Maintenance Lab
Knarskast
De Knarskast is een door het Maintenancelab van de Hogeschool van Amsterdam (HvA) ontwikkelde testopstelling waarmee planetaire tandwielstelsels onder volledig gecontroleerde omstandigheden worden belast en doorgemeten. De Knarskast is een proof of concept en wordt actief doorontwikkeld. Het doel is een platform te bieden voor het genereren van kwalitatieve, gelabelde data over faalgedrag in planetaire tandwielkasten — bruikbaar voor conditiemonitoring en onderzoek naar voorspellend onderhoud.
Planetaire tandwielstelsels zijn de ruggengraat van talloze industriële machines: van windturbines en heftrucks tot robots en industriële aandrijvingen. Ze zijn compact, krachtig en — wanneer ze onverwacht falen — bijzonder kostbaar. De Knarskast maakt het mogelijk om dat faalgedrag te begrijpen, te voorspellen en uiteindelijk te voorkomen.
Kernprincipe
Planetaire tandwielstelsels worden bewust belast met instelbare profielen, terwijl sensoren continu data registreren. Zo ontstaan gelabelde datasets met bekende faalvormen die in de praktijk zelden beschikbaar zijn.
De Knarskast
Docent-onderzoeker Nathan Houwaart geeft uitleg over de Knarskast van het Maintenancelab.
Waarom een testbank?
Hoogwaardige faaldata van tandwielkasten is in de industrie schaars. Veiligheidskritieke systemen — zoals windturbines, kranen of industriële aandrijflijnen — mogen in de praktijk niet gecontroleerd kapot worden gedraaid. Run-to-failure data is daardoor bijna onmogelijk te verzamelen.
Bovendien is velddata vaak slecht gelabeld: onderhoudssystemen registreren zelden het exacte faaltype, de ernst of het tijdstip van schade-initiatie. Zonder die context zijn de meetdata onvoldoende bruikbaar voor het trainen van AI-modellen.
Een testopstelling zoals de Knarskast vult dat gat: faalvormen worden onder gecontroleerde, herhaalbare condities aangebracht, wat nauwkeurig gelabelde datasets oplevert met precies bekende belastingscenario’s en faalpatronen.
Hoe werkt het?
De Knarskast bestaat uit vijf samenhangende onderdelen:
- Belastingsunit — gecontroleerde testomstandigheden
Een Motovario 1,1 kW elektromotor drijft de planetaire overbrenging aan. Via een frequentieregelaar is het toerental instelbaar tot 1500 RPM (7 Nm nominaal koppel). Als belasting is een magnetische poederrem (25 Nm) aanwezig, waarmee het tegenkoppel nauwkeurig en vanaf stilstand instelbaar is.
In ontwikkeling: configureerbare belastingsprofielen via software — wisselende condities gedurende een test.
- Planetaire overbrenging — het testobject
In de op maat gemaakte aluminium behuizing is een planetaire overbrenging gemonteerd (overbrengingsverhouding 5,43:1, gefixeerde ring gear). De ring gear en planet gears zijn eenvoudig te verwisselen, zodat meerdere faalvormen opeenvolgend kunnen worden getest.
Faalvormen die worden aangebracht:
- verwijderen van één of meerdere tanden van een planet gear — Tandbreuk
- oppervlakteschade op tandflankoppervlakken — Pitting
- geleidelijke materiaalafgifte door wrijving — Slijtage
- geïntroduceerde initiaalscheuren in tandwielmateriaal — Scheurvorming
Een overbelastingsbeveiliging (breekpen, breekmoment 10 Nm) beschermt de overige componenten bij onbedoelde overbelasting.
In ontwikkeling: oliebad voor smering van de planetaire tandwielen, voor realistischere testcondities.
- Sensorsysteem — op de overbrenging
FBG sleeve (Sensing360) rondom de ring gear, uitgelezen door een Photonfirst interrogator. De sleeve bevat meerdere Fiber Bragg Grating sensoren die de golflengte van licht meten.
Veranderingen in rekspanning door tandwielcontact maken diverse parameters afleidbaar:
- verdeling van de krachten over de ring gear omtrek — Lastdistributie
- kracht op de tandwielen per omwenteling — Contactkracht
- karakteristieke frequenties van planet gears en sun gear — Tandpasseerfrequenties
- afwijkingen in het strainpatroon bij schade — Defectsignaturen
- FBG-sensoren zijn tevens temperatuurgevoelig — Temperatuur
- Sensorsysteem — machinemonitoring
Naast de lagersensoren worden ook systeemparameters gemonitord:
- op motorbehuizing en tandwielkast — Temperatuur
- stroom, spanning en toerental via de motorcontroller — Motorparameters
- Data-acquisitie — standaardisatie via ISA-PHM
Alle sensordata wordt handmatig gecombineerd en gestandaardiseerd via het ISA-PHM-framework. Dit koppelt meetdata aan bijbehorende metadata: belastingscondities, faaltype en sensorinformatie, in een gestructureerd en herhaalbaar formaat. Het resultaat zijn gelabelde datasets bruikbaar voor conditiemonitor- en prognostisch onderzoek.
Wat levert het jouw organisatie op?
Inzicht in faalgedrag Gelabelde data van specifieke faalvormen in planetaire tandwielstelsels. | Gelabelde datasets Bruikbaar voor conditiemonitoronderzoek en AI-modellen. |
Kennis in huis Studenten en onderzoekers van de HvA werken mee aan jouw vraagstuk. | Leveranciersonafhankelijk Elk type planetaire tandwielkast testbaar, van elke fabrikant. |
Versneld resultaat Gecontroleerde tests geven inzicht in weken, niet jaren. | Flexibele samenwerking Van een verkennend gesprek tot een meerjarig partnerschap. |
Toepassing in jouw organisatie
De Knarskast is relevant voor elke organisatie die werkt met planetaire tandwielkasten in kritische aandrijflijnen. Denk aan:
🌬️ Windenergie: planetaire hoofdaandrijvingen en generatorkasten in windturbines.
🏭 Industrie & productie: reductiemotoren, hef- en transportinstallaties, mixers en extruders.
🤖 Robotica & automatisering: precisieaandrijvingen in industriële robots en cobots.
⚓ Maritiem: boegschroefaandrijvingen, lierkasten en dekwerktuigen.
🚜 Bouw & agri: planetaire assen in bouwmachines, kranen en landbouwvoertuigen.
🔬 OEM & R&D: verificatie van nieuw tandwielontwerp of smeerconcepten.
Van meting naar onderhoud
Het Maintenancelab werkt aan een aanpak waarbij testbankdata de basis vormt voor een volledig conditiemonitortraject. De richting die we voor ogen hebben:
Inventarisatie
Welke tandwielkasten zijn kritisch in jouw installatie?
Testconfiguratie
De Knarskast wordt ingesteld op jouw specifieke belastingsprofiel en faalvormen.
Dataverzameling
Gecontroleerde tests met continue multi-sensor meting, gestandaardiseerd via ISA-PHM.
Modelontwikkeling
Studenten en onderzoekers verkennen conditiemonitormodellen op basis van de data.
Validatie
Het model wordt vergeleken met machinedata uit jouw operationele omgeving.
Kennisoverdracht
Jouw medewerkers worden meegenomen in de methodiek.
Momenteel werkt het Maintenancelab aan datastandaardisatie en het opzetten van use cases om datasets te genereren. Dit traject is de richting waar we naartoe werken.