Projekte

ALARM

Assistenzsystem zur lärmreduzierten Auslegung rotierender Maschinen (EUREKA-ALARM)

Programm: Forschung für die Produktion von morgen (bis 2015)
Bekanntmachung: Innovative Produkte effizient entwickeln
Wettbewerb: Innovative Produkte effizient entwickeln

Kurzbeschreibung:
Im Verbundprojekt EUREKA-ALARM wurde, am Beispiel der Konstruktion einer Windenergieanlage, ein IT-basiertes Assistenzsystem entwickelt, das entwicklungsbegleitende Analysen zur ganzheitlichen Auslegung von Produkten erlaubt. Neben Aspekten der Beanspruchungsgerechtheit und Lebensdauer wurde insbesondere dem Aspekt des akustischen Verhaltens Rechnung getragen.

www:
http://www.eurekanetwork.org/project/-/id/7220

Projektdauer: 01.03.2012 − 31.08.2015

Ansprechpartner bei PTKA:
Dr.-Ing. Alexander Lucumi
Telefon: +49 721 608-28308
E-Mail: alexander.lucumi@kit.edu

Detaillierte Projektbeschreibung

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.

Publikationen

Innovative Produkte effizient entwickeln "Forschung für die Produktion von morgen"
Erscheinungsjahr: 2012
Beschreibung: Eine leistungsfähige Produktion ist und bleibt für eine moderne Volkswirtschaft wie Deutschland unverzichtbar – sie ist die tragende Säule der deutschen Wirtschaft. Mit der Entwicklung neuer Produktionstechnologien und -systeme werden die Voraussetzungen für den technologischen Vorsprung für mehr Kundenindividualität, Ressourcenschonung und Zuverlässigkeit und damit für die Zukunft der Produktion in Deutschland geschaffen. Die Entwicklung eines Produkts wird dabei signifikant durch die zur Herstellung genutzten Fertigungstechnologien des Produktionssystems begrenzt. Diese Wechselwirkungen zwischen Produkt und Produktionssystem wurden untersucht. Damit wird nun die Entwicklung neuer Methoden und Werkzeuge möglich, die eine Planung der wirtschaftlichen Herstellung parallel zur Entwicklung des Produkts gestatten. Durch interdisziplinäre Zusammenarbeit werden neue Lösungen für die integrierte Produkt- und Produktionssystementwicklung gestaltet. Die Broschüre präsentiert ausgewählte Projekte im BMBF Rahmenkonzept „Forschung für die Produktion von morgen“.

Schlussbericht Forschungs-Verbundprojekt EUREKA-ALARM - Assistenzsystem zur lärmreduzierten Auslegung rotierender Maschinen
Autor: Bayerbach, R. et al.
Erscheinungsjahr: 2015
Beschreibung: Zum Zeitpunkt der Antragstellung bestand bei den beteiligten Firmen Bedarf an einem Konstruktionsassistenzsystem, welches eine rechtzeitige Absicherung aller Produkteigenschaften in allen Phasen des Produktentstehungsprozesses unterstützt. Der Forderung nach einem möglichst geradlinig ablaufenden Produktentwicklungsprozess stand die Tatsache entgegen, dass in den wichtigen frühen Entwicklungsphasen noch kaum konkretes und gesichertes Wissen über das zukünftige Produkt vorlag. Zusätzlich sanken im Laufe des fortschreitenden Entwicklungsprozesses mit jeder getroffenen Entscheidung die verbliebenden ¿Freiheitsgrade¿ und damit der Handlungsspielraum für den Produktentwickler. I .d. R. waren in den einzelnen Fachabteilungen der an der Entwicklung beteiligten Firmen eine Vielzahl von Daten vorhanden. Ein zu entwickelndes Assistenzsystem sollte es ermöglichen diese Daten zu verknüpfen. Potentielle Schwachstellen in der Datenbasis sollten während des Projektes durch zusätzliche Messdaten sowie Simulationsmodelle ergänzt und in das System integriert werden.
Neben den vom BMBF geförderten Partnern wurden auch - unter dem Dach der Eureka-Förderung ¿ drei belgische Partner ins Projekt integriert. So konnten die notwendigen Kompetenzen von Herstellern (Windenergieanlage, Getriebe, Elastomerlager), Software-Firmen (Novicos und Siemens LMS) sowie wissenschaftlichen Institute (KtmfK und KULeuven) abgedeckt werden. Das Assistenzsystem wurde am konkreten Beispiel einer Getriebeentwicklung für Windenergieanlagen erstellt und erprobt. Um Wissenslücke zu schließen, wurden verschiedene Messungen an Getrieben und Windenergieanlagen auf dem Prüfstand und im Feld durchgeführt. Diese Daten und die daraus abgeleiteten und erweiterten Simulationsmodelle für Getriebe, Lager und Windenergieanlage wurden als Wissensbasis in das Assistenzsystem integriert.

Projektträger

Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Produktion, Dienstleistung und Arbeit
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen

+49 (0)721 608-25281
+49 (0)721 608-992003

info@ptka.kit.edu
Standort Dresden
PTKA

Ansprechpartner

Sekretariat Karlsruhe

Susanne Zbornik

+49 (0)721 608-25281
susanne.zbornik@kit.edu

Sekretariat Standort Dresden

Heike Blumentritt

+49 (0)721 608-31435
heike.blumentritt@kit.edu