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Hannover Messe 2017 Kugellager mit Sensor an Bord

| Autor / Redakteur: Andreas Schiffler / Stefanie Michel

Der Einstieg in die Digitalisierung kann einfach sein: Eine Kombination aus Standardwälzlager und Sensorcluster stellt in einer kompakten Einheit mehrere Sensorsignale für die Maschinen- und Prozessüberwachung zur Verfügung. So wird eine an die Applikation adaptierbare Kombination von unterschiedlichen Messgrößen in einem standardisierten Bauraum möglich.

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Einzelbauteile eines Variosense-Lagers.
Einzelbauteile eines Variosense-Lagers.
(Bild: Schaeffler)

Werden die am Lager vorhandenen Belastungen und Verlagerungen gemessen, kann der Maschinenbetreiber auf effiziente Weise die Prozesse und Maschinenzustände beurteilen, denn die Lagerstelle ist der ideale Ort für die Aufnahme von Daten. Dabei gilt: Je präziser die Messung und je größer die Anzahl der Messgrößen, umso schärfer wird das digitale Abbild. Vor diesem Hintergrund stellt Schaeffler auf der Hannover Messe 2017 die flexibel konfigurierbaren FAG-Variosense-Lager vor. Sie ermöglichen eine an die Anwendung angepasste Kombination von unterschiedlichen Messgrößen.

Die Mechatronikentwickler von Schaeffler integrierten für diese Aufgabenstellung mehrere Sensorelemente in ein ringförmiges Gehäuse mit nur 7 mm Bauhöhe. Der Bauraum dieses Sensorclusters entspricht damit in etwa dem eines Radialwellen-Dichtringes. Für ein einfaches Handling ist das Sensorgehäuse fest mit dem Außenring und die rotierende Maßverkörperung fest mit dem Lagerinnenring verbunden. So ergibt sich eine sehr kompakte Einheit.

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Kombination der Sensorelemente ist vom Anwender auswählbar

Ein wichtiges Merkmal des Sensorclusters ist dabei, dass die Anzahl und Kombination der Messgrößen vom Kunden für jede Applikation individuell festgelegt werden kann. Bisher stehen vier Sensoren für den Sensorcluster zur Verfügung. Diese besitzen folgende Messgrößen:

  • die Temperatur im Bereich von -40 bis 125 °C,
  • die Drehzahl mit bis zu 17.000 min-1 inklusive Drehrichtungserkennung,
  • die Anzahl der Umdrehungen beziehungsweise die Position mit 56 bis 96 Impulse pro Umdrehung (baugrößenabhängig),
  • effektive Schwingungsamplituden für langfristige Trendaussagen und
  • die maximale radiale Wellenverlagerung mit einer Auflösung von 1 µm.

Über die rechnerisch bekannten Zusammenhänge lässt sich anhand der Messung der radialen Wellenverlagerung am Lager die radiale Lagerkraft am Sensorlager bestimmen. Ist der betreffende Antriebsstrang als Algorithmus mit der Berechnungssoftware Bearinx in der Schaeffler-Cloud hinterlegt, können darüber hinaus aus diesen Daten auch die Kräfte und Verlagerungen an den übrigen Lagern und Maschinenelementen wie Verzahnungen sowie das Drehmoment indirekt bestimmt werden. Damit sind die wichtigsten Größen für die Prozessparameterüberwachung von Maschinen und Anlagen bekannt und ein großer Zusatznutzen für den Betreiber realisierbar. Beispielsweise lassen sich Überlasten leicht erfassen und eine Drehmomentbegrenzung sowie gegebenenfalls eine Abschaltung des Antriebes realisieren.

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