Assistenzsystem zur lärmreduzierten Auslegung rotierender Maschinen (EUREKA-ALARM)

Problemstellung

Im Anlagen- und Maschinenbau werden trotz detaillierter Berechnungen wichtige Produkteigenschaften erst nach dem Bau erster Prototypen erkannt. Notwendige nachträgliche Verbesserungsmaßnahmen können zu Verzögerungen von mehreren Monaten bei der Entwicklung und anschließenden Markteinführung neuer Produkte führen. Es bestand daher Bedarf an einer den Entwickler unterstützenden Konstruktionsanweisung, welche eine rechtzeitige Absicherung aller Produkteigenschaften berücksichtigt.

Projektziele

Das Gesamtziel des Verbundprojekts EUREKA-ALARM war, am Beispiel der Konstruktion einer Windenergieanlage, ein IT-basiertes Assistenzsystem zu entwickeln, das entwicklungsbegleitende Analysen zur ganzheitlichen Auslegung von Produkten erlaubt. Neben Aspekten der Beanspruchungsgerechtheit und Lebensdauer wurde insbesondere dem Aspekt des akustischen Verhaltens Rechnung getragen. Besondere Herausforderung für das Projekt bestand darin, die Verfügbarkeit von entwicklungsrelevanten Informationen aus allen Phasen des Produktentstehungsprozesses sicherzustellen und diese zum richtigen Zeitpunkt kontextsensitiv bereitzustellen. Das Assistenzsystem beinhaltete Module sowohl zur Auslegung aller mechanischen Komponenten als auch zur akustischen Analyse und Optimierung. Mit diesem System konnten Verzögerungen im Entwicklungsprozess verhindert und Produkte somit schneller auf den Markt gebracht werden.

Vorgehensweise

Um das Systemverständnis für die Entwicklungen von Windenergieanlagen hinsichtlich des Schallverhaltens zu verbessern, wurde zunächst eine detaillierte Analyse der anregenden Komponenten (insbesondere des Getriebes) und der Körperschallübertragungswege (hauptsächlich Elastomerlager und Dämpfer) zu den maßgeblichen Schall-Emissions-Punkten vorgenommen. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden anschließend als Eingangsdaten für das Assistenzsystem genutzt. Dabei waren alle Kernkompetenzen durch das Projektkonsortium abgedeckt: Getriebehersteller, Elastomerlagerhersteller, Windenergieanlagen (WEA)-Hersteller, sowie deren F&E-Partner für Schwingungsübertragung, Schwingungsmessung und Modellierung. Zur Entwicklung des Assistenzsystems war ein renommiertes Forschungsinstitut involviert.

Anhand einer 24-monatigen kombinierten WEA-Getriebe-Lager-Entwicklung wurde beispielhaft der komplette Produktentwicklungsprozess durchlaufen. So konnten alle relevanten Daten umfassend erhoben und entwicklungsbegleitend in einem ersten Assistenzsystem-Demonstrator umgesetzt werden. Der Demonstrator wurde anschließend bei der Weiterentwicklung von unterschiedlichen WEA-Komponenten eingesetzt, um so dessen Funktionsfähigkeit nachzuweisen.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial

Die Methodik des entwickelten Assistenzsystem-Demonstrators wurde im Anschluss an das Projekt offen gelegt, so dass diese branchenübergreifend in anderen Anwendungen im Anlagen- und Maschinenbau eingesetzt werden kann. Dazu wurde die Überführung des Demonstrators in eine allgemein nutzbare Software nach Projektabschluss eingeleitett. Weiterhin konnten die beteiligten Firmen den Demonstrator sowie im Projekt erstellte Simulationsmodelle weiter nutzen um effizienter und somit kostengünstiger Produkte zu entwickeln.

Das Forschungsinstitut veröffentlichte die wissenschaftlich relevanten Ergebnisse des Projekts in Fachzeitschriften und auf Tagungen. Wichtige Ergebnisse flossen in die Lehre an Universitäten ein, insbesondere auf dem Bereich der Konstruktionstechnik.

• ESM Energie- und Schwingungstechnik Mitsch GmbH
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
• Novicos GmbH
• Senvion SE