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antriebstechnik 4/2017

antriebstechnik 4/2017

WÄLZ- UND GLEITLAGER I

WÄLZ- UND GLEITLAGER I TITEL Einstieg in die Digitalisierung So lassen sich Prozesse mit sensorisierten Lagern steuern und überwachen Auf der Hannover Messe 2017 wird Schaeffler einen einfachen und schnellen Einstieg in die Digitalisierung von Antriebssträngen vorstellen. Scheibenförmige Sensorcluster sind mit Standard-Wälzlagern zu montagefertigen Einheiten verbunden und stellen mehrere physikalische Messgrößen und Parameter zur Verfügung. Wo aber liegen die Vorteile der Verbindung von Wälzlagern und Sensoren? Sensoren sind heute in einer enorm großen Typenvielfalt am Markt verfügbar. Verschiedenste Bauformen, Messprinzipien, Genauigkeiten und Baugrößen lassen kaum Wünsche offen. Bei all diesem Variantenreichtum gibt es jedoch eine Einschränkung: Die Sensoren erfassen in der Regel nur eine Messgröße. Rückblickend betrachtet war dies völlig ausreichend, da Sensoren – mit Ausnahme von Drehgebern, Temperaturgebern und Wegmesssystemen – für die meisten industriellen Antriebe vornehmlich für Prüfstandzwecke eingesetzt wurden. Nur wenige, sehr teure Anlagen und Großantriebe wurden schon in der Vergangenheit mit umfangreicherer Messtechnik ausgerüstet. Die Sensorik zur Erfassung von Betriebs- und Prozessdaten an Maschinen in mittleren und großen Stückzahlen muss gänzlich andere Anforderungen erfüllen. Die hohe Zahl der Sensoren, Kabel Dr. Andreas Schiffler ist Leiter Systems Engineering und Christoph Wegner ist Programmleiter FAG Variosense Bearing; beide bei der Schaeffler Technologies AG & Co. KG in Schweinfurt und Steckverbindungen würden Bauraum, Montageaufwand und Gesamtkosten enorm in die Höhe treiben. Eine Kombination mehrerer Sensorelemente zu Sensorclustern reduziert die Bauteilanzahl, den erforderlichen Bauraum und die Montagekosten beträchtlich. Grundsätzlich stellte sich den Schaeffler-Ingenieuren die Frage nach einer universell einsetzbaren, skalierbaren Bauform und einem geeigneten Einbauort für Sensorcluster. Dabei sollte zusätzlich die Gestaltung so erfolgen, dass das Sensorcluster offen ist für zukünftige weitere Funktionen. Lagerintegrierte Sensorik Im Zuge der Digitalisierung der Produktion und der Versorgungsketten werden zunehmend elektrische Antriebslösungen gefordert, die zusätzlich über eine Regelung von Drehzahl oder Position verfügen sollen. Dies sind z. B. Fahrzeuge oder Einrichtungen im Bereich der Logistik – Gabelstapler, Förderbänder, automatisierte Regalsysteme oder Flurförderzeuge. Hier kann durch den Einsatz der FAG Variosense-Lager an einfachen und robusten Asynchronmotoren eine Regelung der Größen Drehzahl und Position ermöglicht werden. Die Performance der Regelung lässt sich dabei 20 antriebstechnik 4/2017

TITEL I WÄLZ- UND GLEITLAGER 01 FAG Variosense-Lager erlauben eine einfache „Digitalisierung“ von Lagerstellen zwischen kostenintensiven Synchronservomotoren und an einfachen Umrichtern betriebenen Elektromotoren einstufen. Damit bietet der Einsatz der sensorisierten Lager zweierlei Nutzen. Zum einen die Option, eine wirtschaftliche Positionsregelung der Antriebe zu realisieren, und zum anderen – je nach Sensorkonfiguration – zusätzliche Größen für die Überwachung und das Führen der übergeordneten Prozesse zur Verfügung zu stellen. Sensorik für die Datenerfassung Neben den genannten Einsatzfällen übernehmen Lagerungen wichtige Führungs- und Positionieraufgaben, sie übertragen und verteilen die inneren Kräfte von rotierenden Wellen in das Gehäuse. Wälzlager sind damit entscheidende Komponenten für das Sicherstellen der Hauptfunktionen von vielen Maschinen und Anlagen. Sind die Betriebszustände wie z. B. Verformungen, Drehzahlen und Temperaturen an einer Lagerung einer Maschine erst einmal sensorisch erfasst, können über die traditionellen Rechenmodelle die aktuelle Lagerbelastung, die Belastungshistorie und damit statis- 02 Schaeffler integriert mehrere Sensorelemente in ein ringförmiges Gehäuse mit nur 7 mm Bauhöhe tische Aussagen über die Restgebrauchsdauer des einzelnen Wälzlagers getroffen werden. In vielen Fällen ist darüber hinaus mit Hilfe von Modellen auch die Berechnung der Belastung der übrigen Lagerungen in der Maschine z. B. über die statischen Beziehungen möglich. Es muss also nicht notwendigerweise jedes Lager mit Sensorik ausgerüstet werden. Der Einsatz fokussiert auf die Frage nach der Ausnutzung und dem Zustand der Maschinenkomponenten. Eine weitere Einsatzmöglichkeit ist es, die Sensorik zur Bewertung und Klassierung von Prozessen und damit z. B. für die Qualitätsüberwachung einzusetzen. Zentrales Element ist dabei, sowohl die vorhandene Sensorik als auch die zusätzliche Sensorik für einen Zugewinn an Transparenz zu verwenden, um damit ein genaueres Prozessprofil zu erstellen. Die online erzeugten Prozessprofile können dann laufend mit Referenzprofilen verglichen werden und somit frühzeitig Abweichungen beispielsweise bei der Herstellung von Rohstoffen wie Stahl oder Papier feststellen. Hier resultiert letztlich nicht nur der

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