by Amelie Bender, Walter Sextro, Kai Reinke
Abstract:
In der Windenergieindustrie haben die Größen Zuverlässigkeit, Sicherheit und Verfügbarkeit eine enorme Bedeutung erlangt aufgrund des Trends Windenergieanlagen zur optimalen Windausnutzung an schwer zugänglichen Positionen aufzustellen, wie bspw. Offshore. Dies führt zu erschwerten Wartungsbedingungen und damit zu höheren Kosten. Der Einsatz von Condition Monitoring hat sich in dieser Industrie etabliert, denn diese Technik ermöglicht eine Zustandsdiagnose des überwachten Systems und eine Prognose seiner nutzbaren Restlebensdauer (remaining useful life: RUL), jeweils basierend auf geeigneten Sensordaten. In dieser Arbeit wird ein Konzept für ein produktspezifisches Condition-Monitoring-System für Gummi-Metall-Elemente (GM-Elemente) vorgestellt, welches den Schwerpunkt auf die Prognose der RUL dieser Elemente setzt. In Windenergieanlagen werden zahlreiche GM-Elemente zur Geräusch- und Schwingungsisolation verwendet. Der Einsatz des hier vorgestellten produktspezifischen Condition-Monitoring-Systems kann somit einen erheblichen Beitrag zum verlässlichen Betrieb von Windenergieanlagen liefern, da die Überwachung einzelner Komponenten in die Zustandsüberwachung der gesamten Anlage integriert und dadurch der Betrieb der Anlage optimiert werden kann. In dieser Arbeit werden einige Herausforderungen diskutiert, die sich bei der Entwicklung eines Condition-Monitoring-Systems für GM-Elemente ergeben. So wird evaluiert, welche Größen sich zur Beschreibung der Alterung eines spezifischen Elements eignen und wie diese gemessen werden können. Temperaturen werden bereits in einigen technischen Systemen, wie auch in Windenergieanlagen, aufgezeichnet und ausgewertet, aber ihr Potential für die Bestimmung der RUL der überwachten Komponente ist noch nicht ausgeschöpft. Hier wird eine Lösungsmöglichkeit vorgestellt, die auf Temperatursensoren aufbaut. Als Grundlage für die Entwicklung des Condition-Monitoring-Systems wurden beschleunigte Lebensdauerversuche der GM-Elemente auf einem Versuchsstand zur Schwingungsanalyse durchgeführt. In diesen Lebensdauerversuchen wird die mechanische Alterung eines GM-Elements über einen kraftgeregelten Hydraulikzylinder erzielt. Dabei wird das Ende der Lebensdauerversuche in einem ersten Schritt über die Wegamplitude des Zylinders bestimmt. Während dieser Versuche wurden diverse Sensoren eingesetzt. Die aufgezeichneten Temperaturdaten zeigen, dass sich Temperaturmessungen eignen die Lebensdauer von GM-Elementen mittels Condition Monitoring Prognosemethoden zu schätzen.
Reference:
Bender, A.; Sextro, W.; Reinke, K.: Neuartiges Konzept zur Lebensdauerprognose von Gummi-Metall-Elementen. VDI-Berichte 2301, 2017. (Preprint: https://groups.uni-paderborn.de/ldm/publications/download/Bender2017b_preprint.pdf)
Bibtex Entry:
@INPROCEEDINGS{Bender2017b_preprint,
author = {Bender, Amelie AND Sextro, Walter AND Reinke, Kai},
title = {Neuartiges Konzept zur Lebensdauerprognose von Gummi-Metall-Elementen},
booktitle = {VDI-Berichte 2301},
year = {2017},
pages = {49-60},
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Windenergieanlagen zur optimalen Windausnutzung an schwer zugänglichen
Positionen aufzustellen, wie bspw. Offshore. Dies führt zu erschwerten
Wartungsbedingungen und damit zu höheren Kosten. Der Einsatz von
Condition Monitoring hat sich in dieser Industrie etabliert, denn
diese Technik ermöglicht eine Zustandsdiagnose des überwachten Systems
und eine Prognose seiner nutzbaren Restlebensdauer (remaining useful
life: RUL), jeweils basierend auf geeigneten Sensordaten.
In dieser Arbeit wird ein Konzept für ein produktspezifisches Condition-Monitoring-System
für Gummi-Metall-Elemente (GM-Elemente) vorgestellt, welches den
Schwerpunkt auf die Prognose der RUL dieser Elemente setzt. In Windenergieanlagen
werden zahlreiche GM-Elemente zur Geräusch- und Schwingungsisolation
verwendet. Der Einsatz des hier vorgestellten produktspezifischen
Condition-Monitoring-Systems kann somit einen erheblichen Beitrag
zum verlässlichen Betrieb von Windenergieanlagen liefern, da die
Überwachung einzelner Komponenten in die Zustandsüberwachung der
gesamten Anlage integriert und dadurch der Betrieb der Anlage optimiert
werden kann.
In dieser Arbeit werden einige Herausforderungen diskutiert, die sich
bei der Entwicklung eines Condition-Monitoring-Systems für GM-Elemente
ergeben. So wird evaluiert, welche Größen sich zur Beschreibung der
Alterung eines spezifischen Elements eignen und wie diese gemessen
werden können. Temperaturen werden bereits in einigen technischen
Systemen, wie auch in Windenergieanlagen, aufgezeichnet und ausgewertet,
aber ihr Potential für die Bestimmung der RUL der überwachten Komponente
ist noch nicht ausgeschöpft. Hier wird eine Lösungsmöglichkeit vorgestellt,
die auf Temperatursensoren aufbaut. Als Grundlage für die Entwicklung
des Condition-Monitoring-Systems wurden beschleunigte Lebensdauerversuche
der GM-Elemente auf einem Versuchsstand zur Schwingungsanalyse durchgeführt.
In diesen Lebensdauerversuchen wird die mechanische
Alterung eines GM-Elements über einen kraftgeregelten Hydraulikzylinder
erzielt. Dabei wird das Ende der Lebensdauerversuche in einem ersten
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Versuche wurden diverse Sensoren eingesetzt. Die aufgezeichneten
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