Projektlaufzeit: 07/2019 - 12/2021

Unvorhergesehen Ausfälle an Maschinen und Anlagen stellen die Betreiber vor große Herausforderungen, da Produktionsausfälle bis hin zu sicherheitsgefährdenden Situationen entstehen können. Insbesondere die tribologisch hochbelasteten Wälzlager, welche eine reibungsarme und geführte Drehbewegung realisieren, erfordern hierbei die besondere Aufmerksamkeit beim Anlagenbetrieb und der -wartung.

Das Ziel des Projekts „SmartBear“ ist daher die Entwicklung einer auf ultraschallbasierten Diagnosetechnologie zur direkten Erfassung von technischen Zustandsparametern mittels integrierter, miniaturisierter, drahtloser und energieautarker Sensorik am Innenring von Wälzlagern, um damit eine frühzeitige Detektion von Wälzlagerschäden vornehmen zu können.

Damit die Sensorik über die gesamte Wälzlagerlebensdauer verbaut werden kann, soll sie über „Energy-Harvesting“ energetisch betrieben werden. Hierfür ist die Entwicklung eines entsprechenden Generators mit zugehörigem Energiemanagement zur Aufbereitung, Speicherung und Verteilung der gewonnenen elektrischen Energie vorgesehen. Die geerntete Energie steht dann u.a. zur Durchführung der Messung zur Verfügung. Der Vorteil von „Energy-Harvesting“ gegenüber der alleinigen Nutzung von Energiespeichern, wie bspw. Batterien, besteht in der hohen energetischen Verfügbarkeit des Messsystems. Da elektrische Energiespeicher eine hohe Temperaturabhängigkeit besitzen, ermöglicht „Energy-Harvesting“ die permanente oder stetig volatile elektrische Versorgung trotz wechselnder Umgebungsbedingungen.

Zur Erfassung des tatsächlichen technischen Wälzlagerzustandes wird Ultraschallmesstechnik verwendet. Es wird sich dabei der physikalische Umstand zunutze gemacht, dass die Oberflächenrauheit und die Belegung einer Grenzfläche die Reflektion des Körperschalls beeinflussen. Raue Grenzflächen reflektieren den Schall mehr oder weniger diffus. Ein vorhandener Schmierfilm im Wälzraum eines Lagers erhöht dabei den Transmissionsgrad des Körperschallsignals. Auftretende Materialverformungen, wie sie bspw. beim Durchwandern der Lastzone des Wälzelementes auftreten, verändern dabei die Signallaufzeit, die ein Indikator für den Schmierungszustand bildet. Dieses Verfahren wurde bisher am statischen Gehäuse, d.h. dort, wo sich der Außenring des Wälzlagers befindet, angewandt. Um eine frühzeitigere Aussage über die konkreten Schadens- und Schmierungszustände zu erhalten, wird unmittelbar am Ort des Wälzvorgangs, nämlich am rotierenden Innenring, die Diagnose durchgeführt.

Damit die - auf der drehenden Welle - erhobenen Messdaten zu einer statischen Leitwarte weitergeleitet werden können, ist aufgrund der Rotationsbewegung des Messsystems eine Funkverbindung erforderlich. Die so erhaltenen und vorverarbeiteten Messdateninformationen werden auf Basis von scharfen und unscharfen Klassifikationsverfahren ausgewerte

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages, im Rahmen des Programms "Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand" gefördert.

BestSens AG