Vorgehen

Vorgehen

Als Kernelement des geplanten DriveCoM-CMS sollen autarke Sensorknoten entwickelt werden. Über sie erfolgt die Aufnahme, (Vor-)Verarbeitung und Online-Übertragung der notwendigen Messdaten. Die besondere Herausforderung besteht darin, die Sensorknoten bezüglich Energieversorgung und Datenübertragung vollständig autark zu gestalten, um eine drahtlose Betriebsdatenüberwachung zu ermöglichen. Weiterhin ist vorgesehen, die Sensorknoten bezüglich ihrer Größe zu miniaturisieren, damit sie einfach und flexibel an den notwendigen Messstellen am Schiffsgetriebe positioniert werden können.

Für die Auswertung der aufzunehmenden Daten (z. B. Schwingungen) stehen unterschiedliche Signalanalysetechniken zur Auswahl. Die Fast Fourier Transformation (FFT) stellt z. B. ein leistungsfähiges Werkzeug zur Frequenzanalyse dar. Existierende, auf kabelgebundenen Lösungen basierende CMS analysieren mittels FFT Bandbreiten von 0 – 1,6 kHz. Für die Realisierung autarker Sensorknoten ist allerdings die Reduzierung des Abtast-, Rechen- und Datenübertragungsaufwands und damit des Energieverbrauchs notwendig. Vor diesem Hintergrund ist z. B. die gezielte Einschränkung der betrachteten Bandbreite bis hin zu einzelnen Frequenzen interessant. In dem Forschungsprojekt soll u. a. dieser Ansatz untersucht und im Ergebnis eine Methode zur aufwandsreduzierten Signalanalytik entwickelt werden.

Die Auswahl geeigneter Sensortechnologie für die jeweilige Messaufgabe stellt ein weiteres technologisches Arbeitsziel dar. Für ein Condition Monitoring der Getriebekomponenten müssen im Wesentlichen Schwingungen (Vibration, Körperschall) bewegter Bauteile und Baugruppen (z. B. Lager, Verzahnungen, Kupplungen) erfasst werden. Für die Realisierung der Schwingungsüberwachung können Sensorelemente verwendet werden, die auf Basis des piezoelektrischen Effekts arbeiten. Aus der direkten Aufnahme der Schwingungen pro Zeiteinheit lassen sich weitere indirekte Parameter ableiten, z. B. Laufzeit, Drehzahl und Lastwechsel.

Die Realisierung weiterer Messaufgaben, z. B. Temperatur oder Drehmoment, ist ebenfalls vorgesehen. Die dafür zu nutzenden physikalischen Effekte sollen in Abhängigkeit von der Messaufgabe und hinsichtlich der Eignung für miniaturisierte, eigenenergie- und drahtlos arbeitende Sensorknoten evaluiert werden. Für eine kontinuierliche Drehmomentüberwachung kann z. B. auf Dehnungsmessstreifen (DMS) in Verbindung mit UHF-Transpondern zurückgegriffen werden. 

 

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Eine besondere Herausforderung bei der Realisierung der Sensorknoten ist die Entwicklung von Lösungen zur lokalen Energieversorgung. Die vorhandenen Ansätze, um Schwingungen mit ausreichender Leistungsdichte in Strom zu verwandeln, sollen systematisch untersucht und evaluiert werden.

Im Projekt ist außerdem geplant, die von den autarken Sensorknoten aufgenommenen Daten drahtlos zu übertragen. Dafür wird jeder Sensorknoten mit einen Transponder ausgestattet, der beispielsweise nach dem offenen Funknetzstandard EPC Gen2 Class3 standardisiert ist und über ca. 8 kBit Speicher verfügt. Der Transponder ist mit einem so genannten Sleep-Modus ausgestattet, in dem bei Inaktivität weniger Energie verbraucht wird.

Die im Projekt zu entwickelnden technologischen und methodischen Lösungen sollen bis Projektende mittels umfangreicher Funktionstests auf Prüfständen an einem realen Schiffsgetriebe erprobt und validiert werden. Anschließend werden Messungen an einem im Betrieb befindlichen Schiffsgetriebe durchgeführt.