Zustandsüberwachung zur Prognose der Restlebensdauer von Gummi-Metall-Elementen unter Berücksichtigung systembasierter Unsicherheiten

Eine zustandsbasierte Instandhaltungsstrategie reduziert das Risiko eines Ausfalls eines technischen Systems bei gleichzeitig hoher Ausnutzung und planbaren Instandhaltungsmaßnahmen. Das Ziel dieser Arbeit liegt in der Entwicklung einer Zustandsüberwachung für Gummi-Metall-Elemente. Die Herausforderungen dieser Zustandsüberwachung leiten sich aus dem viskoelastischen Verhalten sowie dem komplexen Degradationsverhalten der Elemente ab. Infolge der daraus resultierenden Unsicherheiten werden die Elemente heutzutage präventiv instandgehalten. In Lebensdauerversuchen der Gummi-Metall-Elemente werden drei Messgrößen detektiert. Dabei wird mit der Temperatur eine Messgröße identifiziert, die am geeignetsten zur Beschreibung des Zustands der Elemente ist. Generell wird die Genauigkeit einer Zustandsüberwachung durch verschiedene Unsicherheiten beeinflusst. Für die Prognose der nutzbaren Restlebensdauer der Gummi-Metall-Elemente wird das Partikelfilter, eine verbreitete modellbasierte Methode zur Zustandsüberwachung technischer Systeme, weiterentwickelt, um Unsicherheiten im Verhalten und der Degradation der Elemente zu berücksichtigen. Anhand der Ergebnisse wird belegt, dass aufbauend auf dieser Zustandsüberwachung die Ausnutzung der Gummi-Metall-Elemente in realen Anwendungen durch eine präventive Instandhaltung erhöht werden kann. Damit bildet diese Arbeit die Basis für zukünftige, prädiktive Instandhaltungskonzepte für diese Elemente. Weiterhin bestätigt die Arbeit, dass eine Berücksichtigung vorliegender Unsicherheiten zu einem frühen Zeitpunkt im Entwicklungsprozess des Zustandsüberwachungssystems empfehlenswert ist.

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With condition-based maintenance, the risk of system failure is reduced while maximizing system utilization and ensuring a predictable maintenance schedule. The aim of this thesis is the development of a condition monitoring system of rubber-metal-elements. Due to the viscoelasticity and the complex degradation behavior of the elements, they are currently maintained preventively. During lifetime tests of the rubber-metal-elements, three measurement quantities are acquired. Thereby, temperature is identified as the most suitable measurement quantity to describe the rubber-metal-elements state. The accuracy of a condition monitoring system is generally influenced by various uncertainties. To consider available uncertainties within the behavior and the degradation of the elements, the particle filter, a state-of-the-art model-based method for predicting remaining useful life, is enhanced and employed. The results prove that the developed condition monitoring system enables an increased utilization of rubber-metal-elements in real applications through predictive maintenance. This thesis provides the basis for future concepts of predictive maintenance for rubber-metal-elements. Moreover, it is recommended to take uncertainties into account at an early stage of the development process of condition monitoring systems.