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Pioneer Fund – kraftmessendes Wälzlager

Die Entwicklung und Forschung im Maschinenbau haben viele Fertigungsprozesse bis zur Grenze des technisch Erreichbaren optimiert. Die nächsten großen Potentiale, die im Zuge der Entwicklung hin zu Industrie 4.0 angegangen werden, sind die Überwachung und Verfügbarkeit der Fertigungsprozesse. Mit einer In-Line Überwachung zur Reduzierung von Ausschuss und einer Überwachung der Komponenten zur Vermeidung von Ausfällen und Stillstandszeiten können deutliche Kostenersparnisse in der Produktion realisiert werden. Hierzu eignet sich insbesondere die Kraftmessung in Wälzlagern, da Ereignisse im rotierenden System grundsätzlich zu Kräften in der Lagerung führen und dort beobachtet werden können. Zusätzlich werden in nahezu jeder Maschine Wälzlager verwendet. Bisher war eine solche prozessnahe Kraftmessung allerdings teuer oder benötigte eine Umkonstruktion der Maschine, und ist deshalb kaum verbreitet.

Projekt Kick-Off 2019. Personen (v.l.n.r.): Prof. Dr.-Ing. Eckhard Kirchner (Projektleitung), Tobias Schirra, M.Sc., Georg Martin, M.Sc. (Projektteam), Robert Heitzmann (Innovationsmanager der TU Darmstadt, Pioneer Fund)
Projekt Kick-Off 2019. Personen (v.l.n.r.): Prof. Dr.-Ing. Eckhard Kirchner (Projektleitung), Tobias Schirra, M.Sc., Georg Martin, M.Sc. (Projektteam), Robert Heitzmann (Innovationsmanager der TU Darmstadt, Pioneer Fund)

Die Lösung im Projekt „HCP Sense“ des Fachgebiets Produktentwicklung und Maschinenelemente misst die in jedem Wälzlager vorhandenen elektrischen Eigenschaften um daraus die Lagerkräfte zu bestimmen. Der Zusammenhang zwischen elektrischer Impedanz und den Betriebsbedingungen des Wälzlagers wird genutzt um eine weitgehend bauraumneutrale Messung der Lagerkräfte zur gewährleisten und auf eine Umkonstruktion der bestehenden Maschinen verzichten zu können. Ein großer Vorteil ist, dass die Messung der Größen nah am Prozess erfolgt, die Sensorik jedoch nicht im Kraftfluss platziert werden muss sondern außerhalb des Wälzlagers, wodurch eine Änderung des Systemverhaltens ausgeschlossen werden kann. Bestehende Lager ohne Zusatzfunktion können deshalb direkt durch kraftmessende Wälzlager ausgetauscht werden.

Ziel des Projekts

Das Ziel des vom Pioneer Fund geförderten Projekts ist es, einen Prototyp zu konstruieren, der für Versuche in realen Maschinen geeignet ist. Neben der Konstruktion des Prototyps wird die Auswertemethodik im Versuch validiert. Der Einfluss verschiedenster Störeinflüssen muss in der Auswertung berücksichtigt und beherrscht werden. So soll abschließend ein ausreichend robuster Produktprototyp vorhanden sein, mit dem ein erster Einsatz bei möglichen Kunden für ein solches System durchgeführt werden kann.

Anwendungen

Das Sensorlager ist eine Zulieferkomponente, die es ermöglicht, Daten über Prozesse und den Zustand von Bauteilen zu erfassen. So können Sensorlager zur Zustandsüberwachung von Getrieben und Antrieben genutzt werden, um einen zuverlässigen Betrieb mit bedarfsgerechten Wartungsintervallen garantieren zu können.

Technisch gesehen gelten die beschriebenen Zusammenhänge für alle Lagerbauarten und Größen. Dies gilt also für Rotorlager von Windrädern und für Miniaturlager in der Feinwerktechnik. Mit geringem Aufwand lässt sich die Technologie technisch auf jeden Wälzlagertyp übertragen, da das Produkt auf einem Standard-Wälzlager basiert und bauraumneutral gestaltet wird. Somit lässt sich jedes Wälzlager durch ein Sensorlager ersetzen.