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 eine Gasfolienlager als sensorintegrierendes Maschinenelement erforscht und entwickelt, das ohne Einschränkung der primären Funktionalität die physikalischen Messgrößen Temperatur, Beschleunigung, Körperschall und Luftschall in-situ bestimmt. Neben diesen direkt gemessenen Größen werden über ein Kalman-Filter die Drehzahl geschätzt und über Klassifikatoren der Abhebe- sowie der Reibzustand ermittelt (virtuelle Sensorik). 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 und einem möglichst energieautarken Sensorknoten, der in das Gasfolienlager integriert ist. Für den energieautarken Betrieb werden die unterschiedliche Energy-Harvesting Ansätze Solarzelle, thermoelektrischer Generator, piezoelektrische Folie und piezoelektrische Schwingungs-Generator vergleichend untersucht und gegebenenfalls kombiniert. Unter dem Aspekt des energieautarken Betriebs werden darüber hinaus für die Datenübertragung Methoden der Datenkompression wie z.B. Wavelet-Transformation eingesetzt. Zur Entwicklung des Sensornetzwerkes wird eine Model- und Hardware-in-the-Loop-Simulationsumgebung aufgebaut und eingesetzt, sodass die mechanischen Konstruktionsarbeiten und die Elektronikentwicklung parallelisiert werden können. Für einige ausgewählte Sensorkonzepte erfolgt eine erste konkrete Umsetzung in einen Prototyp mit einem experimentellen Funktionsnachweis im Lagerprüfstand. Ziel in der Konstruktion ist, eine vollständige Integration innerhalb des Bauraumes eines Gasfolienlagers zu erreichen. Hierzu wird eine generelle Konstruktionsmethodik für sensorintegrierende Gasfolienlager entwickelt.

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