Schadensfrüherkennung an Wälzlagern durch elektrische Impedanzmessung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckhard A. Kirchner
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 463357020

Das Ziel des Vorhabens ist die Identifikation eines impedanzbasierten Schadensindikators zur Früherkennung von Wälzlagerschäden. Der Vorteil einer solchen Schadensfrüherkennung gegenüber einer Schadenserkennung auf Körperschallbasis ist das frühere Ansprechen des Schadensindikators bereits bei mikroskopischen Veränderungen der Lauffläche. Vor dem Auftreten von Oberflächenschäden kann die Änderung der Impedanz Aufschlüsse über den bevorstehenden Initialschaden ermöglichen.Versuchsreihen mit engmaschig überwachter Impedanz werden durchgeführt, ohne durch die Messungen selbst elektrisch bedingte Schäden zu verursachen. Die Nutzung verfügbarer Lebensdaueruntersuchungen ist aufgrund des Fehlens regelmäßiger Impedanzmessungen nicht möglich. Dabei muss eine Messmethode eingesetzt werden, welche Schmierstoff- und Alterungseinflüsse differenzieren kann und die bei Messspannungen unterhalb der Durchschlagsspannung des Schmierfilms arbeitet.Um die Messungen interpretieren und mit Veränderungen im Wälzkontakt korrelieren zu können müssen die Oberflächeneigenschaften der Kontaktpartner regelmäßig zerstörungsfrei untersucht werden. Mit den ermittelten Rauigkeiten und den Zeitreihen der Impedanzkennwerte werden empirische Prognoseansätze auf Basis messbarer Schadensindikatoren erarbeitet und mit Veränderungen der Oberfläche der Wälzlager korreliert. Begleitend werden Methoden der künstlichen Intelligenz genutzt, um bei Verfügbarkeit einer hinreichenden Menge strukturierter Daten Prognosen auf Basis eines Black-Box-Ansatzes für einen bevorstehenden Ausfall abzugeben und diese mit dem weiteren Versuchsablauf zu vergleichen.Basierend auf Vorversuchen werden zwei grundlegende Forschungsfragen im Rahmen des Arbeitsprogramms zunächst für Rillenkugellager einer Größe in einem festgelegten Prüfprogramm analysiert:FF 1: Lassen sich charakteristische Veränderungen der Impedanz eines Wälzlagers über der nominellen Lebensdauer nachweisen und sind diese als Schadensindikator für bevorstehende Wälzlagerschäden nutzbar. Weist dabei die elektrische Impedanz des Wälzlagers oder ein daraus abgeleiteter Indikator als Funktion der kumulierten Schädigung einen charakteristischen Verlauf auf?FF 2: Welche phänomenologischen Modelle erklären die charakteristischen Veränderungen der Impedanz bzw. der abgeleiteten statistischen Indikatoren?Um Variantenvielfalt und Einsatzbedingungen stichprobenartig zu untersuchen, werden weitere Fragen bei gleicher Betriebstemperatur untersucht:FF 3: Sind die Impedanzänderungen bzw. der abgeleiteten statistischen Indikatoren für verschiedene Wälzlagertypen und Lastwinkel ähnlich?FF 4: Hat die Einlaufprozedur Einfluss auf die charakteristische Veränderung der Impedanz?FF 5: Ist die charakteristische Änderung der Impedanz unabhängig von der Baugröße?Die rein mechanische Lebensdauer von Wälzlagern wird im Rahmen dieses Projekts nicht untersucht, die von den Herstellern angegebene Tragzahl wird zu Auswertung der Impedanzänderung verwendet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen