Digitale Lager

Spezial Hannover Messe

Sensorlager – Mit den konfigurierbaren Sensorlagern der Serie FAG Variosense bietet Schaeffler eine kompakte Lagereinheit für den einfachen Einstieg in die Digitalisierung sowie zur effektiven Maschinen- und Prozessüberwachung.

05. April 2017

Digitalisierung ist einfach! Das sagt Schaeffler über seine FAG Variosense-Lager. Sie bilden eine Kombination aus Standard-Wälzlager und Sensorcluster und stellen in einer kompakten Einheit gleich mehrere Sensorsignale für die Maschinen- und Prozessüberwachung zur Verfügung. Außerdem bieten sie eine an die Applikation adaptierbare Kombination von unterschiedlichen Messgrößen in einem standardisierten Bauraum.

Die Messung der am Lager vorhandenen Belastungen und Verlagerungen ermöglicht die Beurteilung von Prozessen und Maschinenzuständen. Je präziser die Messung und je größer die Anzahl der Messgrößen, umso schärfer das digitale Abbild.

Die Mechatronik-Entwickler von Schaeffler integrierten für diese Aufgabenstellung beim Variosense mehrere Sensorelemente in ein ringförmiges Gehäuse mit nur sieben Millimetern Bauhöhe. Der Bauraum des Sensorclusters entspricht damit in etwa dem eines Radialwellendichtringes. Für ein einfaches Handling ist das Sensorgehäuse fest mit dem Außenring und der Sensorring fest mit dem Lagerinnenring verbunden. So ergibt sich eine sehr kompakte Einheit.

Viele Messgrößen

Als herausragendes Merkmal des Sensorclusters nennt Schaeffler, dass die Anzahl und Kombination der Messgrößen vom Kunden für jede Applikation individuell festgelegt werden kann. Als Messgrößen stehen zurzeit zur Auswahl:

 

• Temperatur im Bereich von –40 bis 125 Grad Celsius,

• Drehzahl mit bis zu 17.000 Umdrehungen pro Minute inklusive Drehrichtungserkennung,

• Anzahl der Umdrehungen beziehungsweise die Position mit baugrößenabhängig 56 bis 96 Impulsen pro Umdrehung,

• Schwingungssignale für langfristige Trendaussagen,

• maximale radiale Wellenverlagerung mit einer Auflösung von 1 Mikrometer.

Die Messung der radialen Wellenverlagerung am Lager erlaubt über die rechnerisch bekannten Zusammenhänge die Bestimmung der radialen Lagerkraft am Sensorlager. Ist der betreffende Antriebsstrang als Algorithmus mit der Berechnungs-Software BearinX in der Cloud von Schaeffler hinterlegt, können zudem aus diesen Daten auch die Kräfte und Verlagerungen an den übrigen Lagern und Maschinenelementen wie Verzahnungen oder das Drehmoment indirekt bestimmt werden.

Damit sind die wichtigsten Größen für die Prozessparameterüberwachung von Maschinen und Anlagen bekannt und ein Zusatznutzen für den Betreiber realisierbar. Der Anwender kann beispielsweise Überlasten leicht erfassen und eine Drehmomentbegrenzung sowie gegebenenfalls eine Abschaltung des Antriebes realisieren.

In Summe kann der Sensorteil der Variosense-Lager für die Hauptfunktion, also die Steuerung von Antrieben, für die Berechnung der Restgebrauchsdauer von Maschinenelementen wie Wälzlagern oder Verzahnungen sowie für die Prozessüberwachung verwendet werden. Das vorgestellte Sensorgehäuse erlaubt für zukünftige Applikationen die Integrationen anderer Messgrößen als kundenspezifische Lösung.

Weiter Spannungsbereich

Schaeffler liefert die Lager in einem ersten Schritt für die sehr verbreitete Kugellager-Reihe 6205 bis 6210. Zum Lieferumfang gehört eine Interface Box für die Spannungsversorgung, Signalaufbereitung und Vernetzung. Variosense-Lager lassen sich in einem weiten Spannungsbereich von 4,5 bis 30 Volt betreiben.

Die aktuellen Projektanfragen von Kunden beweisen das universelle Anwendungsspektrum für diese konfigurierbaren Sensorlager. Angefangen von Weißer Ware, Pumpen und Elektromotoren über Antriebe für Agrar- und Baumaschinen, Elektrofahrzeuge, Gabelstapler sowie Arbeitsmaschinen bis hin zu Anwendungen in der Windenergie, der Fördertechnik und der Aufzugstechnik finden sich die verschiedensten Branchen.

Dabei zeigt sich, dass es nicht immer um eine vollständige Vernetzung der Maschine mit der gesamten Produktionsanlage oder um die Vernetzung der Maschine mit einer übergeordneten Leitebene geht. Viele Hersteller sehen im Schließen von Regelkreisen mit Messgrößen an einer lokal betriebenen Maschine, wie etwa die Positionssteuerung oder die Abschaltung bei Überlast oder zu hoher Temperatur, einen Zusatznutzen und Wettbewerbsvorteil.

Im mobilen Einsatz

Konkrete Projekte verfolgt der Anbieter zum Beispiel für Elektromotoren im Bereich der industriellen Mobilität – wie etwa Gabelstapler – oder bei E-Scootern. In diesen Anwendungen ist vor allem ein sehr robuster, lagerintegrierter Sensor erforderlich, der gegen Umwelteinflüsse geschützt ist. Die Drehzahlerfassung dient hier in erster Linie dem Schließen von lokalen Regelkreisen.

Bei Motor-Getriebe-Kopplungen laufen Projekte zur Erfassung der Belastung. Diese kann durch Messstellen im Lager schneller und direkter erfasst werden als über den Motorstrom und ist unabhängig von Elastizitäten im Triebstrang. In diesen Anwendungen kann durch die Klassierung von Lastdaten über die Cloud-Anbindung auch die Restgebrauchsdauer errechnet und ausgegeben werden. mk

Erschienen in Ausgabe: 03/2017