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BTU
Design of an energy-autonomous sensor with wireless data data transmission for use on rollers
(2023)
Mechanically moving parts such as rollers in belt conveyor systems are subject to wear and tear that limits their service life. Damage causes loss of production as well as damage to the entire production plant. A system design is presented with which it is possible to record and wirelessly transmit relevant measured values in or on rollers without an additional voltage source. The system should work largely maintenance-free and be realisable with components currently freely available on the market.
Rotating parts such as shafts, gear wheels, ball bearings or rollers are subject to wear that limits their lifetime. Damage causes production downtime and consequential damage to the entire production plant. This system design makes it possible to record and wirelessly transmit measured values on rotating parts without an additional voltage source. The prototype is presented using the example of an application on a support roller and the economic efficiency of the system is
analysed.
The Vibro Displacement Column (VDC) is one of the most widely-used techniques in
ground improvement. The present design of the column is exposed to high stresses from the soil during operation. There has been an increased fracture failure on basic parts of this VDC which has led to increase the downtime in construction projects. The major points of failures are identified and analyzed. Optimized design is presented after undergoing functionality experiments.
Die besonderen geologischen Verhältnisse in den Lausitzer
Braunkohletagebauen ermöglichen die Gewinnung der Braunkohle unter einem hohen Einsatz an Stetigförderern im offenen Abbau – dem sogenannten Tagebau. Stetigförderer gehören zu den effizientesten Fördermitteln, sie benötigen nur wenig Energie und fast kein Personal. Neben dem Fördergurt sind die Tragrollen ein Hauptmerkmal der Stetigförderer. Mit der Bewegung des Tagebaues entlang bewohnter Siedlungen ist es notwendig, die Geräuschemission vor allem der überirdisch angeordneten Förderer so gering wie möglich zu halten. Seit 2007 werden Tragrollen an der BTU Cottbus – Senftenberg auf ihre akustischen Eigenschaften geprüft. Durch die Zusammenarbeit mit den Herstellern konnte dadurch die Geräuschemission der Tragrollen in den letzten 10 Jahren um durchschnittlichen 10 dB reduziert
werden.
Die vorgestellten Untersuchungen betrachten die akustische Wirkung von Anbackungen an Tragrollen und der daraus resultierenden Unwucht sowie einer mit verschiedenen Unwuchten behafteten Prüfrolle am Tragrollenprüfstand mit geringer Außermittigkeit der Drehachse und definiert angebrachten Klebestreifen auf der Manteloberfläche. Dazu treibt eine Walze die über Gummidämpfer eingespannte Prüfrolle an. An der Kontaktzone werden Belastungen von etwa 3,5 kN eingestellt. Die geprüften Unwuchtpaare liegen in den beiden Radialebenen (Seitendeckel) gegenüber sowie um 180 Grad versetzt. Stufenweise wird mit Massestücken die Unwucht erhöht sowie weiterführend erst phasengleich, dann ergänzend um 180 Grad versetzt Klebestreifen auf dem Tragrollenmantel angebracht. Die Klebestreifen simulieren reproduzierbar Anbackungen, welche sich gegenüberliegend hinsichtlich ihrer Unwuchtmasse ausgleichen. Jeweils wird der sich einstellende Istzustand von Restunwuchtmasse und Schallleistungspegel ermittelt. Nach den Literaturangaben ist eine Erhöhung der Schallleistung mit steigender Unwucht und bei Anbackungen zu erwarten.
Im Ergebnis zeigen Anbackungen eine hohe Wirkung auf die Geräuschemission von Tragrollen, was den Schluss nahelegt, dass kein Zusammenhang zwischen Unwucht und Geräuschemission besteht.
Mit der weiterführenden Untersuchung zur Prüfung der akustischen Wirkung durch zusätzliche Unwuchtmassen an einer Tragrolle war keine Erhöhung der Schallemission am Tragrollenprüfstand nachzuweisen. Dafür wurde gegenüber der ersten Untersuchung (2018) bei der Umfangsgeschwindigkeit 7,5 m/s die dabei überschrittene Gütestufe 100 auf die Gütestufe 250 gesteigert.
Die Untersuchungen erfolgten mit unterschiedlichen lärmgeminderten Tragrollen gleichen Typs, jedoch unterschiedlicher Ausführungsform. Dabei war eine Tragrolle (0611) mit einer Innendämpfung versehen und die andere Rolle (0609) ohne Dämpfungsmaterial. Im Zusammenhang mit den durchgeführten Versuchen folgt daraus, dass die Eigendämpfung einer Tragrolle die Ergebnisse nicht beeinflusst.
Die Ergänzung des Unwuchtversuches mit den Klebestreifen zeigte einen direkten Zusammenhang zwischen geometriebedingter Anregung (Kreisformabweichung) und Schallemission. Die Eigenmasse der Klebestreifen ist klein gegenüber den an den Seitendeckel angebrachten Unwuchtmassen. Diese Eigenmassen der Klebestreifen heben sich bei den Versuchen mit zwei Klebestreifen, die 180° auf dem Tragrollenmantel gegenüberliegend angebracht wurden, gegenseitig auf. Die Anregung zur Schallabstrahlung erfolgte über die Kreisformabweichung, was mit Hilfe der Verdopplung der Anregung und der daraus resultierenden Pegelerhöhung von 3 dB nachzuweisen war. Daraus folgt, dass die Fördergutanbackungen an Tragrollen im Tagebau nicht durch die entstandene Unwucht, sondern nahezu ausschließlich durch die Geometrieveränderung auf dem Tragrollenmantel die Geräuschemission erhöhen.
Aus den Untersuchungen heraus bleibt die These zulässig, dass bisher kein kausaler Zusammenhang zwischen Unwucht und Geräuschemission bei Tragrollen für Gurtförderanlagen nachzuweisen ist.
Die ersten Ergebnisse der Feldversuche weisen auf eine Bestätigung der Ergebnisse am Tragrollenprüfstand hin. Das bedeutet, dass durch die Einhaltung von Geometrievorgaben eine weit höhere Auswuchtgüte für Tragrollen bei den untersuchten Gurtgeschwindigkeiten bis 7,5 m/s toleriert werden kann. Hier sind Kostenreduzierungen oder zumindest Vereinfachungen im Fertigungsprozess bei der Herstellung von lärmgeminderten Tragrollen für ebenerdige Gurtförderanlagen möglich.
This paper investigates experimentally and numerically the aero-acoustic noise generated by airflow around sheet metals with periodic hills of three different geometries named KMT, PWO and WAB used in automotive industry.
Each sheet was tested experimentally in a wind tunnel at airflow of free-stream-velocity of 18 m/s and Reynold’s number based on the respective sheet thickness in the range of 1800-4200. The experiment was based on measuring the aero-dynamic sound generated by each sheet using a microphone. Moreover, it was based on measuring the velocity fluctuation after the sheets trailing edge by a Hot Wire Anemometer (HWA). Finally, an acoustic camera was used to locate the locations of sound sources in the flow. On the other hand, the numerical analysis used turbulence model as Large Eddy Simulation with Kinetic Energy Transport as a sub-grid model. Ffowcs-Williams & Hawkings model was used to predict the acoustic sources.
Agreements were found between the trend of acoustic noise
produced from experiment and numerical simulation over some
ranges of frequency. The experiment has showed that the three
sheets had comparable sound pressure level over the whole
spectrum while the numerical results have showed that KMT
sheet has achieved significant loudness at frequencies under 400
Hz while the WAB sheet has achieved significant quietness at
frequencies below 400 Hz. The velocity contours obtained from
the simulation showed that flow is laminar over some length
before it changes to turbulent at a transition point. This
behavior agrees with other data presented for long sheets
subjected to flow of similar values of Reynolds Number.
Die Erfassung der Eigenschaften von Tragrollen und Fördersystemen ist nicht nur im Rahmen der Fertigung und Qualitätssicherung erforderlich, sondern insbesondere auch nach Inbetriebnahme und während der gesamten Laufzeit der Förderanlage. Im Regelfall erfolgt kurz nach der Erstinbetriebnahme die Abnahmekontrolle durch den Hersteller oder Anlagenbetreiber, indem die im Pflichtenheft aufgeführten Parameter überprüft werden.
Bei Inbetriebnahme:
- grundsätzliche Funktionskontrolle mit und ohne Fördergut
- Anlaufverhalten
- Kontrolle auf Gurtschieflauf
- Ausrichtung der Gerüstfelder und Tragrollengirlanden
- akustische Abnahme für immissionsrelevante Anlagen
- zusätzlich Gurtspannung, Kontrolle der Getriebe, Antriebe und Gurttrommeln hinsichtlich elektrischer Parameter, Schlupf usw.
Im Zuge des Betriebs tritt kontinuierlicher Verschleiß, insbesondere im Bereich der Tragrollen auf. Um ungeplante Stillstände und Störungen zu vermeiden, werden verschiedene Kontrollen und Instandhaltungsmaßnahmen durchgeführt (Lars Sternitzke, LEAG, 2021):
- regelmäßige Kontrollfahrten durch z.B. mobilen Löschtrupp, Überprüfung auf grobe optische und akustische Auffälligkeiten
- automatische Wärmebildkameras zur Detektion von Heißläufern, insbesondere bei brandgefährdeten Anlagen (Kohle)
- jährliche Schallmessungen bei immissionsrelevanten Anlagen
Die Akustische Kamera zur gezielten Lärmminderung und zustandsbezogenen Instandhaltung von Tagebau-Großgeräten
Kurzbeschreibung
Die Akustische Kamera ist ein bildgebendes Schallmessgerät welches in der Lage ist, Geräuschquellen zu lokalisieren und zu charakterisieren. Im Zusammenspiel mit Schalldruckpegel- und -intensitätsmessungen werden so präzise akustische Modelle von Großgeräten und Industrieanlagen erstellt. Die Anwendung dieses innovativen Messkonzepts ermöglicht es, gezielte Lärmminderungsmaßnahmen umzusetzen und so die hohen Anforderungen an den Umwelt- und Arbeitsschutz einzuhalten.
Im Vortrag erfolgt die Systemvorstellung der Akustischen Kamera, ausgehend von dem technischen Aufbau und dem Messprinzip. Anschließend gibt es Einblicke in das Messkonzept zur gezielten Lärmminderung am Beispiel von Entstaubungsanlagen an einem Industriestandort. Die Grundlage liefert dabei die Lokalisierung der Hauptschallemittenten, auf dessen Basis die akustischen Modelle erstellt werden. Darauf aufbauend werden geeignete Lärmminderungsmaßnahmen entwickelt und umgesetzt. Die im Anschluss durchgeführten Abnahmemessungen bestätigen die Wirksamkeit der Maßnahmen.
Weiterhin erfolgt die Präsentation eines zustandsbezogenen Instandhaltungskonzeptes für Gurtförderanlagen. Die Datenbasis für die Beurteilung des Anlagenzustands liefern dabei regelmäßige Schallintensitäts- und Schalldruckpegelmessungen. Der so betreute Förderer weist nach über fünf Jahren Einsatzzeit Geräuschemissionen auf, welche im Bereich der Neuanlage liegen.
Die Präsentation liefert eine Zusammenfassung umfangreicher praktischer Erfahrung aus den Bereichen der Lärmmessung und Umsetzung von Schallminderungsmaßnahmen.
Im Labor für Fördertechnik an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg besteht ein langjähriges Engagement in der Untersuchung von Geräuschemissionen an Tragrollen für Hochleistungsgurtförderanlagen.
Durch ständige Optimierungen und technische Verbesserungen an den
Tragrollen konnte die Lärmentwicklung beim Betrieb der Anlagen um ein
Vielfaches reduziert werden. Im Gegensatz dazu sind jedoch die
Produktionskosten für die Herstellung von lärmgeminderten Tragrollen im Vergleich zur herkömmlichen Bauart gestiegen. Eine Maßnahme zur
Geräuschreduzierung besteht dabei in der Oberflächenbearbeitung des
Tragrollenmantels mit vorgegebenen Toleranzen für die Exzentrizität der Drehachse und der Kreisformabweichung von der idealen Zylinderform.
Ausfallstatistiken der LEAG1 lassen jedoch den Schluss zu, dass es durch die Bearbeitung der Mantelfläche (i.d.R. Überdrehen) ebenfalls zu einer Steigerung der Lebensdauer der Tragrollen kommt.
Um das Schädigungsverhalten bei unterschiedlichen Kraftanregungen zu
untersuchen, wurde ein Verschleißprüfstand entwickelt, konstruiert und gebaut.
Mit dessen Hilfe ist es möglich, die dynamischen Kräfte, welche durch die Tragrollenmantelgeometrie über die Exzentrizität und die Kreisformabweichung impliziert werden, zu untersuchen. Ziel der derzeitigen Arbeit ist es, die für die Versuche notwendigen Randbedingungen und Parameter festzulegen. Auf den Ergebnissen aufbauend soll anschließend mit einer Reihe von empirischen
Versuchen der Schädigungseinfluss auf die Wälzlager geprüft werden. Es ist beabsichtigt, die Toleranzen für die Geometrie, die Oberflächengüte und die Auswuchtgüte auf das erforderliche Maß anzupassen, um damit den Herstellungsaufwand und die Produktionskosten zu senken. Dadurch soll ein optimaler Kompromiss aus niedrigen Produktionskosten, geringen Werten für die Geräuschemission und langer Lebensdauer gefunden werden.