Standardisierte integrale Instrumentierung von Gasfolienlagern zur Zustands- und Betriebsüberwachung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Clemens Gühmann; Professor Dr.-Ing. Robert Liebich
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Messsysteme
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 466782279

Es wird ein Gasfolienlager als sensorintegrierendes Maschinenelement erforscht und entwickelt, das ohne Einschränkung der primären Funktionalität die physikalischen Zielgrößen Temperatur, Momentandrehzahl und Abhebezustand der Welle in-situ ermittelt. Letztere werden indirekt über Algorithmen und Methoden (virtuelle Sensorik) aus direkter Messung von Beschleunigungen, Körper- oder Luftschall bestimmt. Mittels dieser direkten oder indirekten Messgrößen ist eine Zustandsüberwachung des Lagers selbst möglich und es können Daten für die Betriebsüberwachung des gelagerten Rotorsystems erfasst werden. Das hierfür notwendige drahtlose Sensornetzwerk besteht aus einer Basisstation, welche die Kommunikation mit übergelagerten Steuerungen ermöglicht, und einem energieautarken Sensorknoten, der in das Gasfolienlager integriert ist. Für den energieautarken Betrieb werden die Energy-Harvesting Ansätze thermoelektrischer Generator, piezoelektrische Folie und piezoelektrischer Schwingungs-Generator optimiert und gegebenenfalls kombiniert. Zusätzlich wird eine flexible Betriebsstrategie entwickelt, mit der in jedem Betriebszustand die nötigen Daten bereitgestellt werden können. Unter dem Aspekt des energieautarken Betriebs werden darüber hinaus die Messdaten vor der Datenübertragung durch in-situ Auswertung komprimiert. Zur Entwicklung des Sensornetzwerkes wird eine Model- und Hardware-in-the-Loop-Simulationsumgebung weiterentwickelt und eingesetzt, sodass die mechanischen Konstruktionsarbeiten und die Elektronikentwicklung parallelisiert werden können. Ziel in der Konstruktion ist es dabei, eine vollständige Integration innerhalb des Bauraumes eines Gasfolienlagers zu erreichen. Das Projekt mündet in einer konkreten Umsetzung der Konzepte in einem Demonstrator, dessen Funktionszuverlässigkeit u. a. durch realistische Tests in einem Zielsystem sichergestellt wird. Die dabei gesammelten Erkenntnisse fließen dann in eine generelle Konstruktionsmethodik für sensorintegrierende Gasfolienlager.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2305: Sensorintegrierende Maschinenelemente als Wegbereiter flächendeckender Digitalisierung