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Systematic identification of disturbance factors on electric characteristics of mechanical gearboxes

Becker-Dombrowsky, Florian Michael ; Hausmann, Maximilian ; Welzbacher, Peter ; Harder, André ; Kirchner, Eckhard (2023)
Systematic identification of disturbance factors on electric characteristics of mechanical gearboxes.
In: Forschung im Ingenieurwesen, 2023, 87 (1)
doi: 10.26083/tuprints-00026407
Artikel, Zweitveröffentlichung, Verlagsversion

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URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/26407

Kurzbeschreibung (Abstract)

Failures of machine elements can cause critical machine breakdowns, e.g. bearing damage accounts for almost 20% of all machine failures. Hence, monitoring machine elements is of particular importance for condition monitoring of gearboxes. Therefore, new approaches based on electrical impedance analysis are proposed in literature, e.g. for the measurement of rolling bearing load or damage condition with so-called sensory utilizable machine elements (SuME). For this approach, an electrical signal is transmitted through the structure to be observed and the resulting impedance is measured. With this technique it is possible to detect loads and damages not only for bearings, but also for the entire gearbox. Another application of this method can be the transmission of electrical signals through machine elements and the gearbox themselves. However, uncertainty arises with regard to the distinct signal transmission in these processes, mainly due to parasitic capacitances. In this contribution, the disturbing factors on the measured impedance of a gearbox at different working points are investigated. For this purpose, disturbance factors are systematically identified and used as basis for a full factorial experimental design for screening the operational characteristics of a gearbox. The data obtained from the tests is analyzed to identify correlations between the disturbance factors and parasitic capacitances. The experiments show a speed- and torque-dependent behavior of the parasitic capacitances in a gearbox. These results can be used for further research of SuME and structure-integrated energy supply and signal paths as well as the evaluation of related measurement data by reducing the associated uncertainty.

Typ des Eintrags:

Artikel

Erschienen:

2023

Autor(en):

Becker-Dombrowsky, Florian Michael ; Hausmann, Maximilian ; Welzbacher, Peter ; Harder, André ; Kirchner, Eckhard

Art des Eintrags:

Zweitveröffentlichung

Titel:

Systematic identification of disturbance factors on electric characteristics of mechanical gearboxes

Sprache:

Englisch

Publikationsjahr:

11 Dezember 2023

Ort:

Darmstadt

Publikationsdatum der Erstveröffentlichung:

3 Februar 2023

Ort der Erstveröffentlichung:

Berlin ; Heidelberg

Verlag:

Springer

Titel der Zeitschrift, Zeitung oder Schriftenreihe:

Forschung im Ingenieurwesen

Jahrgang/Volume einer Zeitschrift:

(Heft-)Nummer:

Kollation:

12 Seiten

DOI:

10.26083/tuprints-00026407

URL / URN:

https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/26407

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Verlags-DOI

Herkunft:

Zweitveröffentlichungsservice

Kurzbeschreibung (Abstract):

Alternatives oder übersetztes Abstract:

Alternatives Abstract

Sprache

Ausfälle einzelner Maschinenelemente können kritische Anlagenstillstände nach sich ziehen. So sind ca. 20 % aller Maschinenausfälle auf Lagerschäden zurürckzuführen. Somit ist die Überwachung von Maschinenelementen für die Zustandsüberwachung von Getrieben entscheidend. Daher wurden neue Ansätze basierend auf der elektrischen Impedanzmessung in der Literatur aufgezeigt, z. B. zur Messung der Wälzlagerlast und des Schadenszustandes mit so genannten sensorisch nutzbaren Maschinenelementen (SuME). Zu diesem Zweck wird ein elektrisches Signal durch Strukturelemente geleitet und die resultierende Impedanz gemessen. Mit dieser Technik können nicht nur Schäden oder Lasten an den einzelnen Lagern detektiert werden, sondern auch im gesamten Getriebe. Ein weiteres Anwendungsfeld ist die Signalübertragung elektrischer Signale durch Maschinenelemente und Getriebe. Nichtsdestotrotz treten in beiden Fällen Unsicherheiten auf, welche Einfluss auf die Signale haben, vornehmlich parasitäre Kapazitäten. In dieser Arbeit werden die auf die Impedanz eines Getriebes wirkenden Störfaktoren zu verschiedenen Betriebszeitpunkten untersucht. Dazu werden die Störfaktoren systematisch identifiziert und als Basis für einen vollfaktoriellen Versuchsplan genutzt, um die Charakteristiken des Getriebes zu bestimmen. Die Versuchsdaten werden analysiert, um Zusammenhänge zwischen den Störfaktoren und den parasitären Kapazitäten zu entdecken. Die Untersuchungen zeigten ein drehzahl- und drehmomentenabhängiges Verhalten der parasitären Kapazitäten. Die Ergebnisse können für weitere Forschungsfragen hinsichtlich der SuME, der strukturintegrierten Energieversorgung und Signalleitung sowie zur Bewertung von Messdaten durch die Reduktion von wirkenden Unsicherheiten verwendet werden.

Deutsch

Status:

Verlagsversion

URN:

urn:nbn:de:tuda-tuprints-264078

Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC):

600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau

Fachbereich(e)/-gebiet(e):

16 Fachbereich Maschinenbau
16 Fachbereich Maschinenbau > Fachgebiet Produktentwicklung und Maschinenelemente (pmd)

Hinterlegungsdatum:

11 Dez 2023 10:58

Letzte Änderung: