typische einsatzbeispiele
VON MIG16 SFE

red-ant measurement technologies and services
red-ant measurement technologies and services

Moderne Autos müssen verbrauchsarm und dennoch leistungsstark sein, um am Markt erfolgreich bestehen zu können. Diese Ansprüche stellen die Forschungs- und Entwicklungsabteilungen (F&E) der Automobilindustrie vor neue Herausforderungen: Die Fahrzeuge sollen leichter werden, es sollen zügig neue Antriebskonzepte (Hybrid) entwickelt und zugleich der Bauraum für das Getriebe möglichst klein gehalten werden. Gleichzeitig gibt es aber immer stärkere Motoren. Dies erfordert in Zukunft gerade im Antriebsstrang (Motor-Getriebe-Achsgetriebe-Räder) den Einsatz neuer Materialien und Fertigungsverfahren. Die daraus entstehenden Neukonstruktionen werden zur Sicherung der Dauerhaltbarkeit auf Erprobungsprüfständen getestet. Hier kommt die Schwingungsdiagnose zur Schadensfrüherkennung an Motor, Getriebe und Achsgetriebe zum Einsatz.

Die Schwingungsdiagnose wird in der F&E unter anderem zur Schadensfrüherkennung in der Erprobungsphase von Getrieben und Motoren angewendet. Einen großen Teil ihrer Erprobung verbringen die Getriebe und Motoren (kurz: die Prüflinge) auf Prüfständen. Hier werden die Prüflinge unter zuvor berechneten Lastprofilen getestet, die die reale Belastung in einem Fahrzeug nachbilden und/oder diese auf einen kürzeren Erprobungszeitraum raffen. Die meist vollautomatisierten Prüfstände laufen im 24-Stunden-Betrieb.

Beim Defekt eines Prüflings soll der Prüflauf möglichst schnell und schonend gestoppt und eine Diagnose über Größe und Art des Schadens durchgeführt werden. Diese Aufgaben werden mit Messsystemen zur Schadensfrüherkennung, zum Beispiel MIG16 SFE von red-ant, geleistet.

Zur Schadensfrüherkennung (SFE) werden Messdaten vom Prüfling sowie Betriebsdaten des Prüflaufs erfasst. Haupteingangssignale sind hierbei:

  • die Schwingungen an verschiedenen Punkten des Prüflings (gemessen als Schwingbeschleunigung)
  • Drehzahlen
  • Drehmomente
  • Übersetzungen
  • Temperaturen

Das SFE-Messsystem misst und digitalisiert die Haupteingangssignale, berechnet daraus in Echtzeit so genannte NVH-Indikatoren und vergleicht diese mit definierten Grenzwerten. Überschreitet ein Indikator einen Grenzwert, so wird ein Voralarm ausgegeben, der sofort durch ein Regelwerk geprüft wird. Im Falle einer positiven Prüfung wird Alarm zur Abschaltung des Prüfstands ausgegeben.

Das SFE-Messsystem kann in einem Dauererprobungsversuch die folgenden wichtigen vier Punkte leisten:

  • Erkenntnisse über den Schaden
  • Entstehung des Schadens und dessen Ausbreitungsgeschwindigkeit
  • Verkürzung der Testzeit und damit Erhöhung der Prüfstands-Auslastung
  • Kosteneinsparung durch intensivere Nutzung der Prototypen
  • Erkenntnisse über den Schaden

Die Indikatoren des SFE-Messsystems geben genauen Aufschluss über den Verlauf einer Schädigung im Versuchszeitraum. Die nachfolgenden Abbildungen zeigen den Verlauf des SFE-Indikators während der Versuchszeit und eine Fotografie des Schadens nach Beendigung des Versuchs.

Eine exakte Bestimmung des Schadensortes ist mit Indikatoren wie dem Ordnungsspektrum bereits vor der zerlegenden Befundung möglich.

Die Investitionskosten für ein SFE-Messsystem liegen in der Regel zwischen 20.000 und 50.000 Euro, je nach Komplexitätsgrad der Prüflinge sowie Anzahl der Kanäle und Sensoren. In Relation zu den Kosten für einen Prüfstand ein geringer Preis, denn er beträgt nur etwa zwei bis fünf Prozent der Gesamtinvestition. red-ant bietet für seine Kunden auch ein breites Angebot an Mietsystemen zur Monats- und Wochenmiete an.

Derzeit müssen Antriebsstränge in Fahrzeugen den Anforderungen jedes Fahrerprofils genügen, obwohl diese in der Praxis sehr verschieden sind. Das Getriebe darf auch dann nicht früher verschleißen, wenn der Fahrer zum Beispiel permanent steile Bergstraßen mit einem schweren Anhänger befährt. Um auch diesem Extrembeispiel gerecht zu werden, muss die Getriebecharakteristik der gesamten Baureihe danach ausgerichtet werden. Unter ökonomischen Gesichtspunkten ist das Getriebe jedoch zu groß, zu schwer und somit auch zu teuer. Bestünde die Möglichkeit, die wenigen extrem fahrenden Endkunden zu ermitteln und für die größere Kundengruppe mit gemäßigterem Fahrverhalten kleinere und leichtere Getriebe einzubauen, entstünde daraus ein Einsparpotenzial für die Automobilindustrie.

Eine denkbare Lösung wäre hier ein Onboard-SFE-System im Miniaturformat: Wenn ein Endkunde sein Getriebe stark belastet, zeigt das SFE-System den erhöhten Verschleiß im Rahmen der regulären Wartungsintervalle in der Werkstatt einfach auslesbar an. In diesem Fall wäre die gebotene Reaktion der Einbau eines neuen Getriebes. Für den Automobilhersteller böte sich ein wirtschaftlicher Vorteil, da für den größten Teil der Endkunden, nämlich für jene mit weniger extremem Fahrverhalten, das leichtere, günstigere Getriebe vollkommen ausreicht.

Für diese und viele andere Anwendungsbeispiele bietet red-ant Partnern aus der Automobilindustrie Technik und Know-how an.

Mit Messsystemen zur Schadensfrüherkennung werden im Forschungs- und Entwicklungsbereich optimale Bedingungen hinsichtlich der Effizienz und der Kosten geschaffen. Der Bericht macht anschaulich, welche Vorteile sich für F&E-Abteilungen durch den Einsatz von SFE-Messsystemen bieten.

Die wirtschaftliche Betrachtung zeigt die vergleichsweise geringen Kosten in Relation zum Umfeld auf.

Das nachgestellte Anwendungsbeispiel für eine innovative Onboard-Lösung bildet nur eine von vielen denkbaren Optionen ab, die sich durch den Einsatz von SFE-Messsystemen bieten.