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Una storia di successo: SONOTEC e Università di Stoccarda

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L'Istituto per gli elementi delle macchine dell'Università di Stoccarda rileva la frazione più piccola sulla superficie del fianco dell'ingranaggio con l'aiuto di un sensore a ultrasuoni SONOTEC.

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Il collegamento in rete intelligente delle macchine gioca un ruolo cruciale nell'Industria 4.0. Di conseguenza, molte macchine sono dotate di sistemi di monitoraggio delle condizioni. I dati dei sensori registrati sulla macchina vengono utilizzati per fare affermazioni sulle condizioni della macchina o di singoli componenti critici. Il monitoraggio delle condizioni rileva i danni in una fase precoce, in modo da prevenire guasti imprevisti alla macchina. Per i progettisti di macchine, questo si traduce in un valore aggiunto in termini di sicurezza operativa e in un vantaggio finanziario.

Il malfunzionamento di un riduttore può portare all'arresto di un'intera macchina. Per questo motivo, i riduttori sono particolarmente adatti al monitoraggio delle condizioni durante il funzionamento. I principali meccanismi di guasto dei riduttori mostrano una progressione graduale del danno. È quindi possibile rilevare precocemente i danni prima che raggiungano uno stadio critico. Una volta individuati i danni e identificate le loro condizioni, è possibile stimare la vita utile residua del riduttore.

La ricerca attuale dell'Istituto per gli elementi delle macchine dell'Università di Stoccarda si concentra sui danni da pitting. In collaborazione con SONOTEC, un produttore di tecnologie di misura specializzato in ultrasuoni, sono stati studiati i danni da pitting sugli ingranaggi. Nel processo, è stato possibile rilevare il danno ben prima del criterio di rottura standardizzato nella norma DIN 3990-5, che prevede una frazione di area sulla superficie del fianco del dente pari al 4%. Questo è possibile con un'adeguata tecnologia dei sensori. In una serie di test, sono stati esaminati danni da vaiolatura sintetici con frazioni di area comprese tra lo 0,4% e il 2% dell'area di un fianco del dente. Oltre alle dimensioni del danno da pitting, nei test sono state variate sistematicamente la velocità, la coppia e la viscosità dell'olio lubrificante. In questo modo, è stato possibile testare la capacità di rilevamento del danno da pitting in diverse condizioni limite. Per raccogliere i dati dei sensori durante il funzionamento degli ingranaggi con danni da pitting sono stati utilizzati diversi accelerometri. Rispetto agli accelerometri, il danno da vaiolatura è chiaramente visibile nei dati misurati dalla sonda acustica T20 del produttore SONOTEC. In particolare, nella gamma di frequenze ultrasoniche superiori a 16 kHz, il danno da pitting è chiaramente rilevabile con la sonda acustica T20 di SONOTEC. In questo modo, è possibile rilevare in modo affidabile anche i più piccoli danni da vaiolatura esaminati con frazioni di area pari allo 0,4% dell'area del fianco di un dente.

La sonda a ultrasuoni SONOTEC T20 è perfettamente adatta per il monitoraggio delle condizioni di salute

Il trasduttore sonoro a struttura portante T20 si distingue dai classici accelerometri per il suo innovativo principio di trasduzione. Il suo cuore è un materiale piezocomposito sviluppato e prodotto internamente da SONOTEC, grazie al quale si ottiene una risposta in frequenza quasi lineare con un'eccellente sensibilità del sensore. Grazie a questo principio, i trasduttori acustici a struttura portante di SONOTEC sono molto più adatti a rilevare gli impulsi meccanici più piccoli rispetto agli accelerometri convenzionali. Nel caso di cuscinetti volventi a rotazione lenta o di trasmissioni a ingranaggi, i danni possono essere rilevati molto più precocemente, il che è particolarmente importante per un efficace monitoraggio delle condizioni.

La gamma di applicazioni del monitoraggio delle condizioni con stima della vita utile residua è ampia. Un esempio è rappresentato dalle turbine eoliche offshore. A causa della difficile accessibilità delle turbine in mare aperto e delle dimensioni dei riduttori, la manutenzione è associata a costi elevati. La previsione della vita utile residua nell'ambito del monitoraggio delle condizioni offre agli ingegneri l'opportunità di continuare a far funzionare la turbina eolica fino a una data di manutenzione prevedibile ed economica.

Inoltre, anche i riduttori dei mulini per cemento, delle pompe idrauliche o dei laminatoi offrono un potenziale per l'applicazione del monitoraggio delle condizioni. La manutenzione di questi riduttori viene solitamente eseguita in modo preventivo. In questo processo, le parti usurate vengono sostituite a scadenze programmate, indipendentemente dalle loro condizioni. In questo modo, si garantisce sempre un funzionamento sicuro. A questo punto, il monitoraggio delle condizioni offre la possibilità di identificare i componenti difettosi e di pianificare i tempi di fermo per la manutenzione in modo sostenibile. Di conseguenza, le interruzioni della produzione possono essere ridotte e il budget per i ricambi può essere organizzato in modo più economico.

Dagli esempi elencati, è chiaro che i riduttori in molti impianti industriali devono soddisfare elevate aspettative di affidabilità operativa. Il monitoraggio delle condizioni con la stima della vita utile residua offre agli ingegneri sicurezza nel funzionamento e potenziali risparmi nella manutenzione dei componenti danneggiati del riduttore.

Informazioni su SONOTEC

SONOTEC è uno specialista globale di prodotti e soluzioni per la tecnologia di misura di precisione. Con oltre 200 dipendenti, l'azienda sviluppa e produce tecnologie innovative di misura a ultrasuoni presso la sede centrale di Halle (Saale). Il portafoglio prodotti di successo a livello globale comprende trasduttori e sensori a ultrasuoni personalizzati, nonché apparecchiature di prova e soluzioni di tecnologia di misura per un'ampia gamma di settori e industrie diverse.

Informazioni sull'Istituto per gli elementi delle macchine dell'Università di Stoccarda

L'Istituto per gli elementi delle macchine (IMA) dell'Università di Stoccarda conduce ricerche con circa 40 dipendenti nei settori della tecnologia delle tenute, dell'ingegneria dell'affidabilità e della tecnologia degli azionamenti. Il dipartimento di ingegneria dell'affidabilità è diretto dal 2018 dal Dr.-Ing. Martin Dazer. La ricerca si concentra sull'analisi statistica dei dati, sulla pianificazione dei test di affidabilità, sui test di affidabilità, sulla prognosi della durata di vita, sulla metodologia dei test, sulla modellazione dell'affidabilità del sistema di componenti riparabili e non riparabili e sulla prognostica e gestione della salute. Nel contesto della ricerca di base, vengono studiati meccanismi di guasto precedentemente sconosciuti o non compresi nella meccanica, nell'elettronica e nella meccatronica, descritti con l'aiuto di modelli empirici e quindi trasferiti in modelli funzionali e meccanismi di guasto fisicamente basati. Nel campo della ricerca e dei servizi orientati alle applicazioni, i partner industriali beneficiano di analisi olistiche dell'affidabilità e di soluzioni di salvaguardia efficienti.