Projekte

Fraunhofer-Allianz Adaptronik

Energieautarke Tilger-Sensor-Module

Bild 1: Energieautarkes System am Güterwagen während der Erprobung.

Energieautarke Sensoren erweitern die Möglichkeiten der Zustandsüberwachung von großen Strukturen wie beispielsweise Brücken. Zur Energieversorgung werden vielfach Systeme vorgeschlagen, die mechanische Schwingungen mithilfe resonanter Systeme in elektrische Energie wandeln. Die Nutzung mechanischer Tilger als Basis derartiger Resonatoren eröffnet die Perspektive einer Integration von Schwingungsreduktion und Zustandsüberwachung. Die Wandlung und Abfuhr von elektrischer Energie zum Betrieb des Sensors führt dann zur Dämpfung des Tilgers.

Als Anwendungsbeispiel wurde unter anderem ein energieautarkes System für einen Güterwagen untersucht. Auf Basis von Messdaten, die an einem realen Waggon aufgenommen wurden, wurde zunächst nachgewiesen, dass sich ein Tilger für Schwingungen am Bereich der Radaufhängung und des Radsatzes eignet und hier genügend Energie gewonnen werden kann, um einen drahtlosen Sensorknoten zu betreiben, der eine Temperaturmessung am Radlager zur Vermeidung von Schäden (Heißläufern) realisiert.
Durch ein methodisches Vorgehen, welches auf Systemsimulationen und schrittweiser Integration aller Komponenten in Hardware-in-the-Loop-Tests beruht, konnte der experimentelle Aufwand für Prototoypenbau und Feldtests im Rahmen gehalten und die Entwicklung beschleunigt werden.
Der umgesetzte Prototyp wurde nach einer experimentellen Betriebslastensimulation im Labor an den Waggon montiert. Die finalen Messungen bei Betrieb bestätigten das zuvor abgeschätzte Leistungsvermögen des Systems, welches gegenüber einer Heißläuferdetektion mit streckenseitigen Sensoren eine deutliche Verdichtung der Messintervalle erlaubt.
Im Rahmen weiterer Arbeitspakete wurden weiterhin die Grundlagen für die Nutzung dielektrischer Elastomere für die Integration in der Energiegewinnung und Schwingungstilgung untersucht sowie Konzepte für Rotationstilger in Antriebssträngen, welche im drehenden System Energie für eine Sensorik erzeugen. Weiterhin wurde die Machbarkeit von Tilgern für Brückenbauwerke untersucht, in welche ein intelligenter Sensor für die Schwingungsanalyse integriert ist.