ein indirektes Verfahren zur Charakterisierung von
Stoffströmen auf Basis der Acoustic Emission Technologie vorgestellt. Neben dem
Stand der Forschung zur Charakterisierung von Rohstoffen werden die Grundlagen
der verwendeten Technologie sowie Verfahren zur Bewertung von Stoffströmen
erläutert. Ein Fokus liegt dabei auf der Evaluation von Methoden aus dem Bereich
des Machine Learnings. Im Rahmen von Machbarkeitsstudien im Technikumsmaßstab
werden verschiedene Methoden an idealen Referenzstoffströmen sowie
natürlichen Massenströmen erprobt. Auf die Entwicklung der Auswertealgorithmen
folgt die Durchführung praxisnaher Feldtests im industriellen Umfeld. Basierend auf
den Ergebnissen wird das Konzept eines Inline-Messsystems zur Stoffstromcharakterisierung
für den Einsatz in der Rohstoffindustrie erarbeitet und die angewandte
Methodik nach derzeitigem Erkenntnisstand bewertet. Die Arbeit schließt mit
einer Zusammenfassung relevanter Ergebnisse sowie einem Ausblick zu zukünftigen
Einsatzbereichen und Optimierungspotentialen.
Aktualisiert: 2019-01-15
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Die laserinduzierte Plasmaspektroskopie hat in der jüngeren Vergangenheit
aufgrund der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten einen steigenden Stellenwert für
die Rohstoffindustrie erlangt. Einsatzbereiche von LIBS umfassen beispielsweise die
Untersuchung von Gesteinsformationen in der Geologie, die Analyse von Schlacken
in der Materialtechnik und die Massenstromanalyse entlang der Prozesskette
zwischen Gewinnung und Aufbereitung. Allerdings lässt sich das Verfahren
bislang nur in Bereichen einsetzen, in denen keine EX-Atmosphäre existiert. Gerade
in diesen Bereichen wäre die Analysemethode jedoch von besonderem Interesse
– insbesondere, weil auf Basis der Ergebnisse eine Materialerkennung oder
-zuordnung stattfinden kann. Um LIBS auch in EX-Atmosphäre für die Materialerkennung
als Mittel für die Qualitätssicherung oder Effizienzsteigerung einsetzen
zu können, beschreibt diese Arbeit die Entwicklung eines Konzepts, um genau dies
zu ermöglichen. Das erarbeitete Konzept soll anschließend als Basis zur Weiterentwicklung
eines zukünftigen Demonstrators dienen, um so eine mögliche Umsetzung
unter Tage zu validieren.
Zur effizienten Umsetzung des Analyseverfahrens sind unterschiedliche Teilentwicklungen
sowie Überlegungen notwendig. Die Zusammenhänge dieser einzelnen
Entwicklungen werden hergeleitet und diskutiert. Bedingt durch besondere Herausforderung
zum Einsatz von Komponenten und Geräten in Steinkohlebergwerken
erfolgen alle Überlegungen und Herleitungen anhand des Beispiels der Steinkohle.
Bedingt durch die explosionsfähige Atmosphäre ist der Einsatz von LIBS an besondere
Anforderungen geknüpft, die sich aus den ATEX-Richtlinien ableiten lassen.
Abschließend werden zwei verschiedene Szenarien diskutiert, die für die Umsetzung
von LIBS denkbar sind: (i) der Einsatz von LIBS zur Grenzschichterkennung
als Teil der Automatisierung von Walzenladern und (ii) der Einsatz als Hilfsmittel für
die Aktualisierung von Lagerstättenmodellen im Zuge von Explorationsbohrungen.
Aktualisiert: 2019-01-15
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Aufgrund des steigenden wirtschaftlichen Drucks gewinnt die zustandsbasierte
Instandhaltung immer weiter an Bedeutung. Auch an geringwertigen Maschinen
und Anlagen wird eine präzisere Zustandsbestimmung zunehmend wichtiger.
In Anbetracht der gestiegenen Leistungsfähigkeit und der sinkenden Herstellungskosten
sind günstige Mikrokontroller bereits in der Lage die hierfür erforderlichen
Analysen zuverlässig und in Echtzeit durchzuführen, bevor die Zustandsinformationen
in einem Systemverbund weitergegeben werden, um Produktionsprozesse
zu beeinflussen oder Instandhaltungsprozesse auszulösen. Die Grundlage für die
Zustandsbestimmung rotatorisch angetriebener Maschinen bildet hierbei oft die
Schwingungsanalyse. Diese kann anhand von Mikrofonen (Luftschall), Beschleunigungs-
und Schnellesensoren (Körperschall) und mittels Ultraschallsensoren (Schallemissionsanalyse,
engl. Acoustic Emission) erfolgen, welche im Rahmen einer
Vorauswahl an zwei Lagerprüfständen und einem Wasserkraftwerk verglichen und
bewertet werden. Nachfolgend wird ein prototypisches Überwachungssystem mit
einem kostengünstigen Mikrokontroller aufgebaut und an einem kleinen Lagerprüfstand
validiert.
Neben der Schwingungsanalyse ist auch die dynamische Betriebsfestigkeitsrechnung
eine Methode um den aktuellen Zustand einer Anlage abzuschätzen und die
Restlebensdauer zu prognostizieren. Im Falle von rotierenden An- und Abtriebssträngen
wird oftmals das Drehmoment als wichtigste Eingangsgröße verwendet.
Im Rahmen einer kombinierten Schwingungsanalyse wird aufgezeigt wie mittels
der installierten Schwingungsaufnehmer eine schwingungsbasierte Drehmomentmessung
erfolgen kann, vorgestellt am Beispiel eines Schaufelradbaggergetriebes.
Aktualisiert: 2019-11-27
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Hybride Automobilantriebe sind auf dem internationalen Markt, insbesondere in Japan und den USA über das Stadium des Nischenprodukts hinausgewachsen. Hybridantriebe sind dabei technologisch so weit ausgereift, dass eine Adaption der Technologie für andere Anwendungen attraktiv geworden ist.
Gabelstapler und andere Arbeitsmaschinen werden als hybride Versionen angeboten und auch eingesetzt. Ebenso sind Landmaschinen mit dieselelektrischen Hybridantrieben verfügbar. Ökologische Aspekte spielen dabei eine untergeordnete Rolle. Haupteinsatzgrund für solche hybride Antriebssysteme sind die Nutzbarmachung der Vorteile elektrischer Antriebe, ohne deren größten Nachteil, der geringen Reichweite, in Kauf nehmen zu müssen.
Neben den bereits genannten Anwendungsfällen existiert noch ein weiterer Markt, der für den Einsatz von hybriden Antrieben interessant ist. Im Bereich der Freizeitschifffahrt, sowohl Motor- als auch Segelyachten, bieten Hybridantriebe als Ersatz gängiger Dieselantriebe eine potentielle technische, aber auch ökonomische Nische. Im Prinzip stellt ein elektrischer Antrieb das ideale Konzept für Freizeitschiffe dar. Elektrische Antriebe sind leise, kompakt und wartungsarm. Allerdings kommt auch hier als limitierender Faktor die heutige Batterietechnologie mit beschränkter Reichweite zum Tragen. Durch Kombination eines elektrischen Antriebs mit einem gängigen Schiffsdieselmotor lassen sich sowohl Reichweite des Dieselantriebs als auch leiser elektrischer Vortrieb zumindest partiell nutzen.
Im Rahmen dieser Arbeit wird der Entwurf und die Erprobung eines dieselelektrischen Hybridantriebs für Freizeitschiffe vorgestellt. Aufbauend auf dem Stand der hybriden Antriebstechnik bei Kraftfahrzeugen wird eine Methodik zur Adaption der automobilen Technologie auf ein anderes Anwendungsfeld aufgezeigt. Der Fokus liegt dabei auf den elektrischen Antriebskomponenten und dem elektrochemischen Energiespeicher.
Aktualisiert: 2021-07-09
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Die rasante Zunahme der Rotordurchmesser von Windenergieanlagen erfordert Methoden zur Lastregelung. Eine Reduktion der Lasten, die auf die Struktur der Windkraftanlage wirken, kann durch eine Anpassung der Anstellwinkel der Rotorblätter erfolgen. Die ungleichmäßigen Belastungen auf die Anlage können so reduziert werden. Gleichzeitig steigen Belastungen auf die Pitchlager erheblich. Der unvorhersehbare Ausfall eines Pitchlagers ist kostspielig und gefährdet die Wirtschaftlichkeit einer Windenergieanlage. Eine belastbare Einschätzung des Lagerzustands würde es ermöglichen, ein Lager bei einem Stillstand der Anlage zu wechseln, wenn der Abnutzungsvorrat des Lagers dies wirtschaftlich macht.
Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur Verbesserung der Zustandsüberwachung von oszillierenden Wälzlagern insbesondere Pitchlagern von Windenergieanlagen. Zu Beginn werden die Grundlagen der Wälzlagertechnik zusammengefasst. Es folgt eine Abgrenzung dieser Spezialanwendung zum rotierenden Betrieb. Die für die Lager¬anwendung relevanten Auswertungsmethoden für Acoustic Emission werden vorgestellt. Anschließend erfolgt ein formaler Vergleich der verschiedenen Methoden. Zusätzlich wird ein neuer Ansatz zur Schadenspositionsbestimmung an oszillierenden Lagern vorgestellt. Zu diesem Zweck werden die aus der Literatur bekannten Formeln zur Berechnung charakteristischer Schadensfrequenzen umgeformt, sodass ein Drehzahl unab¬hängiger Schadenswinkel verwendet werden kann. Die Erprobung verschiedener Methoden erfolgt unter Verwendung der Daten aus Vorversuchen mit vorgeschädigten Lagern. Diese Erkenntnisse werden für die Versuche an unbeschädigten Lagern angewendet. Es wurde eine große Zahl an Lagern unter einer radialen Last in oszillierender Bewegung betrieben bis zu einem Schaden. Die Auswertung wird zu einem Konzept für den Praxiseinsatz einer noch zu entwickelten Hardware zusam¬men¬gefasst. Die Kombination der Auswertungsmethoden bietet hin¬reichende Informationen über den Lagerzustand bei einem erheblichen Daten¬reduktions¬potential. Der bisherige Stand der Technik, in Bezug auf die Zustands¬über¬wachung, lässt sich so in Effizienz und Erkennungsqualität deutlich übertreffen.
Aktualisiert: 2019-01-15
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Seit Jahren wird die Suche nach Innovationen im Bereich Automatisierung als ein Kernziel der Bergbaubranche genannt. Autonome Maschinen sollen die Gewinnungsprozesse im Bergbau modernisieren und komplexe Aufgaben, ohne Eingreifen des Bedieners, selbstständig ausführen. Das Ziel dieser Entwicklung ist die Steigerung der Produktion, der Sicherheit und die Reduktion der Kosten. Auf lange Sicht ist das Ziel, den Bergbaubetrieb im gesamten Bergwerk zu automatisieren und so die Anwesenheit von Menschen im Grubengebäude zu verringern. Besonders bei Gewinnungsmaschinen ist eine dynamische Anpassung an die Umwelt Voraussetzung für einen autonomen Betrieb. Diese Anpassung kann nur auf Basis von Informationen erfolgen, die die Maschine im Schneidprozess sammelt, um daraus eine eigenständige Handlungsentscheidung zu treffen. Ein Sensor, der bei den in der Gesteinsschneidtechnik durchgeführten Untersuchungen bisher nur unzureichend untersucht wurde, ist der Acoustic Emission Sensor. Acoustic Emission sind durch Energiefreisetzung im Körper gebildete Schallwellen. Bisher wurde keine Untersuchung zur Beeinflussung der Acoustic Emission Signale durch Spanparameter in Gestein durchgeführt.
In der vorliegenden Arbeit wird Acoustic Emission als mögliche Technologie zur Grenzschichterkennung untersucht. Das Ziel ist es, den Einfluss von verschiedenen Spanparametern auf die Schneidkraft und die Acoustic Emission beim Zerspanprozess zu bestimmen und miteinander zu vergleichen. Insgesamt wurden sieben Spanparameter und deren Einfluss auf Acoustic Emission und Schneidkraft untersucht, diese Parameter sind Druckfestigkeit, Schnitttiefe, Schnittgeschwindigkeit, Freiwinkel, Spanwinkel, Spanlinienabstand und Material. Aus den Ergebnissen wurde die Tauglichkeit des Sensors zur Grenzschichterkennung ermittelt.
Aktualisiert: 2019-01-15
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Mit dem Ziel Sicherheits- und Kostenvorteile zu erreichen, werden auch im Rohstoffsektor
Prozesse automatisiert oder Überwachungsfunktionen integriert. Eine
wichtige Grundlage hierfür ist die Sensortechnik. Sie ermöglicht die Erfassung von
Zustandsgrößen und somit die Überwachung von Prozessen oder deren Regelung,
basierend auf dem Ist-Zustand. Der Rohstoffsektor stellt an Sensorsysteme dabei
sehr hohe Anforderungen, unter anderem an deren Genauigkeit und Verfügbarkeit.
Unter anderem müssen die Systeme hohen Umgebungstemperaturen und
Luftfeuchten, Partikeln in der Umgebungsluft und nicht zuletzt explosionsfähigen
Atmosphären widerstehen.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein robustes Infrarotkamerasystem für den Einsatz
im Rohstoffsektor in Hard- und Software entwickelt und in Labor- und Feldtests evaluiert.
Das System verwendet langwellige, thermische Infrarotstrahlung und kann
so passiv ohne aktive Beleuchtung arbeiten. Die im Vergleich zu sichtbarem Licht
größere Wellenlänge der verwendeten Strahlung ermöglicht es dem System dabei,
besser mit widrigen Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Staub, zurecht zu
kommen. Aus den vom System gelieferten Infrarotbildern können unter anderem
geometrische Informationen für Automatisierungsaufgaben gewonnen werden.
Darüber hinaus ist es möglich auf die Temperatur von Objekten aufgrund der gemessenen
thermischen Abstrahlung zu schließen.
Die Erkenntnisse dieser Arbeit führten zum einen zu einem robusten und zuverlässig
industriell einsetzbaren Infrarotkamerasystem. Darüber hinaus konnte gezeigt
werden, dass mittels langwelliger Infrarotstrahlung kontaktlose Stoffstromanalysen möglich sind.
Aktualisiert: 2019-01-15
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Die immer weiter steigenden Anforderungen an die Automatisierung stellen auch im Schwermaschinenbau immer neue Fragen an die Sensortechnik. Angelehnt an die Entwicklung der führenden Industrienationen in Richtung Industrie 4.0 haben auch der Bergbau und die Schwerindustrie das Potential dieser Vision entdeckt. Die Digitalisierung der Mine ist für viele Unternehmen im Bergbau das große Thema der Zukunft.
Diese Digitalisierung ist offensichtlich vielschichtig, wie man an den vielen unterschiedlichen und unabhängigen Prozessen in einer modernen Mine erkennen kann: angefangen bei der Gewinnung, dem Transport und der Analyse des Materials, bis hin zu der Aufbereitung, der Qualitätssicherung, der Verladung und parallel dazu dem wiederholten Ablegen und Aufnehmen von Material. Dabei ist die Erfassung der Umgebung der zu automatisierenden Maschinen ein Kernpunkt für die Automatisierung von mobilen Betriebsmitteln. Dies führt unweigerlich zu der Frage der Positionsbestimmung.
Im Rahmen dieser Arbeit wird ein neuartiges Positionsbestimmungssystem vorgestellt, welches auf der Ultra-Breitband (UWB) Technologie basiert. Die Vorteile eines solchen Systems vermögen viele Probleme der zurzeit existierenden Systeme zu lösen.
Die Grundlagen der funkbasierten Positionsbestimmung, welche zum Verständnis der Positionsbestimmung notwendig sind, werden erläutert. Anschließend wird der aktuelle Stand der Technik sowie die Vor- und Nachteile der entsprechenden Systeme aufgezeigt. Die UWB-Funktechnologie und die geleistete Entwicklungsarbeit für das neue Positionsbestimmungssystem werden vorgestellt. Ergebnisse durchgeführter Testmessungen geben Aufschluss über die möglichen Einsatzszenarien des entwickelten Systems. Anschließend werden Fragestellungen der (Prozess-)Sicherheit erörtert und es wird aufgezeigt, wo das neue System in diesem Kontext einen Mehrwert darstellen kann.
Aktualisiert: 2019-01-15
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Mit der Liberalisierung des Zugangs zum Schienennetz wurde den Privatbahnen ermöglicht, komplette Züge einzusetzen. Diese können entweder Güterzüge (Ganzzüge) als auch Personenzüge sein. Die Privatbahnen setzen überwiegend gemietete Lokomotiven ein. Der Vermieter einer Lokomotive oder eines kompletten Zuges kann auf der Grundlage immer aktuellerer Informationen die Verantwortung für Wartung, Inspektion und Instandsetzung selbst übernehmen.
Das Servicekonzept solcher Geschäftsmodelle wird erst durch den Einsatz von rechnerunterstützten Diagnosen möglich, weil durch die Datenfernübertragung das Servicepersonal jederzeit in der Lage ist, den Zustand der Lokomotiven und der Züge abzufragen.
In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode vorgestellt, wie die Überwachung von Schienenfahrzeugen systemisch entwickelt werden kann. Beschrieben wird der Entwicklungsprozess, beginnend bei den Voraussetzungen, dem Entwerfen der Systemarchitektur und deren Implementierung bis hin zum Einsatz im Betrieb. Dabei werden die vorhandenen Normen und Bestimmungen der Bahn eingehalten.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein komponentenbasiertes Informationssystem zur rechnerunterstützten Diagnose entwickelt. Dieses Produkt wird inzwischen von einem privaten Bahnbetreiber genutzt.
Aktualisiert: 2021-07-09
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Unvorhersehbare Brüche von Rundstahlgliederketten reduzieren die Wirtschaftlichkeit der Maschinen, in denen sie Anwendung finden, und führen zudem zur
Gefährdung des Bedienpersonals. Zur Vermeidung solcher Vorfälle sind geeignete Maßnahmen zur Früherkennung notwendig, damit ein möglichst optimaler Zeitpunkt für Reparaturarbeiten oder Kettenwechsel bestimmt werden kann. Die aktuell angewandten, diskontinuierlichen und manuell durchgeführten Kontrollprozesse stellen bei den immer komplexer und leistungsfähiger werdenden Maschinen keine zufriedenstellende Lösung mehr da und sollten um neue, den aktuellen Stand der Technik berücksichtigende Ansätze ergänzt werden.
Die vorliegende Dissertationsschrift greift diese Problematik auf und beschreibt den Entwicklungsprozess eines kettenspezifischen Messsystems, von der Konzeptionsphase bis zur prototypischen Umsetzung, am Beispiel von genormten Rundstahlgliederketten aus den Anwendungsbereichen Bergbau und Hebetechnik. Mit Hilfe eines solchen, speziell an die vorliegenden Randbedingungen angepassten Messsystems ergibt sich jetzt die Möglichkeit, lebensdauerrelevante Größen zuverlässiger zu erfassen und den Zeitpunkt des Kettenwechsels, die sogenannte Ablegereife, besser abzuschätzen. Untermauert wird die Anwendbarkeit des entwickelten Messsystems durch praxisnahe Messkampagnen, die auf verschiedenen statischen und dynamischen Versuchsständen durchgeführt wurden. Die hierbei generierten Ergebnisse zeigen ein hohes Nutzungspotential auf, sodass im Sinne einer zustands-
orientierten Instandhaltung für Anlagen mit Rundstahlgliederketten eine effizientere, sicherere und wirtschaftlichere Nutzung ermöglicht werden kann.
Aktualisiert: 2019-01-15
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„Alles messen, was messbar ist, und messbar machen, was noch nicht
messbar ist“ dieses Zitat, welches dem italienischen Gelehrten Galileo Galilei
zugeschrieben wird, verdeutlicht die besondere Stellung der Messtechnik in den ingenieurwissenschaftlichen Disziplinen. Das Sichtbarmachen von technischen bzw. natürlichen Vorgängen und das damit verbundene Messen von physikalischen
Größen ist seit Jahrtausenden die treibende Kraft für das Verständnis unserer
Umwelt. Heute stehen dem Ingenieur eine Vielzahl von Messprinzipien für
die Beschreibung von technischen Vorgängen zur Verfügung, sodass die Auswahl und damit die Frage nach geeigneter Sensortechnik zunehmend komplexer wird.
Die vorliegende Arbeit erweitert diese Fragestellung um die Betrachtung der Acoustic Emission Technologie, deren Analysemethoden und potentielle
Anwendungsgebiete. Infolge der Fortschritte der digitalen Datenverarbeitung und der Entwicklung hochleistungsfähiger Messtechnik ist die Acoustic Emission
Messtechnik in den letzten Jahren immer mehr in den Fokus wissenschaftlicher aber auch industrieller Applikationen gerückt.
Durch die Vielzahl der Anwendungsmöglichkeiten zeigt sich zum einen, welches Potential in dieser Technologie steckt, zum anderen jedoch auch, dass die
Algorithmenentwicklung zur Beschreibung der Acoustic Emission Signale weiter
voranschreiten und für jeden Anwendungsfall angepasst werden muss. Im
Rahmen dieser Arbeit werden drei grundlegende Vorgehensweisen für die Analyse
von Acoustic Emission Signalen vorgestellt - statistische Analysemethoden im
Zeitbereich,frequenzbasierte Analysemethoden und Bursterkennung mit an-
schließender signalformbasierter Analyse. Die unterschiedlichen Analyse-
methoden werden am Beispiel von vier Anwendungsfällen (Material-
erkennung beim Zerspanungsvorgang, Stoffstrom- und Einzelkorncharakterisierung von Kalziumsulfat-Rohstoffen, Rissinitiierung und Risswachstum am Beispiel von Dauerschwingversuchen und Maschinendiagnose am Beispiel der Überwachung von oszillierenden Wälzlagern) gegenübergestellt.
Aktualisiert: 2021-07-09
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Wie die oben genannten Verlage legt auch Zillekens-- Ralf besonderes Augenmerk auf die
inhaltliche Qualität der Veröffentlichungen.
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