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Projekt
Auto-informative Gleitlager – Autarke, temperaturbasierte Spalthöhenermittlung zur Zustandsüberwachung in Gleitlagern
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Tobias Gemmeke; Professor Dr.-Ing. Georg Jacobs
Fachliche Zuordnung
Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 466775494
Sensorintegrierende Maschinenelemente (SiME) bieten das Potenzial die flächendeckende Digitalisierung im Maschinenbau durch die minimalinvasive Integration der Sensorik in das Zielsystem zu beschleunigen. In der ersten Förderperiode wurden physische Prototypen für das Maschinenelement Gleitlager entwickelt und experimentell erprobt, welche perspektiv die Charakteristika eines SiME erfüllen sollen. Die Teilfunktionen Zustandsüberwachung, Energy Harvesting (EH) und Datenübertragung wurden individuell erfolgreich experimentell erprobt. Allerdings erfolgte bislang noch kein gekoppelter Einsatz der Teilfunktionen im Prüfstandsbetrieb. Der temperaturfeldbasierte, in-situ Überwachungsansatz, welcher in der ersten Förderperiode erarbeitet wurde, berechnet mittels gleitlagerintegrierten Mikrocontrollers die Schmierspalthöhe für stationäre Zustände via der DIN genormten Gümbelkurve zur Detektion von verschleißkritischen Mischreibungszuständen. In Voruntersuchungen konnte darüber hinaus gezeigt werden, dass versagenskritische Zustände für transiente Betriebsbedingungen (z.B. Start-Stopp-Vorgänge) ebenfalls mittels des gewählten Überwachungsansatzes detektiert werden können. Ein thermoelektrisches EH-System wurde in das Gleitlagervolumen implementiert und die generierbare Energiemenge bestimmt. Der thermoelektrische EH-Ansatz ist dazu geeignet, die notwendige Energieversorgung des Zustandsüberwachungssystems sicherzustellen. Allerdings stellte sich die notwendige Spannungswandlungskette für den Betrieb des Zustandsüberwachungssystems als herausfordernd dar, sodass die Energieversorgung zunächst kabelgebunden erfolgte. Drahtlose Datenschnittstellen wurden in den entwickelten Prototypen integriert und unter Laborbedingungen erfolgreich erprobt. Gleitlager befinden sich im Betrieb in der Regel innerhalb eines metallischen Gehäuses, sodass sich die stabile drahtlose Datenübertragung aus dem Gleitlager noch erprobt werden muss. Zur Sicherstellung der stabilen Datenübertragung im Prüfstandsbetrieb erfolgte die Datenübertragung daher zunächst kabelgebunden. Die Zielsetzung des beantragten Folgevorhabens ist die Entwicklung eines vollständig autark operierenden Sensorintegrierenden Gleitlagers (SiGL) und der experimentelle Nachweis der Funktionszuverlässigkeit basierend auf den Erkenntnissen sowie Vorarbeiten der ersten Projektphase. Im beantragten Vorhaben erfolgt darüber hinaus die Erweiterung des Zustandsüberwachungsansatzes auf transiente Zustände durch die Wahl temperaturmesssignalbasierter Grenzwerte, um alle versagenskritischen Betriebszustände des Gleitlagers überwachen zu können. Um die Übertragbarkeit des SiGL-Konzeptes auf weitere Zielanwendungen zu ermöglichen, soll ferner ein modellbasiertes Rahmenwerk für die SiGL-Entwicklung erstellt werden. Dazu erfolgt die Ableitung einer methodischen Vorgehensweise für die modellbasierte Integration von SiGL in unterschiedliche Gleitlageranwendungen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
