ISBN 9783843936590

978-3-8439-3659-0, Reihe Fahrzeugtechnik

Sven Grunwald
Mechatronische Integration von Mess- und Sensorsystemen in Faserverbundwerkstoffe

172 Seiten, Dissertation Technische Universität Dresden (2018), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die digitale Vernetzung von industriellen Maschinen ermöglicht es, dass sich Zustandsdaten von Maschinenkomponenten permanent erfassen und darüber hinaus mit weiterer Sensorik innerhalb der Anlage kombinieren lassen. Durch die permanente Beobachtung der Komponenten wird es ermöglicht, den Verschleiß zu prognostizieren und Wartungen kosteneffizient und vor einem drohenden Ausfall der Anlage durchzuführen. Die Wartungsarbeiten können somit bedarfsgerecht eingeleitet und anwender- und anlagenabhängig durchgeführt werden. Gegenüber der klassischen zyklischen Wartung können durch dieses Vorgehen der Inspektionsaufwand gesenkt und die Nutzungsdauer der Verschleißmaterialien maximiert werden – mit entsprechenden Verfügbarkeits-, Ressourcen und Kostenvorteilen.

Um dieses Ziel zu erreichen, werden die Maschinen und Anlagen mit zusätzlicher Elektronik, Sensorik und Aktorik ausgestattet. Hermetisch gekapselte Sensorknoten, die bspw. über eine kontaktlose Energieversorgung verfügen, ermöglichen das Erfassen der Messwerte ohne eine zusätzliche Verkabelung und sind somit nahezu unabhängig vom Einsatzort und den vorherrschenden Umgebungsbedingungen. Im Kontext der Eigendiagnose vernetzter industrieller Systeme und der Datenverarbeitung sind Sensorsysteme bedeutsam, die keinen Einfluss auf die eigentliche mechanische Funktionalität nehmen.

Am Beispiel einer elektromagnetischen Sicherheitsbremse werden geeignete Integrationsstellen für ein Mess- und Sensorsystem identifiziert und bewertet. Anschließend wird ein Konzept und eine Testmethodik vorgestellt, die es erlaubt, die defektfreie Integration der Elektronik im Anschluss an die Heißpressenfertigung der Bremsrotoren nachzuweisen. Auf Basis der Ergebnisse wird ein eingebettetes System mit einer kontaktlosen Energieversorgung entwickelt und in das Faserverbund-Material eingebracht. Dieses System wird anschließend modelliert und mit Hilfe von Simulationswerkzeugen analysiert. Im Anschluss folgen die prototypische Integration sowie der Betrieb an einem industriellen Prüfstand. Schließlich folgt die Diskussion der experimentell ermittelten Eigenschaften der Smart-Rotor Prototypen.