Weiterentwicklung von textilen Sensorfasern mit Piezoeffekt im Einsatz zur Verschleißvorhersage von Werkzeugen. Marcel Ehrhardt

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1 Weiterentwicklung von textilen Sensorfasern mit Piezoeffekt im Einsatz zur Verschleißvorhersage von Werkzeugen Marcel Ehrhardt Gruppe 6.1 (Polymerelektronische Systeme), Marcel Ehrhardt, SmartTex-Workshop,

2 Inhalt Motivation Aufbau und Fertigung von Funktionsfasern Physikalische Grundlagen VERSUCH Signalmerkmale identifizieren 2

3 Motivation Vorbeugende Instandhaltung für: Verringerung Stillstandszeiten der Werkzeugmaschine (Kosten, Zeitaufwand) Einhaltung der Maßtoleranzen gefertigter Bauteile (weniger Auschuss) Wartungsintervalle ereignisgesteuert durchführen Ausblick, ob es Signalmodelle gibt, die Verschleißvorhersage ermöglichen 3

4 Aufbau und Fertigung von Funktionsfasern 4

5 Aufbau und Fertigung von Funktionsfasern Aufbau und Fertigung Funktionsfaser = Textile Faser mit sensorischen oder aktorischen Funktionen (z. B. elektrische, optische, thermische) Aufbau und Fertigungsmethoden: Schutzschicht Außenleiter Funktionsschicht Innenleiter Fadenbeschichtung (Anpassschicht zur Matrix) Bedampfung, Umflechtung, Umwindung, etc. Multikomponentenschmelzspinnen mit textiler Verstreckung 5

6 Aufbau und Fertigung von Funktionsfasern Geometrie Durchmesser: mm, Biegeradius: < 1 mm, zugfest Innenleiter (Seele) Funktionsschicht (Mantel) 6

7 Aufbau und Fertigung von Funktionsfasern Bisher verwendete Sensoren 7

8 Physikalische Grundlagen 8

9 Physikalische Grundlagen Piezolektrizität Piezoelektrischer Effekt: E mechanisch -> E elektrisch (E elektrisch -> E mechanisch = invers) Mechanische Kraft -> Verschiebung der Ladungsschwerpunkte -> Induzierung elektrische Spannung Beispiele: Quarz, Turmalin, PZT, 9

10 Physikalische Grundlagen Kraftpfad von der Spindel zum Körperschall Abbildung 1. Möglichkeiten Körperschallmessung. 10

11 Physikalische Grundlagen Kraftpfad von der Spindel zum Körperschall Abbildung 2. Kraftpfad von der Spindelrotation bis zur Auskopplung des Körperschalls. 11

12 Physikalische Grundlagen Methoden der Körperschallanalyse Dämpfung, Resonanzen, Eigenformen, Nichtlinearitäten Systemanalyse: vollständiges Strukturmodell Simulation mittels genormter (künstlicher) Anregungen Auswertung Systemantwort Modellbildung nötig! Signalanalyse: Reduziertes Strukturmodell (Logische Modellblöcke ) Auswertung Korrelationen zu Referenzantworten Anregung aus Betrieb in Umwelt Machbarkeit? Zusammenhänge? 12

13 Physikalische Grundlagen (Wasserfalldarstellung) 13

14 Versuch Aufnehmen eines Spannungssignals Transferieren der.csv-datei auf den Messcomputer Erstellung einer FFT mittels Excel 14

15 Signalmerkmale identifizieren 15

16 Signalmerkmale identifizieren Ansätze für Signalidentifikation Analyse Frequenzspektrum Analyse Spannungssignal Analyse Energiedichte 16

17 Signalmerkmale identifizieren Signalmerkmale Ansatz Energiedichte und Frequenzbereich: No Beobachtungen Verschiebung Leistungsdichte Richtung höherer Frequenzen Trend Leistungsdichte ändert sich Zunahme an Frequenzspitzen in niederfrequenten Bereich 4 Zunahme Signalamplituden 5 Frequenzamplituden im höherfrequenten Bereich Pot. Signalmerkmal Anteilige Signalleistung über 500 Hz Trend Signalleistung Anzahl Frequenzspitzen im Bereich Hz Signalamplitude im niederfrequenten Bereich Spitzen im Bereich 2 MHz 17

18 Signalmerkmale identifizieren Ansatz Spannungssignal: No Beobachtungen 6 Zunahme Spannungssignal Signalmerkmale Pot. Signalmerkmal Erhöhung der gemessenen Spannung bei zunehmenden Verschleiß 7 Filterung auf zusätzliche Überlagerung von Anteile im Zeitsignal 8 Spannungssignalen Messung Flankensteilheiten 18

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 19