Smart Bearings

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Smart Bearings

Mit dem Einzug der Informationstechnologie in den Maschinenbau über Großprojekte wie Industrie 4.0 und das Internet der Dinge haben sich die Anforderungen an technische Systeme grundlegend geändert. Insbesondere klassische Maschinenelemente müssen unter den Aspekten der Informationsbereitstellung angepasst und um Funktionen erweitert werden. Untersuchungen zu der konstruktiven Integration der Maschinenelemente erfolgt im Arbeitsbereich MME des Fachgebiets pmd. Um diese Funktionserweiterungen anwenden zu können sind Signal und Energiepfade in technischen Systemen parallel zu den primären Funktionen vorzusehen. Von besonderem Interesse ist hierbei die Ausführung dieser Pfade aus rotierenden Systemen. Regulär werden Sensordaten, die beispielsweise auf einer Welle generiert werden, mittels Schleifringkontakten abgeführt oder kabellos übertragen. Beide Methoden weisen jedoch erhebliche Limitierungen auf. Aufgrund bisheriger Erkenntnisse gilt die Nutzung von Lagern zur Signalleitung als Alternative. Indem die elektrischen Signale durch standardisierte Bauteile ausgeführt werden, ergeben sich gänzlich neue Möglichkeiten zur Integration von Sensorik in Prozesse. Basierend auf derselben Grundidee sind weitere Modifikationen zur Funktionserweiterung denkbar. Wenngleich Wälz- und Gleitlager schon seit langem Gegenstand der Forschung sind, müssen sie stetig unter den Gesichtspunkten neuer technologischer Entwicklungen modifiziert werden und sind daher am pmd im Rahmen der Entwicklung mechatronischer Maschinenelemente besonders in den Fokus gerückt. Infolge der elektrischen Signalleitung im Wälzlager ergeben sich jedoch auch neue Belastungen auf die Lager, die zu veränderten Schadensmechanismen führen und ebenfalls einer eingehenden Untersuchung bedürfen. Dies wird insbesondere bei der Nutzung von elektrischen Antrieben sichtbar. Parasitäre oder durch Umrichter induzierte Ströme, die hier über das Lager abgeleitet werden, können zu Elektroerosionen und somit zu verkürzten Lebensdauern von Wälz- und Gleitlagern führen.

Ziele

Zielsetzung der Arbeitsgruppe Smart Bearings ist es, Wälz- und Gleitlager dahingehend zu modifizieren, eine Energie und Signalleitung durch das Lager zu ermöglichen. Darüber hinaus soll eine Funktionserweiterung des Lagers selbst mit Sensoreigenschaften erforscht werden, um prozessnah Daten zu erfassen. Um dies zu realisieren, werden einerseits methodische Werkzeuge zur Integration der Technologie erarbeitet und experimentell im Versuchsfeld umgesetzt. Hierbei wird einerseits auf der makroskopischen Ebene gearbeitet um das Funktionsprinzip und die damit verbundene Peripheriethemen zu beleuchten, andererseits wird auf der mikroskopischen Ebene gearbeitet um auch die kritischen Wirkbereiche, wie beispielsweise die tragenden Schmierstoffschichten hinsichtlich der neuen Fragestellungen für Lager, Schmierstoff und System zu analysieren.

Aktuelle Projekte

  • Funktionserweiterung bei Lagern hinsichtlich Energie- und Signalleitung
  • Untersuchung elastohydrodynamischer Strömungen im Wälzkontakt
    • Simulation des Wälzkontakts bei Stromdurchgang, Ableitung von betriebsrealistischen Impedanz Modellen
    • Grundlagenversuche zur Validierung der Modellvorstellungen