Pagina 29 van: Aandrijftechniek – nummer 5 – 2020
29
Conditiebewaking van
tandwielkasten?
Dat doe je zo!
>
Relatieve permittiviteit εr
El
ek
tr
is
ch
e
g
el
ei
d
b
aa
rh
ei
d
κ
Temperatuur T = constant
Nieuwe olie
Ver
bru
ik v
an
add
itie
ven
Si
tu
at
ie
v
an
o
ve
rb
el
as
ti
n
g
Ve
ro
nt
re
in
ig
in
g
(b
ra
nd
st
of
, v
er
ke
er
de
o
lie
,..
)
zu
ur
gr
aa
d
ne
em
t t
oe
, o
xi
da
tie
pr
oc
es
Water
verontreinig
ing
M
eten is weten, luidt een aloud gezegde. Een
breed scala aan storingen kan vroegtijdig
worden herkend door het meten van
bijvoorbeeld het toerental van een as of
de motorstroom of door het scannen van
tandwielen en roterende assen. In combinatie met hardware
en software voor signaalverwerking en data-acquisitie zijn
goede voorspellingen van de resterende levensduur mogelijk.
De klassieke aanpak is het meten van trillingen en akoes-
tische emissie. Verder kan de temperatuur worden gemeten en
de slijtage worden bewaakt door het analyseren van smeer-
middelen. De meeste technieken hebben hun beperkingen.
Zo kan het transmissiepad tussen bron en sensoren leiden
tot een tijdvertraging (met name bij temperatuurmeting) en
tot een verkeerde interpretatie van het faalmechanisme. Ook
kunnen sensoren de systeemdynamiek veranderen door wij-
ziging van de systeemstijfheid of massatraagheid. Er zijn dus
meer meetbare variabelen. Voor sommige fysieke eigenschap-
pen zijn verschillende soorten sensoren met verschillende
eigenschappen beschikbaar.
Magnetische sensoren
Robuuste miniatuursensoren op basis van het magneto-
strictieve effect maken minimaal invasieve metingen moge-
lijk. Ze worden gebruikt voor het meten van afstand, hoek
of elektrische stroom of als elektronisch kompas. Ze worden
toegepast in auto’s, mobiele telefoons, medische apparatuur,
windturbines, gereedschapsmachines en industriële robots.
De geringe afmetingen, robuustheid, hoge gevoeligheid en
grote bandbreedte van magnetostrictieve sensoren maken
het mogelijk om verplaatsing, snelheid en elektrische stroom
te meten in de directe nabijheid van de relevante onderdelen.
Het magnetostrictieve effect (de elektrische weerstand
van een geleider verandert onder invloed van een magnetisch
veld) is al meer dan 150 jaar bekend. Het kon echter pas eind
jaren zeventig voor het eerst industrieel worden toegepast in
combinatie met dunne-filmtechnologie uit de halfgeleider-
industrie. Het effect resulteert in een weerstandsverandering
van slechts enkele procenten, maar het is toch al miljoenen
keren gebruikt bij de productie van leeskoppen voor harde
schijven. Eind jaren tachtig werd het ‘giant magneto resistive’
effect (GMR) ontdekt. Hier was de weerstandsverandering meer
dan 50 procent. Intussen zijn de leeskoppen van harde schijven
bijna uitsluitend gebaseerd op het ‘tunnel magnetostrictieve
effect’ (TMR), dat onder laboratoriumomstandigheden een
weerstandsverandering van enkele honderden procenten kan
vertonen. Op TMR gebaseerde sensoren hebben een hoge
gevoeligheid en een laag stroomverbruik.
Bij gebruik van magnetostrictieve sensoren zijn bestaande
ferromagnetische machine-elementen te gebruiken als
detectie object. Zo’n onderdeel, vaak een tandwiel, vervormt
de magnetische flux. Deze vervorming wordt gemeten door
een sensorchip en omgezet in een sinus- en cosinus-uitgangs-
signaal. Afwijkingen hierin zijn een teken van verandering in
het metalen onderdeel.
Behalve de positie van de tand is ook de actuele hoeksnel-
heid te meten. De rotatie van een as is het resultaat van de
totale werking van een machine en bevat daardoor informatie
over alle mechanische en elektromagnetische processen die
de rotatie beïnvloeden. Elke fout, storing of defect heeft een
effect op het toerental. Meting hiervan blijkt defecten aan
tandwielen, lagers en elektromotoren te kunnen identificeren.
Onder meer tandwielslijtage is direct te meten. Op basis
van een analyse van de trillingen van de schoepen in straalmo-
toren heeft Sensitec in Wetzlar een magnetostrictieve sensor
ontwikkeld om tandwieltanden te scannen. Het sensorsysteem
bestaat uit een anisotrope magnetostrictieve sensor met bias-
magneet die is aangesloten op signaalverwerkings-elektronica
Figuur 2. Variatie van de geleidbaarheid en relatieve permittiviteit voor verschillende
soorten gebeurtenissen (BRON: LIT. [1])
Niet-geleider
Z
ilver, ko
p
er
R
o
estvast staal
Z
eew
ater
V
o
ed
in
g
sw
ater
Siliciu
m
(zo
n
d
er d
o
p
es, ad
am
an
t)
G
ed
istilleerd
w
ater
Tan
d
w
ielkasto
lie, m
o
to
ro
lie
Eth
an
o
l, b
asiso
lie
Iso
leren
d
e o
lie, p
o
rcelein
, g
las
Z
eer zu
ivere iso
leren
d
e o
lie
K
w
artsg
las
10-15 10-12 10-9 10-6 10-3 100 103 106 κ [S/m]
WearSens
Halfgeleider
ρ = 1/κ
Geleider ρ [Ω.m]
Figuur 1.
Geleidbaarheden
van vloeistoffen en
vaste stoffen. Het
meetbereik van de
WearSens 300 van
CMC Instruments is
groen weergegeven
(BRON: LIT. [1])
–
28-29-30-31_tandwielen.indd 29 12-08-20 13:55