Produceer met minder engergie eco-innovatie in mechatronica - een benadering vanuit...

het collectief centrum van de Belgische technologische industrie

Eco-innovatie in mechatronica: een benadering vanuit geluidsreductie

Geluidsreductie & energie- efficiëntie in mechatronische systemen

• Compatibel of niet?

10-11-2011© Sirris | www.sirris.be | info@sirris.be | 2

Geluidsreductie & energie- efficiëntie in mechatronische systemen

• Wij geloven van wel Eco- Mechatronics

10-11-2011© Sirris | www.sirris.be | info@sirris.be | 3

Eco- mechatronics is verzamelnaam voor technologie nodig om doorbraakinnovaties te realiseren rond drie eco-pijlers:

• Energiezuinig•Performant•Gebruikscomfort (geluid & trillingen)

Eco- pijler: Energiezuinig

• Via inzicht in energiestromen (eco) innovatiepotentieel ontdekken

10-11-2011© Sirris | www.sirris.be | info@sirris.be | 4

Mechatronische uitdagingen rond pijler:

energiezuinig

1. Bijv. hydraulisch vs elektrisch2. Bijv. recuperatie rem-energie3. Bijv. power down in stand-by

mode

Eco- pijler: gebruikscomfort

• Via inzicht in het dynamische gedrag, optimale keuze aandrijving en actieve maatregelen naar een hoger gebruikscomfort

10-11-2011© Sirris | www.sirris.be | info@sirris.be | 5

1. Bijv. intelligente sturing wasmachine

2. Bijv. actieve lagering

Mechatronische uitdagingen rond pijler:

gebruikscomfort

Voorbeeld eco- mechatronische innovatie:Hybridisatie

10-11-2011© Sirris | www.sirris.be | info@sirris.be | 6

Bedrijf: Dana

Product: wiellader

Innovatieonderwerp:Hydraulische aandrijving (deels) te vervangendoor elektromechanische hybride aandrijving

Realisatie:

- 20% minder brandstofverbruik doorrecuperatie kinetische en potentiëleenergie- lager geluidsniveau- minder onderhoud & grotereflexibiliteit om extra gereedschap tehanteren

Geluidsreductie & energie- efficiëntie: aanpak innovatie in mechatronischesystemen• heden:

Via een multi- disciplinaire aanpak

• Beter: Via interdisciplinaire aanpak

10-11-2011© Sirris | www.sirris.be | info@sirris.be | 7

10/11/2011© sirris 2011 | www.sirris.be | info@sirris.be | 8

Mechatronisch systeem

Plant

Meet- en regelsoftwareSturingsoftwareSoftware

Meet- en regelhardwareSturinghardwareHardware

Digitale waarden

Fysischewaarden(afstand, snelheid, geleidbaarheid, massa,…)

Fysischewaarden(regelstroom, regeldruk, afstand,…)

Digitale waardenDigitale waarden

Logischewaarden (aan, uit, aan→ uit, uit →aan,aanwezig, open,…)

Logischewaarden (aan→ uit, uit → aan, open→ dicht, dicht→ open,…)

Energie

Energie

MateriaalMechanisch Elektrisch Thermisch Hydraulisch

Akoestisch

ThermischEirr

Fysische wereld

Inf

E

Mat

E

Informatie

Controller

10/11/2011© sirris 2011 | www.sirris.be | info@sirris.be | 9

Disciplines

Meet- en regelsoftwareSturingsoftwareSoftware

Meet- en regelhardwareSturinghardwareHardware

Digitale waarden

Fysischewaarden(afstand, snelheid, geleidbaarheid, massa,…)

Fysischewaarden(regelstroom, regeldruk, afstand,…)

Digitale waardenDigitale waarden

Logischewaarden (aan, uit, aan→ uit, uit →aan,aanwezig, open,…)

Logischewaarden (aan→ uit, uit → aan, open→ dicht, dicht→ open,…)

Energie

Energie

MateriaalMechanisch Elektrisch Thermisch Hydraulisch

Akoestisch

ThermischEirr

Fysische wereld

Inf

E

Mat

E

Informatie

Controller

Plant

10/11/2011© sirris 2011 | www.sirris.be | info@sirris.be | 10

Gespecialiseerde disciplines

Meet- en regelsoftwareSturingsoftwareSoftware

Meet- en regelhardwareSturinghardwareHardware

Digitale waarden

Fysischewaarden(afstand, snelheid, geleidbaarheid, massa,…)

Fysischewaarden(regelstroom, regeldruk, afstand,…)

Digitale waardenDigitale waarden

Logischewaarden (aan, uit, aan→ uit, uit →aan,aanwezig, open,…)

Logischewaarden (aan→ uit, uit → aan, open→ dicht, dicht→ open,…)

Energie

Energie

MateriaalMechanisch Elektrisch Thermisch Hydraulisch

Akoestisch

ThermischEirr

Fysische wereld

Inf

E

Mat

E

Informatie

Plant

Controller

10/11/2011© sirris 2011 | www.sirris.be | info@sirris.be | 11

Herdefinitie oplossen multi- disciplinairprobleem: oorspronkelijk

Elektrisch Subsysteem

belasting MechanischSubsysteem

bron +

Elektrisch Subsysteem

belasting MechanischSubsysteem

bron +

Elektrisch Subsysteem

belasting MechanischSubsysteem

bron +

Team 1: elektrici Team 2: mechanici

10/11/2011© sirris 2011 | www.sirris.be | info@sirris.be | 12

Herdefinitie oplossen multi- disciplinairprobleem: nieuw

Team 1: multidisciplinair

Elektrische dynamica

Energie dissipatie

energietransformator

Mechanische dynamica

Energie dissipatie

Elektrisch subsysteem Mechanisch subsysteem

i

v

+

-

+

-

T

ω

Elektrische dynamica

Energie dissipatie

energietransformator

Mechanische dynamica

Energie dissipatie

Elektrisch subsysteem Mechanisch subsysteem

i

v

+

-

+

-

T

ω

Elektrische dynamica

Energie dissipatie

energietransformator

Mechanische dynamica

Energie dissipatie

Elektrisch subsysteem Mechanisch subsysteem

i

v

+

-

+

-

T

ω

Team 2: multidisciplinair

Team 3: multidisciplinair

Geluidsreductie & energie- efficiëntie in mechatronische systemen

Een benadering via een classificatie van geluidsbronnen…

10-11-2011© Sirris | www.sirris.be | info@sirris.be | 13

Geluidsbronnen

Classificatie

Geluidsbronnen(aerodynamische oorsprong)

Directe verstoring van de lucht(stroming)

Geluidsbronnen(mechanische oorsprong)

Trilling en uitstraling machinestructuur

Ventilatoren1 Impact1

Samengedrukte lucht expansie perslucht uitlaat motor uitlaat

2Roterende onderdelen overbrenging pompen lagers elektrische machines

2

Verbranding3 Wrijvingskrachten en andere snijgereedschap remmen

3

13/11/2008 15

Turbulentie geluid

Geluidsbronnen(aerodynamische oorsprong)

Directe verstoring van de lucht(stroming)

Geluidsbronnen(mechanische oorsprong)

Trilling en uitstraling machinestructuur

Ventilatoren1 Impact1

Samengedrukte lucht expansie perslucht uitlaat motor uitlaat

2Roterende onderdelen overbrenging pompen lagers elektrische machines

2

Verbranding3 Wrijvingskrachten en andere snijgereedschap remmen

3

Geluidsbronnen

13/11/2008 16

Turbulente luchtstroom en energie efficiëntie

Increased energy efficiency by: Increasing laminar flow Drawing turbulent air away

Bron: Ridley

13/11/2008 17

Turbulente luchtstroom en geluid: Ventilatoren

13/11/2008 18

Geluidsbronnen(aerodynamische oorsprong)

Directe verstoring van de lucht(stroming)

Geluidsbronnen(mechanische oorsprong)

Trilling en uitstraling machinestructuur

Ventilatoren1 Impact1

Samengedrukte lucht expansie perslucht uitlaat motor uitlaat

2Roterende onderdelen overbrenging pompen lagers elektrische machines

2

Verbranding3 Wrijvingskrachten en andere snijgereedschap remmen

3

Geluidsbronnen

13/11/2008 19

Turbulente uitlaat straalmotor

Bron: wikipedia

13/11/2008 20

Geluidsopwekking turbulente wervels

Bron: LMFA

13/11/2008 21

Geluidsreductie perslucht nozzles

13/11/2008 22

Energie efficiënte perslucht nozzles

13/11/2008 23

Geluidsbronnen(aerodynamische oorsprong)

Directe verstoring van de lucht(stroming)

Geluidsbronnen(mechanische oorsprong)

Trilling en uitstraling machinestructuur

Ventilatoren1 Impact1

Samengedrukte lucht expansie perslucht uitlaat motor uitlaat

2Roterende onderdelen overbrenging pompen lagers elektrische machines

2

Verbranding3 Wrijvingskrachten en andere snijgereedschap remmen

3

Geluidsbronnen

13/11/2008 24

Geluidsafstraling trillend oppervlak

13/11/2008 25

Geluid en energie bij roterende onderdelen: wrijving

Dieselmotor Lagers Gearboxes

Bron: RohloffBron: Wikipedia

13/11/2008 26

Geluidsreductie & energie- efficiëntie in mechatronische systemen: overzicht

Aerodynamische oorsprong Vermijd turbulenties:

Hou luchtsnelheden zo laag mogelijk

Oppassen met bochten en obstakels, zeker niet voor ventilatoren

Oppassen met plotselinge drukval Mengen van lucht met hoge en

lage snelheden moet zo geleidelijk mogelijk

Mechanische oorsprong Vermijd trillende oppervlakken

Zorg voor optimale smering bij wrijving of glijdend contact

Vermijd impactkrachten, zorg voor geleidelijk krachtinwerking