IR-Telemetrie kann Antriebsstrangkomponenten zum Sprechen bringen

Aug 04, 2023

Von Chad Elmore, 1. August 2023

Das Unternehmen ist auf die Echtzeitübertragung von Daten bewegter Komponenten spezialisiert

Seit mehr als 30 Jahren unterstützt IR Telemetrics Produktentwicklungsteams auf der ganzen Welt bei der Erfassung von Daten von internen hin- und hergehenden und rotierenden Komponenten in rauen Umgebungen. Auf diese Weise hat es Unternehmen dabei geholfen, zuverlässige Düsentriebwerke, Dieselmotoren, Baumaschinen, Getriebe und mehr zu entwickeln. Gründer Glen Barna sagte, das Unternehmen sei heutzutage dank der Arbeit rund um den Einsatz alternativer Kraftstoffe wie Erdgas, Wasserstoff, Ethanol und Ammoniak geschäftiger denn je.

„Alles ändert sich, wenn man den Kraftstoff im Motor wechselt, und davon passiert gerade viel“, sagte Barna. „Sie werden unterschiedliche Kompressionstemperaturen und unterschiedliche Zylinderdrücke sehen, aber unseren Thermoelementen ist es egal, ob sie die von Dieselkraftstoff, Benzin, Wasserstoff oder Ammoniak erzeugte Wärme messen. All diese neuen Kraftstoffe – insbesondere die grünen Kraftstoffe – bedeuten für uns viel mehr Arbeit, was wunderbar ist. Das ist es, was wir wollen.“

Michigan Tech-Absolvent

Die Grundlage des Unternehmens war ein drahtloses Infrarot-Telemetriesystem (das ist das „IR“ im Firmennamen), das Barna während seines Doktorandenstudiums an der Michigan Technological University entwickelte. Die Arbeit erregte schnell die Aufmerksamkeit der Ingenieure von Ford Motor Co. und General Motors, weshalb Barna und sein Berater, der Michigan Tech-Professor Carl Anderson (inzwischen im Ruhestand), das Unternehmen gründeten, um die Arbeit zu unterstützen. Das Duo war einige Jahre lang von der Universität aus tätig, bevor der Betrieb an seinen derzeitigen Standort in Hancock, Michigan, umzog – ein Gebäude, das hinsichtlich der Grundfläche und der Anzahl der Mitarbeiter mehrfach erweitert wurde.

„Wir hätten wahrscheinlich schneller wachsen können, aber ich habe einen konservativeren Weg gewählt, weil ich nicht nach Risikokapitalgebern suchen wollte“, sagte Barna.

Die Strategie hat sich bewährt: „Wir haben heute eine ziemlich umfangreiche Kundenliste.“

Heute ist IR Telemetrics auf die Echtzeitübertragung von Daten von beweglichen Komponenten während ihres typischen Arbeitszyklus spezialisiert. Das Unternehmen nutzt Technologien, die intern kontinuierlich weiterentwickelt wurden, um Kunden dabei zu helfen, trotz der rauen Betriebsbedingungen von Motoren, Turbinen und anderen Systemen und Komponenten wichtige Messwerte zu ermitteln. Seine Infrarot-, Mikrowellen- und Hochgeschwindigkeits-Mehrkanal-Digitaltelemetriesysteme ermöglichen Ingenieuren die Durchführung von Parametermessungen über einen oder mehrere Kanäle – und ermöglichen eine Datenerfassung, die nach Angaben des Unternehmens bisher für unmöglich gehalten wurde.

„Ein Großteil unserer Arbeit dient der Validierung von Computermodellen“, sagte Barna. „Fast jedes Projekt, das wir durchführen, ist individuell, auch wenn es einem anderen Projekt ähneln kann. Es gibt immer Unterschiede, die ein neues Design oder eine neue Technik erfordern. Das ist die Hauptaufgabe unserer Arbeit: individuelles Design und individuelle Installation.“

Sagt selten „Nein“

„In den letzten 30 Jahren haben wir nicht vielen Menschen gesagt, dass wir das nicht tun können“, sagte Paul LaVigne, Vizepräsident von IR Telemetrics. Als Maschinenbauingenieur mit einem Abschluss an der Michigan Tech leitete er ein Ingenieurberatungsunternehmen, das ursprünglich Barnas Unternehmen als Kunden annahm. Im Jahr 1996 kam er hauptberuflich zu IR Telemetrics.

„Ein Großteil unserer Technologie ist aus einem Kundenbedürfnis heraus entstanden“, sagte LaVigne. „Zum Beispiel gab es ein Projekt mit einem OEM, bei dem man Stoßbelastungen auf ein Zahnrad an der Vorderseite des Motors messen wollte, um ein 3D-Modell zu validieren. Die Ingenieure wollten gleichzeitig 32 Kanäle mit 50 Kilohertz pro Kanal. Als sie anriefen, verfügten wir noch nicht über diese Technologie, aber wir haben sie entwickelt, um diesen Bedarf zu decken.

„Ein anderer Kunde wollte die Ringbewegung an einem Kolben messen, aber es gab keinen handelsüblichen Aufnehmer, der das leisten konnte. Deshalb haben wir unseren eigenen Wandler entwickelt, um die Stiftdrehung an einem Kolben mit einer Technologie zu messen, die es zuvor noch nicht gab.“

In einem anderen Beispiel entwickelten die Ingenieure von IR Telemetrics für einen Kunden eine Möglichkeit, den Schmierölfluss entlang einer Pleuelstange zu messen.

„Im Laufe der Jahre haben sich viele unserer Fähigkeiten, die ursprünglich nicht existierten, aus den Bedürfnissen der Kunden entwickelt, wobei wir einen Weg finden werden, ihre Bedürfnisse zu messen“, sagte LaVigne.

Verlässliche Daten

Bei reziproken, rotierenden und schienengebundenen Systemen hat sich die drahtlose Messung als die zuverlässigste Möglichkeit erwiesen, Daten von beweglichen Teilen zu erhalten.

IR Telemetrics gab an, jede Komponente vom Kolben bis zur Radnabe instrumentiert zu haben, einschließlich Kolben, Kolbenbolzen, Pleuel, Kurbelwellen, Nockenwellen, Kupplungen, Drehmomentwandler, Getriebe und Differentiale. Aufgrund der starken Belastungen, denen Dieselmotoren ausgesetzt sind, erfordern drahtlose Sender eine sorgfältige Verpackung und Installation, die nach Angaben des Unternehmens von seinen Ingenieuren routinemäßig durchgeführt wird.

„Wir haben im Laufe der Jahre eine Vielzahl unterschiedlicher Projekttypen durchgeführt“, sagte Barna. „Wir haben Thermoelemente an großen Dieselturboladern angebracht, die sich mit 40.000 U/min drehen, um Daten von ihnen zu erhalten. Wir entwickeln derzeit einen drahtlosen Sender mit 128 Kanälen, 24 Bit und 400.000 Abtastungen pro Sekunde, der für Turbomaschinen wie Düsentriebwerke und ähnliches konzipiert ist. Wir glauben, dass es bei einem drahtlosen Instrument branchenführend sein wird.“

„Wir haben fast alles an Kolben gemessen. Oberflächentemperatur, eingebettete Temperatur, Ringflächendruck, vertikale Ringbewegung, Dehnung, Stiftbewegung und Stiftrotation. Wir führen häufig mehrere Arten von Messungen an einer Komponente durch“, sagte LaVigne. „Wir haben Kolben instrumentiert, bei denen wir Temperaturen, Ringstegdrücke und Ringbewegungen mit mehreren an einem Kolben installierten Sendern messen. Wir haben auch die Kolbentemperatur, die Stifttemperatur und die Stiftdrehung gleichzeitig am selben Kolben gemessen. Die Bereitstellung mehrerer Messungen an einem einzelnen Kolben ist ein leistungsstarkes Werkzeug, da es den Ingenieuren Echtzeitdaten über alle interagierenden Komponenten liefert. Und wir haben auch an einigen sehr komplizierten Achtgang-Automatikgetrieben für Kraftfahrzeuge gearbeitet, bei denen wir mehrere Sender im Inneren hatten, die die Temperaturen der Reaktionsplatten und den Öldruck an mehreren Kupplungen messen, sowie mehrere Temperatur- und Druckmessungen in den Drehmomentwandlern.“

Durch den gleichzeitigen Zugriff auf Daten aus mehreren Messungen können Kunden schneller korrelieren, was im Motorblock oder Getriebegehäuse geschieht.

Virtuelle Meetings und Besuche vor Ort

Wenn das Telefon von IR Telemetrics klingelt, gehört der Anrufer typischerweise einer von drei Gruppen an: Produktentwicklung, Forschung und Entwicklung oder Fehleranalyse.

Vor 2020 startete die Zusammenarbeit einst mit einer Reise zum Kundenstandort, doch die Pandemie perfektionierte das virtuelle Treffen. „Das Zoom-Meeting hat sich wirklich weiterentwickelt und ist in den frühen Phasen eines Projekts effizienter geworden“, sagte LaVigne, „weil sie alle ihre Ingenieure haben können und wir alle unsere Ingenieure im selben Meeting haben können, wenn wir uns ein Projekt ansehen.“ Projekt. Gleich zu Beginn können wir noch viele weitere Fragen beantwortet bekommen. Wir nutzen diese Zoom-Meetings auch, um Kunden über den Fortschritt auf dem Laufenden zu halten, während wir den Prozess durchlaufen.“

Manchmal kann das Ingenieurteam des Unternehmens während der virtuellen Besprechungsphase eine Alternative vorschlagen, die auf seiner jahrelangen Erfahrung in einer Vielzahl von Projekten basiert.

„Wir werden niemanden ausquetschen, nur um daraus ein Projekt zu machen“, sagte Barna. „Wir werden bei ihren Messanforderungen hilfreich sein, auch wenn das bedeutet, dass wir nicht unbedingt ein Projekt daraus machen.“

Ein Großteil der Arbeit wird zwar in Hancock ausgeführt, doch wenn IR Telemetrics vor Ort ist, dient dies der Unterstützung des Testplans des Kunden oder der Durchführung von Installationen vor Ort.

„Ein typisches Projekt dauert zwei bis drei Monate und wir erledigen die gesamte Arbeit an den Teilen. Wenn ein Kunde die Temperatur eines Kolbens in einem laufenden Motor messen möchte, besorgen wir den Kolben hier, kümmern uns um die gesamte Instrumentierung und holen alle Wandler und Elektronik an Bord. Manchmal holen wir bei einem kleinen Motor den Motor hier in die Werkstatt und bauen alles auf, was für den Test erforderlich ist. Wenn wir das Teil zurücksenden, ist es bereit für den Test und die Datenerfassung.“

Wenn der Kunde mit dem Sammeln von Datenpunkten beginnt, sammelt das IR Telemetrics-Team Dateien, um sicherzustellen, dass alles ordnungsgemäß funktioniert, bevor der Kunde stundenlange Tests durchführt.

„Wir waren mit der Unterstützung vor Ort immer sehr, sehr stark“, sagte LaVigne. „Wenn sich der Kunde mitten in einem Test befindet und Probleme hat, die nicht telefonisch gelöst werden können, kommen wir vorbei, um ihm zu helfen.

„Wenn ein Kunde ein auf einer Komponente installiertes Telemetriesystem kauft, kauft er in Wirklichkeit die Daten, die es liefert. Wir haben immer eine 100-prozentige Garantie dafür gegeben, dass unser Telemetriesystem funktioniert und dem Kunden in der ersten Testphase die Daten liefert, die er benötigt.“

Laut Barna kann das Unternehmen seinen Kunden Unterstützung bei der Signalanalyse bieten, aber das ist nicht immer erforderlich.

„Wir geben nicht vor, Motorenexperten zu sein, aber wir haben im Laufe der Jahre genügend Daten zu genügend unterschiedlichen Teilen gesehen, sodass wir unseren Kunden wirklich einen Mehrwert bieten können, wenn wir uns diese Informationen ansehen“, sagte er.

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