Regelungsstrategie zur gezielten Entlastung von einzelnen Zähnen eines Zahnrades bei beginnender Schädigung.

Wenn die Zustandsüberwachung eine Schädigung an einem Zahn eines Zahnrads erkennt, wird die Last gezielt vorübergehend reduziert, um den Schadensfortschritt zu verhindern und die Lebensdauer zu erhöhen. Dabei wird die Last genau dann reduziert, wenn der Zahn in Eingriff kommt, an dem eine Schädigung beginnt. Die Last wird ein wenig erhöht, wenn ungeschädigte Zähne in Eingriff kommen und so die gesamte Last gleich gehalten.

• Erhöhung der Lebensdauer von Getrieben
• Keine teuren außerplanmäßigen Wartungen notwendig, z. B. bei Windkraftanlagen
• Sowohl im Betrieb mit elektrischen Maschinen als auch Verbrennungsmotoren anwendbar

Die Technologie kann in allen Großgetrieben zur Getriebeüberwachung angewendet werden, z.B. in Windkraftanlagen

Die Erfindung richtet sich an Großgetriebe, wie sie sich zum Beispiel in modernen Windkraftanlagen befinden. Diese sind rund um die Uhr in Betrieb, wobei die Belastungen auf die verschiedenen Systemkomponenten, insbesondere durch die Rotorgeschwindigkeit, das Wellendrehmoment und die Leistungsabgabe, ständigen Schwankungen unterliegen. Die Zuverlässigkeit von Zahnradgetrieben spielt eine entscheidende Rolle für die Verfügbarkeit und Sicherheit der Systeme. Die verschiedenen Komponenten und Maschinenelemente innerhalb eines Zahnradgetriebes weisen unterschiedliche Empfindlichkeiten für potenzielle Schäden auf. Insbesondere Lager und Zahnräder sind im Vergleich zu Wellen oder Gehäusen anfälliger für Ausfälle. Die Verschlechterung eines Schadens hinauszuzögern und ein unerwartetes Versagen zu verhindern, ist Ziel dieser Erfindung. Kann das Versagen eines Zahnrades so lange hinausgezögert werden, bis zu einer geplanten Wartung, dann können geschädigte Teile ausgewechselt werden, ohne zusätzliche Betriebsausfallzeiten zu verursachen.

Ein bedeutendes Problem ist der durch Ermüdung verursachte Materialausbruch, der eine besondere Herausforderung bei der Auslegung der Verzahnung darstellt. Dieser Ausbruch, der auf der Zahnflanke als Grübchenbildung bekannt ist, kann über die Zeit exponentiell bis zum Bruch der Zahnflanke anwachsen. Grübchen entstehen vor allem bei einsatzgehärteten Zahnrädern, wie sie typischerweise in Windkraftanlagen verwendet werden, und zwar primär an einem einzelnen Zahn. Bis es zum Bruch der Flanke des beschädigten Zahns kommt, bleiben die übrigen Zähne in der Regel unbeschädigt. Bei einem Schaden muss bisher jedoch die gesamte Anlage außerplanmäßig stillgelegt und gewartet werden, was hohe Kosten für den Betreiber verursacht und die Wirtschaftlichkeit der Anlage senkt.

Das Forschungsteam der Universität Stuttgart hat dieses innovative System entwickelt, um beschädigte Zahnräder in Getrieben zu erkennen und zu entlasten, ohne die Gesamtleistung der Anlage zu beeinträchtigen. Dieses System stellt eine effektive Entlastungsstrategie für Getriebe dar, die besonders nützlich ist, wenn biometrische Sensoren eine topologische Veränderung der Oberfläche feststellen. Im Kern dieses Systems steht ein Verfahren, das automatisch die Einstellungen der Antriebsmaschine anpasst, sobald eine vorgegebene Veränderungsrate überschritten wird, um eine Minderung der Gesamtleistung zu verhindern. Die Anpassung basiert auf einer Regelungsstrategie, die bei erkannten topografischen Änderungen eine zielgerichtete Reduzierung der Belastung initiiert. Dies wird durch Sensoren erfasst und durch Aktoren umgesetzt.

Das Verfahren ist besonders effektiv bei der Identifizierung und Entlastung von durch Grübchenbildung beschädigten Zahnrädern. Es ermöglicht eine punktuelle Reduktion des Drehmoments, um die beschädigte Zahnflanke zu schonen, ohne dabei die Gesamtleistung des Systems zu reduzieren. Die implementierte Regelungsstrategie ermöglicht sowohl eine antriebs- als auch eine abtriebsseitige Anpassung, beispielsweise durch Modifikationen im Motorsteuergerät, welche die Motormomente präzise und zahngenaue reduzieren.

Durch diese fortschrittliche Technologie bieten wir Ihnen eine patentierte Lösung an, die nicht nur die Langlebigkeit von Maschinenelementen erhöht, sondern auch die Effizienz und Zuverlässigkeit von Kraftübertragungssystemen signifikant verbessert.