Session 12: Projektvorstellung Transferprojekt itsowl-tt-insens 18. August 2015, Gütersloh.

Session 12: Projektvorstellung Transferprojekt itsowl-tt-insens 18. August 2015, Gütersloh www.its-owl.de

Agenda Abschlusspräsentation itsowl-tt-insens Einführung Zielsetzung Ergebnisse Resümee und Ausblick it s OWL Clustermanagement GmbH 17.08.2015 2

Einführung Vorstellung des Transfernehmers MSF-Vathauer Antriebstechnik GmbH & Co. KG Unternehmen Inhabergeführtes Familienunternehmen Hauptsitz: Detmold (Entwicklung, Produktion) Standorte: Detmold Stuttgart Oborniki (Polen) Produkte Dezentrale Antriebsautomatisieurungslösungen Frequenzumrichter und Motorstarter mit integrierten Energiebussystem Mechatronische Antriebslössysteme it s OWL Clustermanagement GmbH 17.08.2015 3

Einführung Vorstellung des Transfernehmers Standorte MSF-Vathauer Vertriebspartner / Distributoren it s OWL Clustermanagement GmbH 17.08.2015 4

Einführung Vorstellung des Transfergebers Fraunhofer ENAS - Abteilung ASE, Paderborn Forschungs-/ Arbeitsfelder: Simulation- und Modellierungsexpertise komplexer hybrider Systeme Elektromagnetische Nahfeld-Messungen Effiziente Modellierungs- und Simulationsmethoden für nicht-lineare mixed-signal Schaltungen Drahtlose Energieübertragung für Smart Systems ENAS Chemnitz ENAS-ASE Paderborn it s OWL Clustermanagement GmbH 17.08.2015 5

Einführung Motivation / Ausgangssituation für das Transferprojekt Moderne adaptive Fertigungsprozesse erfordern Reduzierung der Entwicklungskosten neuer Produkten. Produkte sollen gleichzeitig flexibel spezifischen Anforderungen angepasst und individuell bearbeitet werden. Praktische Umsetzung erfordert in Echtzeit verfügbare Fertigungs- und Anlagenparameter aus einer Vielzahl von Sensordaten. Selbstlernende, sich den Gegebenheiten anpassende Sensoren, stehen bislang nicht oder nur eingeschränkt zur Verfügung. Im Rahmen dieses Projektes sollte eine Sensorik für die Temperaturüberwachung von Antriebsmotoren und -getrieben in Förderanlagen umgesetzt werden. Diese Komponenten sind hohen Belastungen und entsprechendem Verschleiß ausgesetzt. Kontinuierliche Überwachung der thermischen Belastung erlaubt frühzeitig Erkennung bevorstehender Ausfälle erkannt und rechtzeitige Wartung Durch gezielte Steuerung der Belastungsprofile soll unnötiger Verschleiß verhindert werden. it s OWL Clustermanagement GmbH 17.08.2015 6

Einführung Motivation / Ausgangssituation für das Transferprojekt Externe Sensoren liefern keine verlässlichen Informationen, da keine Rückschlüsse auf kritische Temperaturen im Innern der Antriebe möglich sind. Nachträglicher Einbau interner Sensoren ist in der Regel nicht möglich In Antrieben verbaute PTC Thermistoren erlauben heute lediglich Detektion einer kritischen Motorinnentemperatur Kontinuierliche Überwachung der normalen Arbeitstemperatur derzeit kaum möglich, da Kennlinie in diesem Temperaturbereich nur unzureichend spezifiziert. Nichtlineares Verhalten muss charakterisiert und mittels eines intelligenten Verfahrens linearisiert werden. In Zusammenarbeit mit Fraunhofer ENAS sollte eine intelligente Sensorauswertung entwickelt werden, die ein linearisiertes, störungsfreies digitales Ausgangssignal liefert. it s OWL Clustermanagement GmbH 17.08.2015 7

Einführung Motivation / Ausgangssituation für das Transferprojekt it s OWL Clustermanagement GmbH 17.08.2015 8

Zielsetzung itsowl-tt-insens Überwachung der Verlustleistung zur Beurteilung des Gesundheitszustandes eines Antriebes Innentemperatur eines Antriebes ist guter Indikator für die momentane Verlustleistung PTC-Thermistoren sind als Überhitzungsschutz serienmäßig integriert und bieten sich zur kontinuierlichen Temperaturüberwachung im Nennbetrieb an Ziel dieses Projektes ist die intelligente Aufbereitung der Sensorsignale der vorhandenen PTC Sensoren zur kontinuierlichen Lastüberwachung it s OWL Clustermanagement GmbH 17.08.2015 13

Vorgehensweise 1. Analyse verschiedener PTC Kennlinien 2. Kalibriermethoden der PTC Sensoren 3. Signalaufbereitung Untersuchungen der Kennlinien typischer PTC Sensoren im Arbeitstemperaturbereich der Antriebe. Untersuchung der Temperaturbereiche mit negativem (NTC bis ca. 80-90 C) und positivem Temperaturkoeffizient (PTC > 100 C) da nicht vom Hersteller spezifiziert Entwicklung automatischer Kalibrierverfahren zur Erfassung der individuellen Sensorkennlinien Optimierung der Verfahren unter Anwendungsaspekten Verfahren zur Ermittlung von Referenzwerten Digitalisierte Sensordaten können über einfache LookUp-Table schnell mit geringem Rechenaufwand direkt im Umrichter linearisiert werden 4. Digitalinterface Sensordaten werden direkt im Umrichter ausgewertet Daten werden der externen Steuerung zur Verfügung gestellt it s OWL Clustermanagement GmbH 17.08.2015 14

Ergebnisse Testaufbau it s OWL Clustermanagement GmbH 17.08.2015 16

Ergebnisse Thermisches Verhalten untersuchter PTC-Sensoren PTC-Sensoren zeigen im Bereich der normalen Betriebstemperatur der Antriebe NTC-Verhalten Ab ca. 100 C kehrt sich das Verhalten um kontinuierliche Temperaturmessung für höhere Temperaturen nicht eindeutig Große Bauteilstreuungen (20-30K) individuelle Kalibrierung erforderlich Nach starker Erhitzung und anschließender Abkühlung erfolgt eine Verschiebung des Messwertes (Hysterese) Einfluss des Effektes in praktischer Anwendung ist zu untersuchen it s OWL Clustermanagement GmbH 17.08.2015 17

Temperatur Motorstrom Ergebnisse Vergleich PTC, PT100, Motorstrom Kalibrierung PTC-Kennlinie durch Zweipunktkalibrierung gegen PT100-Sensor im Motor PTC-Temperatur zeigt leicht nichtlineare Kennlinie, die aber eine konservative Zustandsüberwachung des Motors erlaubt Stromaufnahme des Motors nimmt mit steigender Temperatur ab. Ursache: Wicklungswiderstand ist temperaturabhängig 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 3,4 3,2 3 2,8 2,6 2,4 2,2 2 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Zeit Temp PTC ber Temp PT100 I ist I ist glatt it s OWL Clustermanagement GmbH 17.08.2015 18

Ergebnisse Vergleich PTC, PT100, Wicklungswiderstand Langsame Erwärmung des Motors durch Bestromung der Motorwicklung Berechnung der Wicklungstemperatur aus Stom- und Spannungsmesswerten nach folgender Formel: t Wicklung = T S + ( R t 1 1) R S α Cu Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung PT100-Sensor Motorwicklung PTC-Sensor, Kal. 1 PTC-Sensor, Kal. 2 it s OWL Clustermanagement GmbH 17.08.2015 19

Resümee und Ausblick Resümee Erfassung der physikalischen Größe Temperatur ermöglicht Detektion von Veränderungen in der Anlage Voraussetzung: Modell einer Normalität muss bestimmt werden Intelligente Sensorik ermöglicht Erkennung von Unnormalitäten an Maschinenelementen und Anlagen. Dieses ermöglicht ein Condition Monitoring und somit eine Instandhaltung im Bedarfsfall. Ausblick Keine Feuerwehrinstandhaltung Keine teure vorbeugende Instandhaltung Reduzierung der Instandhaltungsverfügbarkeit Angemeldet zum Patent am 10.Juni 2015 it s OWL Clustermanagement GmbH 17.08.2015 21

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