KEM Konstruktion 04.2017

MASCHINENELEMENTE
WÄLZ- & GLEITLAGER
Bild: Schaeffler
FAG-Vario-Sense-Lager erlauben eine einfache Digitalisierung von Lagerstellen und die Überwachung von Maschinen- und Prozessparametern
ohne großen Entwicklungsaufwand
Konfigurierbare Sensorlager für die Maschinen- und Prozessüberwachung
Einfacher Einstieg in die Digitalisierung
Der Einstieg in die Digitalisierung war wohl noch nie so einfach: FAG-Vario-Sense-Lager – eine Kombination
aus Standardwälzlager und Sensorcluster – stellen in einer kompakten Einheit gleich mehrere Sensor -
signale für die Maschinen- und Prozessüberwachung zur Verfügung. Und sie bieten eine an die Applikation
adaptierbare Kombination von unterschiedlichen Messgrößen in einem standardisierten Bauraum.
Christoph Wegner, Programmleiter FAG Vario-Sense Bearing, Schaeffler, Schweinfurt
Die Messung der am Lager vorhandenen Belastungen und Verlagerungen
erlaubt auf ideale Weise die Beurteilung von Prozessen
und Maschinenzuständen. 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 die flexibel konfigurierbaren FAG-Vario-Sense-
Lager vor. Sie ermöglichen eine an die Anwendung angepasste
Kombination von unterschiedlichen Messgrößen.
Die Mechatronikentwickler des Unternehmens integrierten für diese
Aufgabenstellung mehrere Sensorelemente in ein ringförmiges
Gehäuse mit nur 7 mm Bauhöhe. Der Bauraum des Sensorclusters
entspricht damit in etwa dem eines Radialwellendichtrings. 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.
Kombination der Sensorelemente auswählbar
Herausragendes Merkmal des Sensorclusters ist dabei, dass die
Anzahl und Kombination der Messgrößen vom Anwender für jede
Applikation individuell festgelegt werden kann. Als Messgrößen
stehen zurzeit zur Auswahl:
• die Temperatur im Bereich von -40 bis +125 °C
• die Drehzahl mit bis zu 17.000 min -1 , inklusive Drehrichtungs -
erkennung
• die Anzahl der Umdrehungen bzw. die Position mit 56 bis
96 Imp./Umdrehung (baugrößenabhängig)
• Schwingungssignale für langfristige Trendaussagen
• die maximale radiale Wellenverlagerung mit einer Auflösung
von 1 μm
Die Mechatronikentwickler von Schaeffler inte -
grierten für diese Aufgabenstellung mehrere Sensor -
elemente in ein ringförmiges Gehäuse mit nur 7 mm
Bauhöhe. Der Bauraum des Sensorclusters entspricht
damit in etwa dem eines Radialwellendichtrings; so
ergibt sich eine sehr kompakte Einheit
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 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 z. B. 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.
In Summe kann der Sensorteil der Vario-Sense-Lager für die Hauptfunktion,
also die Steuerung von Antrieben, für die Berechnung der
Restgebrauchsdauer von Maschinenelementen (Wälzlager, Verzahnungen
usw.) sowie für die Prozessüberwachung verwendet werden.
Das vorgestellte Sensorgehäuse erlaubt darüber hinaus für
Bild: Schaeffler
74 K|E|M Konstruktion 04 2017