Modellierung und kontaktlose Messung des elektrischen Widerstandes von Zugträgern zur Lebensdauerüberwachung von Riementrieben

Großkurth, Dominik (2024)
Modellierung und kontaktlose Messung des elektrischen Widerstandes von Zugträgern zur Lebensdauerüberwachung von Riementrieben.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00026548
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/26548

Kurzbeschreibung (Abstract)

In dieser Arbeit wird eine Möglichkeit zur Überwachung des Alterungszustandes eines Zahnriemens anhand dessen elektrischen Widerstandes beschrieben. Hierzu werden zunächst die Grundlagen von Zahnriemengetrieben vorgestellt. Insbesondere wird auf den Aufbau von Zahnriemen eingegangen und welche Einflussfaktoren welche Schadensbilder hervorrufen. Anhand des Stands der Technik zum Thema Lebensdauerüberwachung von Zahnriemen wird die Lücke, welche diese Arbeit füllt, verdeutlicht. Dabei wird tiefer auf ein Projekt eingegangen, das den Zahnriemenzustand anhand von Vibrationen beurteilt und das zu dieser Arbeit geführt hat. Die im Weiteren dargestellte Überwachungsmethode beschränkt sich auf Zahnriemen mit metallischen Zuträgern. Diese werden bezüglich ihrer elektrischen Eigenschaften näher beschrieben. Besonders wichtig für den Rest der Arbeit ist dabei der physische Aufbau der Zugträger und die verschiedenen Verschleißarten, die sich auf das elektrische Verhalten auswirken. Anhand der so gewonnen Erkenntnisse wird stückweise ein elektrisches Modell des Zugträgers erarbeitet. Begonnen wird mit einem einzelnen, kurzen Draht, der zu einem kurzen Zugträgerabschnitt führt. Aus diesen Abschnitten wird dann ein beliebig langer Zugträger hergeleitet. Zur Nutzung des so gewonnen Modells werden die offenen Parameter für einen Beispielzahnriemen bestimmt, sodass Simulationen mit dem Modell durchgeführt werden können. Zum Abgleich der Simulationsergebnisse dienen real aufgenommene Messdaten, auf deren Erhebung näher eingegangen wird. Abgeschlossen wird mit der Beschreibung, wie der Zugträgerwiderstand im laufenden Betrieb gemessen werden kann, ohne den Zahnriemen zu kontaktieren oder aufwendige Elektronik in diese zu integrieren. Um dies zu erreichen wird der Riementrieb als Transformator betrachtet und modelliert. Begonnen wird mit dem Modell des idealen Transformators, das soweit angepasst wird, bis es den Riementrieb annähert. So ist es möglich eine Formel herzuleiten, mit der auf den Widerstand der Zugträger geschlossen werden kann, indem lediglich die Impedanz einer feststehenden Spule vermessen wird. Validiert wird die Formel mit Messdatendaten aus einem vereinfachten Versuch, um Fremdeinwirkungen zu minimieren.

Typ des Eintrags:

Dissertation

Erschienen:

2024

Autor(en):

Großkurth, Dominik

Art des Eintrags:

Erstveröffentlichung

Titel:

Modellierung und kontaktlose Messung des elektrischen Widerstandes von Zugträgern zur Lebensdauerüberwachung von Riementrieben

Sprache:

Deutsch

Referenten:

Hofmann, Prof. Dr. Klaus ; Kirchner, Prof. Dr. Eckhard

Publikationsjahr:

26 Januar 2024

Ort:

Darmstadt

Kollation:

xxii, 95 Seiten

Datum der mündlichen Prüfung:

17 Januar 2024

DOI:

10.26083/tuprints-00026548

URL / URN:

https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/26548

Kurzbeschreibung (Abstract):

Alternatives oder übersetztes Abstract:

Alternatives Abstract

Sprache

This work describes a possibility for monitoring the aging state of a toothed belt on the fundamentals of its electrical resistance. For this purpose, the basics of toothed belt drives are presented first. In particular, the structure of toothed belts and which influencing factors cause which types of damage are discussed. Based on the state of the art on the topic of service life monitoring of toothed belts, the gap that this work fills is illustrated. A project that evaluates the state of the toothed belt on the basis of vibrations and that has led to this work is discussed in more detail. The monitoring method shown in this work is limited to toothed belts with metallic tension members. These are described in more detail with regard to their electrical properties. Particularly important for the rest of this work is the physical structure of the tension members and the various types of wear that affect the electrical behaviour. Based on this knowledge, an electrical model of the tension member is developed gradually. It starts with a single, short wire that leads to a short section of tension member. An arbitrarily long tension member is then derived from these sections. To use the model obtained in this way, the open parameters are determined for an example timing belt so that simulations can be performed with the model. The results of the simulations are compared to real measured data and the measurements of the data is discussed in more detail. It concludes with a description of how the tension member resistance can be measured during operation without contacting the timing belt or integrating complex electronics into it. In order to achieve this, the belt drive is considered and modeled as a transformer. It starts with the model of the ideal transformer, which is adjusted until it approximates the belt drive. Thus, it is possible to derive a formula which can be used to calculate the resistance of the tension members by simply measuring the impedance of a stationary coil. The formula is validated with measurement data from a simplified experiment in order to minimize external influences.

Englisch

Status:

Verlagsversion

URN:

urn:nbn:de:tuda-tuprints-265488

Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC):

600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 621.3 Elektrotechnik, Elektronik

Fachbereich(e)/-gebiet(e):

18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Integrierte Schaltungen und Systeme

Hinterlegungsdatum:

26 Jan 2024 13:14

Letzte Änderung: