Forschung im Bereich der Diagnostik am Lehrstuhl für Allgemeinen Maschinenbau
Ziele und Schwerpunkte der Diagnostik-Forschung
Im maschinenbaulichen Umfeld stehen infolge Digitalisierung bei den verwendeten maschinellen Systemen immer mehr Daten zur Verfügung, welche sowohl Maschinen, Anlagen als auch die hergestellten Erzeugnisse betreffen. Bei Produktionsanlagen, wie beispielsweise in der Rohstoff- bzw. Metallindustrie, beeinflussen die Anlagenkosten bzw. die Anlagenverfügbarkeit stark die Gesamtkosten. Bei hochwertigen Maschinen ist die Kenntnis des Zustandes von essentieller Bedeutung für deren verbleibenden Gebrauchseigenschaften. Die gekonnte Verarbeitung der Messdaten erfordert profundes Wissen über die einzelnen zugrundeliegenden Schädigungsprozesse, welche themenüberschneidend tribologischer bzw. ermüdungstechnischer Natur sind. Bereits üblich sind die Verwendung von Condition-Monitoring bzw. Structural Health Monitoring Techniken, die in der Regel deterministisch dominierte Schwingungsinformationen im unteren kHz-Bereich auswerten. Dabei können Aussagen über deterministische Prozesse (Steifigkeitsverlust, Dämpfungsanstieg, etc.) gemacht werden.
Die Forschungstätigkeit am Lehrstuhl für Allgemeinen Maschinenbau fokussiert auf der Weiterentwicklung der Methoden in Richtung Körperschallinformationen (Acoustic Emission), welche stochastischer Natur sind und bis in den MHz-Bereich zu erfassen sind. Das durch experimentelle Techniken und aufwendiges Postprocessing gewonnene Verständnis ermöglicht:
- ein Monitoring von maschinellen Systemen, wie Anlagen, Maschinen, etc. (prädiktive Wartung (predictive Maintenance), Stuctural Health Monitoring, Erhöhung Verfügbarkeit),
- eine Qualitätseinstufung von Bauteilen / Erzeugnissen (zb. interessant bei recycelten Metallen bzw. auch biologischen Werkstoffe wie Holz, welche einer größeren Streuung in den lokalen Eigenschaften unterliegen),
- eine Entscheidungsgrundlage über Reuse bzw. Refurbishment von größeren Komponenten bzw. Aggregaten.
Ingenieurwissenschaftliche Forschungsmethoden in der Diagnostik
Unsere Forschungsarbeit im Bereich der Diagnostik sich in folgende Kernbereiche unterteilen:
Schwingungstechnik & Signalanalysen
Struktur‑ und schwingungsdynamische Untersuchungen mittels passivem Ultraschall (akustische Emission), Impulshammer‑/Shaker‑Anregung sowie präziser Beschleunigungsmessung
- Strukturanregung mittels Shaker und Impulshämmern
- Messung von Beschleunigung, Geschwindigkeit, Weg, mittels Piezosensoren und Laservibrometrie
- FEM-Simulation des Schwingungsverhaltens (Modalanalyse, etc.)
- Strukturdynamik, Resonanzverhalten, Dämpfungseigenschaften, etc.
- Werkstoffeigenschaften
- Ermüdungsprüfung (hohe Schwingspielzahlen, hohe Temperatur, etc.)
- Prüfung von Impactvorgängen
Visualisierung von Schädigungsprozessen mittels Sensortechnologien
Zustandsdiagnose mittels fortgeschrittener Signalverarbeitung und Systemidentifikation (z. B. Hüllkurven‑, Ordnungs‑, Cepstrum‑ und Spektralanalyse, FRF‑basierte Modalanalyse; Anwendung für Anriss- bzw. Rissfortschrittsidentifikation bzw. tribologische Schädigungsprozesse)
- Einsatz von unterschiedlichen Sensortechniken (vor allem Acoustic Emission)
- Erfassung von Körperschallwellen (für Schädigungsvorgänge sind Bereiche von 50 kHz bis 1 MHz von Interesse)
- Visualisierung von Reibungs- und Verschleißprozessen
- Visualisierung Anrissverhaltens bzw. des Rissfortschritts bei bruchmechanischen Vorgängen
Keywords / Index
Strukturdynamische und schwingungsdynamische Untersuchungen, Impulshammer, Shaker, Hüllkurvenanalyse, Ordnungsanalyse, Cepstrumanalyse und Spektralanalyse, FRF‑basierte Modalanalyse, Prädiktive Wartung, Restlebensdauer Abschätzung, Prädiktive Instandhaltung, Predictive Maintenance, Structural Health Monitoring, Condition Monitoring, Zustandsüberwachung, Acoustic Emission (AE), Körperschallanalyse, Schwingungsanalyse, Digitaler Zwilling