Schadensfrüherkennung an Dentalkugellagern anhand einer Acoustic-Emission Analyse

  • Anton Steinmaßl

Studienabschlussarbeit: Masterarbeit

Abstract

Um ungeplante Stillstände und somit entstehende Kosten und Ausfälle an Maschinen zu vermeiden, ist es von großer Bedeutung, Sch¨aden an Komponenten wie beispielsweise Kugellagern fruhzeitig zu erkennen. Hierzu können verschiedene Methoden angewandt werden. Eine effektive Methode stellt dabei die Analyse von AcousticEmission-Signalen dar, durch welche entstehende Schäden bereits in einem sehr frühen Stadium erkannt werden können. Neben dem Verhindern von Stillständen kann eine solche Schadenserkennung auch helfen, in Lebensdauertests die Testzeit und somit entstehende Kosten durch eine Fruherkennung zu reduzieren.
Das Ziel dieser Arbeit ist es zu beantworten, ob eine Acoustic-Emission-Analyse auch bei Kleinstkugellagern, wie sie in Dentalinstrumenten verwendet werden, eine Früherkennung von Schäden ermöglicht. Dazu wird folgende Forschungsfrage gestellt: Ist es möglich, Kugellagerschäden an Dentalkugellagern anhand von Acoustic-Emission-Signalen frühzeitig zu erkennen?
Um diese Frage zu beantworten, wurde ein Messaufbau entwickelt, mit welchem Acoustic-Emission-Signale im Frequenzbereich von 250kHz - 800kHz aufgenommen werden können. Anschließend wurden mehrere Datensätze an Dentalturbinen aufgenommen, in welchen entsprechende Lager verbaut sind. Es folgte eine Auswertung verschiedener Features uber den gesamten Lebenszyklus sowie eine Detailanalyse einzelner signifikanter Messungen. Neben der Auswertung der Acoustic-Emission-Daten wurden zusätzlich der Drehzahlverlauf aufgenommen sowie Mikroskop- und Computertomographieaufnahmen erstellt, um erkennbare Fehlerbilder den Signalen zuordnen zu können.
Die Auswertung der aufgenommenen Daten zeigte, dass eine Fruherkennung von Schäden anhand von Acoustic-Emission-Signalen an Dentalturbinen nicht möglich ist. Es konnten zwar einige Körperschallsignale aufgenommen werden, diese können jedoch charakteristischen Frequenzen der Lager zugeordnet werden und entsprechen somit nicht den erwarteten Acoustic-Emission-Signalen. Auch anhand dieser aufgenommenen Körperschallsignale war kein Vorteil gegenuber anderen Methoden wie beispielsweise der Drehzahlanalyse zur Fruherkennung von Schäden erkennbar.
Weiterführende Forschung könnte beispielsweise im Bereich der Ursachenforschung der Auffälligkeiten in den aufgenommenen Daten liegen. Eine weitere Möglichkeit bietet eine Acoustic-Emission-Analyse der Kugellager in einem reduzierten Modell ohne dämpfende Elemente.
Datum der Bewilligung2024
OriginalspracheDeutsch (Österreich)
Betreuer/-inGerald Zauner (Betreuer*in)

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