Modellgestützte Entwicklung eines Verfahrens zur Volumenstromermittlung an Vibrationsfördersystemen

• Model-based development of a method for volume flow determination of vibratory conveying systems

Trofimov, Igor; Corves, Burkhard (Thesis advisor); Bruckmann, Tobias (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2022)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2022

Kurzfassung

Das in dieser Arbeit behandelte Thema zur angewandten Forschung wird aus zwei großen Quellen gespeist. Zum einen ist das eine experimentelle Untersuchung des Verhaltens eines realen schwingungsfähigen mechanischen Systems. Das Ziel ist das Erstellen eines plausiblen numerischen Prozess- bzw. System-Modells durch Ermittlung der relevanten Systemeinfluss- und Ausgangsgrößen. Zum anderen sind das die Untersuchungen und die Optimierungsmaßnahmen an diesem Modell um gewünschte Systemeigenschaften bzw. Funktionalitäten mithilfe eines Optimierungsverfahrens mit anschließender experimenteller Verifikation der Optimierungsergebnisse zu erreichen. Die angestrebten Systemfunktionalitäten lassen sich dabei wie folgt formulieren: Die Messeinrichtung des Reglers eines Linearschwingförderers für Schüttgut soll, mit Hilfe des wiegenden Sensors (Kraftsensor) alleine, bei einem kontinuierlichen Materialfluss den Massenstrom, also sowohl die Masse als auch die Geschwindigkeit des auf dem Förderorgan der Förderanlage bewegenden Gutes, ermitteln. Hierbei wird von einer sensorlosen Erfassung der Geschwindigkeit des Fördergutes gesprochen. Die Idee zur sensorlosen Erfassung der Geschwindigkeit eines konstanten Materialflusses am Linearschwingförderer beruht auf der Auswertung des Zeitsignals des im Systemregler integrierten wiegenden Sensors. Das Zeitsignal im sonst konstanten Signal kommt an dem Sensor aufgrund einer Massendiskontinuität (Massenfehler) zustande, die zu diesem Zweck im homogenen Materialfluss auf dem Förderorgan (Förderrinne) des Förderers absichtlich verursacht wird. Die Erzeugung des Massenfehlers wurden über die Variation des Schwingungsverhaltens der Förderanlage realisiert. Dafür wurden folgende Phänomena in einem mit Vibration belasteten Schüttgut ausgenutzt: Infolge der Veränderung der zugeführten Schwingungsenergie können sich sowohl das Profil des Materialstroms als auch die Dichte (Aggregatzustand) des zu fördernden Materials verändern. Die Systemantwort auf Variation der Schwingungsenergie in Form des Zeitsignals des wiegenden Sensors wurde mit einem speziellen Auswertungsalgorithmus zur Fördergeschwindigkeit ausgewertet. Die Auswertungsergebnisse fließen neben den Werten der Eingangsparameter des Prozesses in das mathematische Modell ein. Im Folgenden wurde das Modell als ein mehrdimensionales Optimierungsproblem betrachtet und unter Anwendung einer geeigneten Optimierungsmethode zielführend behandelt. Anschließend wurde das ermittelte Optimum messtechnisch validiert.

Einrichtungen

• Lehrstuhl und Institut für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik [411910]