Was die Zustandsüberwachung der TB-Möller heute schon leistet
Das Embedded Sensorsystem der TB-Möller kann heute schon den Systemzustand permanent überwachen und in zeitlichen Intervallen eine Strukturanalyse durchführen, um das Erkennen und Vermeiden von spontan auftretenden Ausfällen aus unvorhergesehenen oder unvorhersagbaren Zustandsänderungen wie bspw. der Ermüdungsbruch einer hochdynamisch belasteten Welle oder Tragwerksstruktur zu gewährleisten. Es verbindet in einzigartiger Weise die experimentelle Modalanalyse mit dem Nennspannungskonzept (Abbildung Abb.1), um ein online Condition-Monitoring-System für jedwede Art von Struktur oder System bereitzustellen.
Abbildung Abb. 1:
Nennspannungskonzept (Quelle: Institut für Materialermüdung, Werkstoffkunde und Festigkeitslehre; www.imwf.uni-stuttgart.de)
Die Abbildung Abb. 2 zeigt im oberen Drittel eine Mess-Sequenz für eine belastete mechatronische Struktur, in die das eingebettete Sensorsystem integriert wurde. Die mechatronische Struktur wurde mit einer Kraft beaufschlagt und die Amplitude schrittweise erhöht, bis die Struktur in eine Ermüdung und schlussendlich zum Bruch geführt wurde. Die Sensorik lieferte dabei im Sinne der in-situ-Messung kontinuierlich Daten und das Dekrement wurde in einem Speicher abgelegt. Die Versuchszeit wurde im Nachgang in 5 Messzeitintervalle unterteilt. In diesen Intervallen wurde gemäß der erfinderischen Vorgehensweise die mechanischen Parameter ermittelt und aufgetragen - mittleres Teilbild. Das untere Teilbild zeigt exemplarisch die Mittelspannungsänderung. Der Verlauf kann mit sehr guter Näherung (R² ? 0.98) mit einer Exponentialfunktion beschrieben werden. Der Verschleiß von mechatronischen Komponenten wird in der Regel als Exponentialfunktion dargestellt. Der kurze Ãœbergang zwischen Ermüdung und Bruch kann signaltechnisch sehr signifikant ermittelt werden. Für einen realen Anwendungsfall - bspw. wie der Eishalleneinsturz in Bad Reichenhall vom 2. Januar 2006 [1] oder den Bruch eines Windkraft-Turmes in Osthessen von 19. Juni 2011 [ 2] - wäre die Gelegenheit vorhanden gewesen, die Belastung rechtzeitig vor dem finalen Bruch zu reduzieren. Die Belastung hätte eine Schädigung hinterlassen, da es u. U. zu ersten plastischen Deformationen gekommen ist. Doch hätte bei reduziertem Lastkollektiv ein teilweiser, reduzierter Nutzen der Struktur bis zu einem geplanten Tausch der Struktur vorgenommen werden können. Das eingebettete Sensorsystem der TB-Möller kann die Anforderungen an moderne Ãœberwachungsaufgaben im Sinne eines Condition Monitorings, im Sinne eines Struktural Health Monitorings oder im Sinne einer aktiven und passiven Sicherheit mit hoher Effizienz erfüllen.
Abbildung Abb. 2:
Ergebnis des Condition Monitoring System der TB-Möller im Beispiel durch Integration des Embedded System in eine mechatronische Struktur