Sensorintegrierendes Maschinenelement Radialwellendichtring zur Überwachung von Betriebszustand und Schmierstoffqualität

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jörg Seewig; Professor Dr.-Ing. Stefan Thielen; Professor Dr.-Ing. Norbert Wehn
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Messsysteme
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 466192751

Gemäß der Ziele des SPP 2305 sollen im Rahmen des Projektes die Grundlagen für die Integration von Sensoren in Radialwellendichtringe (RWDR) unter Wahrung der Primärfunktion und Anschlussmaße erarbeitet werden. Die Integration zusätzlicher Funktionen umfasst neben der eigentlichen Sensorik auch die Peripherie zur Datenerfassung und -reduktion sowie den drahtlosen Energie- und Datenaustausch. Hierbei wird auf etablierte Standards zurückgegriffen. Die zu überwachenden Messgrößen mit besonderer Bedeutung für die Funktion der Dichtung und des Gesamtsystems sind die Temperatur im Dichtkontakt und im Ölsumpf, das Betriebsreibmoment des RWDR, die Druckbelastung im Gehäuse und ausgewählte Bereiche des IR-Spektrums des Schmierstoffs zur Bewertung des Alterungszustandes. Um Anpassungen der Messparameter und Aktualisierungen der Datenverarbeitungsalgorithmen zu ermöglichen wird die Möglichkeit zum Update der Software explizit in die Mikroelektronik integriert.Auf Grund der komplexen, interdisziplinären Herausforderungen die im Rahmen des Projektes zu erwarten sind kooperieren die Juniorprofessur für Dichtungstechnik (als Institution des Lehrstuhls für Maschinenelemente und Getriebetechnik), die Professur für Messtechnik und Sensorik sowie die Professur für Entwurf Mikroelektronischer Systeme an der Technischen Universität Kaiserslautern zur erfolgreichen Bearbeitung des Projektes.Basierend auf gekoppelten Simulationen von RWDR und Sensor werden die optimale Positionierung der Sensoren sowie die gegenseitige Beeinflussung beider Komponenten untersucht. In Laborprüfungen wird parallel das Messkonzept verifiziert. Im Anschluss werden Mikroelektronik und Sensorik für die Integration in den RWDR ausgelegt und ein Leiterplattendesign gefertigt. Schrittweise wird durch einen Übergang von Laborprüfungen zu realitätsnahen Prüfungen auf etablierten Dichtungsprüfständen der Funktionsnachweis des Sensorintegrierenden Maschinenelements (SiME) geführt. Besondere Aufmerksamkeit kommt dabei auch der Beeinflussung der Energie- und Datenübertragung durch die Umgebung in Form von RWDR, Gehäuse und Welle sowie dem Energieverbrauch in Abhängigkeit der Messparameter und Umgebungsbedingungen zu. Die erarbeiteten Erkenntnisse fließen in ein Rahmenwerk zur Auslegung des SiME-RWDR ein.Aufgrund ihrer Position an der Schnittstelle zwischen Maschine und Umgebung lassen sich RWDR im Vergleich zu anderen Maschinenelementen mit überschaubarem Aufwand austauschen. Somit lassen sich mit Sensorfunktionen ausgestattete RWDR besonders leicht in schon bestehende Konstruktionen integrieren, indem die Dichtung gewechselt wird, bzw. statt der gewöhnlichen Dichtung initial das SiME-RWDR verbaut wird. Durch seine Lage mit direktem Schmierstoffkontakt eignet sich der RWDR zudem besonders gut für Messungen der Schmierstoffqualität, was passend zu den Zielen des SPP einen deutlichen Mehrwert gegenüber dem aktuellen Stand der Forschung und Technik bietet.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2305: Sensorintegrierende Maschinenelemente als Wegbereiter flächendeckender Digitalisierung
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Bernd Sauer