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O+P Fluidtechnik 10/2021

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O+P Fluidtechnik 10/2021

FELDBUSSYSTEME der

FELDBUSSYSTEME der Signale einprägen. Das Gleiche passiert an Stichleitungen, deswegen ist die mögliche Gesamtlänge der Stichleitungen in einem Segment begrenzt. Weiterhin gibt es Einflüsse durch Kapazitäten und Induktivitäten, die vom Kabel und jedem Teilnehmer in die Schaltung eingebracht werden. Mit der Frequenz steigt der Einfluss auf die Signalform. Das verschleift die Flanken der Bits und beeinflusst so die Signalqualität. Idealerweise ist man bemüht, die Übergangswiderstände im Bus-System so gering wie möglich zu halten. Steckverbindungen bringen zusätzliche Widerstände ein, die Signale dämpfen. Das Nachmessen der Schleifenwiderstände kann hier zu neuen Erkenntnissen führen. Der entscheidendste Einfluss auf die Signalqualität ist der Störspannungsabstand. 0,9V wird als minimale dominante Differenzspannung am Abtastzeitpunkt erwartet. Normalerweise ergibt sich eine Differenzspannung von ca. 2,0 bis 2,4 V. Störungen auf dem Signal reduzieren diese Spannung. Störquellen sind externe elektrische Geräte (Fahrzeuge, Mobilfunk, etc.) und parallel verlegte Leitungen, deren elektromagnetische Signale in die CAN-Leitung eingeprägt werden. Auch die Geräte im CAN-Bus selbst können Störer sein. Ist der Störspannungsabstand zu klein, können Bits falsch abgetastet werden. Das wird durch das oben beschriebene Error-Frame signalisiert. Es kommt zur Telegrammwiederholung. 03 Das CANtouch ist ein mobil einsetzbares Messgerät für CAN-basierte Bussysteme. Auf der Display-Anzeige der CANtouch Messung ist bespielhaft eine sehr hohe Buslast aufgezeigt MOBILE MASCHINEN WIE KANN MAN DIE SIGNALQUALITÄT BESTIMMEN? Die vorhandene Signalqualität kann mit Messgeräten bestimmt und überwacht werden. Idealerweise berechnen diese Geräte einen prozentualen Wert, der sich direkt vergleichen lässt. Für die Beurteilung ist ein Referenzwert Voraussetzung. Ein Referenzwert lässt sich evtl. von einer Maschine des gleichen Typs gewinnen. Besser ist eine Historie, die alle Messwerte enthält - beginnend mit einer protokollierten Endprüfung nach der Herstellung der Maschine bis zu den Messwerten, die im Rahmen von Service-Intervallen ermittelt werden. Das Unternehmen Gemac bietet mit der Intensive Fieldbus Diagnostic (kurz IFD) Messgeräte, die die Ermittlung relevanter Messdaten so weit vereinfachen, dass innerhalb kürzester Zeit Aussagen über die Signalqualität und viele weitere Parameter möglich sind. Dabei wird nicht auf die Tiefe der Information verzichtet. INFORMATIONSGEWINN DURCH IFD Bereits in der Entwicklungsphase einer neuen Maschine spielt die Messung der Busphysik eine entscheidende Rolle. So kann entschieden werden, ob z.B. eine andere Topologie zu einer Verbesserung der Signalqualität führt oder ob eine Einsparung negative Auswirkungen hat. Durch gezielte Messungen vor und nach einer Veränderung lässt sich der beste Kompromiss zwischen Aufwand und Nutzen finden. Die Folge einer solchen Vorgehensweise sind stabile CAN-basierte Feldbusse, die auch mit erhöhten Buslasten sicher arbeiten. Egal in welcher Umgebung IFD eingesetzt wird, der Anwender kann durch den Informationsgewinn datenbasierte Entscheidungen treffen, stabilere Maschinen entwickeln und herstellen, Ausfallzeiten minimieren, Fehlersuche und Reparatur beschleunigen und letztlich Kosten einsparen. HOCHPRÄZISE MESSUNG AN MOBILEN MASCHINEN Mit dem Gemac Motus wurde eine für unterschiedlichste Einsatzgebiete konfigurierbare Sensor-Messeinheit entwickelt, welche eine 6-Achs-Bewegungserfassung an mobilen Maschinen, wie Baumaschinen, Landmaschinen, Forstmaschinen, Kran- und Hebetechnik sowie bei Schiffen ermöglicht. Der Motus bietet den entscheidenden Vorteil, dass er in Erweiterung zu den Rohdaten für Beschleunigung (3-achsig) und Drehrate (3-achsig) zusätzlich die intern berechneten Werte wie Neigung oder Drehwinkel in verschiedenen Achsen ausgeben und damit zukünftig noch schneller Abweichungen erkennen und gezielter analysieren kann. Durch die Kombination und Verrechnung der sechs Messwerte braucht nur noch ein Messsystem für unterschiedlichste Anforderungen integriert werden. Daraus resultieren weniger Kosten für die Sensortechnik und weniger Verschleiß durch die Reduzierung von Bauteilen. Darüber hinaus ergibt sich eine Platzersparnis an der Maschine durch Einsparung anderer Sensoren sowie ein geringerer Integrationsaufwand. Dem nicht genug ermöglicht Motus signifikante Verbesserung der statischen und dynamischen Genauigkeit der Messung sowie eine Erhöhung der Messgeschwindigkeit durch die Berechnungen, welche bereits in der Messeinheit erfolgen. Der eigens von Gemac entwickelte Sensor-Fusions-Algorithmus übernimmt die hochgenaue Orientierungsberechnung, unterstützt durch Sensorfusionsfilter, die extern wirkende Beschleunigungen unterdrücken. Im Algorithmus wurden Komplementärfilter und Kalman-Filter kombiniert und erweitert, um die Vorteile beider Verfahren zu nutzen und die Nachteile gegenseitig auszugleichen. So ist es möglich, den ermittelten (Bewegungs-) Zustand durch Anwendung des parametrierbaren Algorithmus von den externen Störeinflüssen zu selektieren. Dadurch erhält man ein praxisrelevanteres Ergebnis der Messung. Mit seiner Produktpalette und seinen spezifischen Lösungen trägt das Chemnitzer Unternehmen Gemac somit einen großen Teil dazu bei, um dem steigenden Datenaufkommen innerhalb komplexer Maschinen und die damit einhergehende Erwartung an die Verfügbarkeit der Maschinen gerecht zu werden. Dank Intensive Fieldbus Diagnostic kann ein stabiler CAN-Bus realisiert werden, um letztlich die gewünschte höchste Maschinenverfügbarkeit sicherzustellen. Bilder: Aufmacher Taina Sohlman – stock.adobe.com , sonstige Gemac Chemnitz GmbH www.gemac-chemnitz.com 44 O+P Fluidtechnik 2021/10 www.oup-fluidtechnik.de

BOHRTECHNIK MIKRO-TURBINE FRÄST PFADE IN GRANIT Die Ablenkvorrichtung am geplanten Einsatzort bringt die Mikroturbine in die richtige Position, um in das Umfeld der Hauptbohrung zu erschließen Ein neues, kompaktes Bohrwerkzeug öffnet auch in Hunderten Metern Tiefe kostengünstig lange Bohrlöcher in hartem Gestein. Damit lassen sich geologische Ressourcen wie Erdwärme effizienter erschließen. Das „Micro Turbine Drilling (MTD)“ genannte Verfahren hat die Fraunhofer IEG nun erfolgreich im Untergrundlabor getestet. Im Arsenal der Bohringenieure schließt die Fraunhofer IEG (Fraunhofer-Einrichtung für Energieinfrastrukturen und Geothermie) mit einem neuen Werkzeug eine relevante Lücke. „Unser neues Bohrverfahren macht es erstmals möglich, kostengünstig meterlange, dünne Zweitbohrungen von einer tiefen, verrohrten Hauptbohrung heraus in das umliegende Hartgestein herzustellen und so deren Umfeld zu erschließen“, erläutert Niklas Geißler, der am Fraunhofer IEG in Bochum und am Fraunhofer-Chalmers Centre im schwedischen Göteborg forscht. Mögliche Einsatzgebiete sind die Geothermie, aber auch die klassische Erkundung in Bergwerkstollen oder das Setzen von tiefen Ankern an schwer zugänglichen Stellen im Tunnelbau. RESSOURCEN EFFEKTIVER ERSCHLIESSEN Bohrungen, die in Deutschland Erdwärme in mehreren Kilometern Tiefe erschließen wollen, zielen auf Lagerstätten von Thermalwasser, welches in natürlichen Klüften und Rissen relativ frei zirkulieren kann. Wenn es an Klüften fehlt, ist die Menge des förderbaren Thermalwassers begrenzt. Das neue Verfahren soll Klüfte bis zu 50 Meter um die Hauptbohrung herum umweltfreundlich und risikofrei erschließen und vergrößert so effizient das Einzugsgebiet für das Thermalwasser und damit die Leistungsfähigkeit von geothermischen Anlagen. Damit vervielfachen sich möglicherweise die erschließbaren geologischen Strukturen und mehr Standorte könnten von nachhaltiger Erdwärme profitieren, weil die Chance steigt, die benötigten Mengen an heißem Thermalwasser in der Tiefe einzusammeln. KLEINES WERKZEUG MIT GROSSER WIRKUNG Das kompakte Bohrwerkzeug misst gerade einmal 3,6 Zentimeter im Durchmesser und zehn Zentimeter in der Länge. Über einen langen, flexiblen Schlauch wird es mit bis zu 200 Liter Wasser pro Minute versorgt. Das Wasser treibt einerseits mit einem Arbeitsdruck von rund 100 bar eine Turbine im Innern an, welche ihre Rotation direkt an den speziellen Bohrmeißel weitergibt, der sich dann durch das Gestein fräst. Die Mikro-Bohrturbine wandelt also hydraulische Energie in mechanische Energie um und treibt so den Bohrmeißel an, der das Gestein abträgt. Andererseits schießt das Wasser durch die rückwärtigen Düsen und drückt das Werkzeug im harten Gestein nach vorne und spült das Bohrmehl heraus. Um das Bohrwerkzeug anzusetzen, braucht es am Einsatzort nur eine Ablenkvorrichtung genannte Führungshilfe von kaum einem Meter Länge – auf lange und schwere Bohrgestänge kann verzichtet werden. Die kompakte Baugröße des Werkzeuges erlaubt große Ablenkwinkel zur Hauptbohrung von bis zu 60 Grad. Durch harte Gesteine wie Granit bahnt sich das zum Patent angemeldete „Micro Turbine Drilling (MTD)“ genannte Verfahren Pfade und sogar bei Bedarf durch die bestehende Metallverrohrung von Bohrlöchern. Im Untergrundlabor BUL im schweizerischen Bedretto hat MTD bei Feldversuchen bereits erfolgreich bewiesen, dass es aus einem Bohrloch mit 20 Zentimeter Durchmesser auf mehreren Tiefen bis hinunter auf 350 Meter sternförmig in das umgebende Granitgestein bohren kann. Bilder: Fraunhofer IEG/Geißler www.ieg.fraunhofer.de www.oup-fluidtechnik.de O+P Fluidtechnik 2021/10 45

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