Will man die Ausfallrate von Lagern senken, braucht man mehr Informationen über den Zustand im Innern von Wälz- und Gleitlagern. Die Bandbreite der Sensoren reicht von Weg-, Schwingungs-, Beschleunigungs-, Ultraschall- und Drehzahlsensoren über Stromzangen, Drehmoment- und Temperatursensoren bis zu Schmierstoff-Partikelzählern. Ins Bauteil integrierbare verschleißbeständige Dünnschichtsysteme (DST) eignen sich für die lokale Messung von Druck und Temperatur, die in hochbelasteten Bereichen wie in der Laufbahn von Lagern die Lastverteilung messen und so die Kenndatenerfassung im direkten Kontakt mit dem Wälzkörper ermöglichen. Eine vielversprechende Lösung für die Anwendung des Dünnschichtsystems Sensotect will Schaeffler noch in diesem Jahr für das Hauptlager von Windenergieanlagen vorstellen. Dort ist die einwandfreie Funktion und Lebensdauer in besonderem Maße von den Schraubenvorspannkräften abhängig. In das Lager integrierte LoadSense Pins sind mit Sensotect ausgerüstet und überwachen permanent die Schraubenvorspannkräfte.

„Solid Oil“-Lager, Bild: SKF
Für die besonderen Hygiene-Anforderungen in der Lebensmittel-industrie hat SKF „Solid Oil“-Lager entwickelt. Deren in einer Polymer-matrix gefangenes „festes Öl“ verbleibt – anders als bei konventionellen fettgeschmierten Lagern – selbst bei Hochdruck-Reinigungen im Lager-Inneren. Aus diesem Grund hat SKF das Solid Oil- Funktionsprinzip unter dem Namen „MTRX“ jüngst auch auf die Anwendung in Mountainbikes übertragen. Bild: SKF

SKF erforscht die Nutzung winziger faseroptischer Systeme in Lagern, die Veränderungen bei statischen und dynamischen Lasten, Temperaturen oder auch Schmierungsbedingungen erfassen können. Trotz ihrer hohen Sensitivität sind diese Sensoren extrem hitzebeständig und immun gegen Elektromagnetismus. „In dieser Art von Sensortechnologie steckt noch eine Menge Potenzial. Deshalb wollen wir sie zur Marktreife vorantreiben“, erklärt Martin Johannsmann. Um die Prognosequalität zu verbessern, kann man die gewonnenen Zustandsdaten in der Cloud aggregieren. SKF verfolgt diese Ansätze, je nach Anwendung und Kundenwunsch, mit tragbaren Sensoren und Analyse-Apps, fest installierten netzwerkfähigen Sensoreinheiten oder Online-Maschinenüberwachungssystemen für verschiedenste Anwendungen.

Schaeffler kombiniert mit Produkten wie VarioSense Standardwälzlager mit einem konfigurierbaren Sensorcluster. Gemessen werden dabei Drehzahl, Position, Temperatur und Schwingungspegel sowie die radiale Wellenverlagerung im Mikrometerbereich. „Mit diesen Messgrößen ist ein kennfeldorientierter Betrieb von Maschinen und Anlagen möglich. Aus der Verlagerungsmessung sind mithilfe des Lagermodells auch Lagerlast und Maschinenlast bestimmbar. Dies eröffnet neue Möglichkeiten bei der Maschinensteuerung sowie der Zustands- und Prozessüberwachung“, sagt Pausch. Nimmt man die Drehmomentmessmodule TorqueSense hinzu, können die realen Betriebslasten der Wälzlager und auch der übrigen Maschinenelemente im Antriebsstrang ermittelt werden. Aus dem daraus generierten, tatsächlichen Lastkollektiv kann man Restlaufzeiten und Restgebrauchsdauern prognostizieren. Bei Igus überwachen sich die Smart Plastics Produkte aus Hochleistungskunststoffen im laufenden Betrieb selbst. Verschleißsensoren messen den Abrieb von Linear- und Rundtischlagern und geben diese Informationen an das Icom Kommunikationsmodul weiter.

Bild: Schaeffler

„Speziell bei den in der Antriebstechnik eingesetzten Wälzlagern sind Entwicklungspotenziale in den Bereichen Leistungsdichte, Reibungsreduzierung, Verlängerung von Wartungsintervallen, Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Geräuschemission nach wie vor vorhanden. Mithilfe von neuen oder alternativen Werkstoffen, speziellen Wärmebehandlungen, neuen Beschichtungen, verbesserten Schmierstoffen und Schmierstrategien werden diese Fortschritte realisierbar.“

Dr. Michael Pausch, Leiter F&E Mechanische Produkte Industrie, Schaeffler Industrie

„Wenn Kunden dadurch automatisch mehr über die Belastung und das Verhalten der Wälzlagertechnik erfahren, dann fließt das wieder in eine optimierte Wälzlagerauswahl bereits in der Konstruktionsphase ein“, betont Klaus Findling. Auf diese Weise können Unter- und Überdimensionierung vermieden werden. „Bisher lernen die Konstrukteure nur durch Ausfälle oder aufwendige Leistungstests, die aber nicht den realen Einsatzbedingungen entsprechen. „Real-Life“-Daten sind da ein großer Gewinn.“ aru

Das bleibt hängen

Lager optimieren

  • Wälz- und Gleitlager lassen sich weiter optimieren, wenn man das dynamische Zusammenspiel aller beweglichen Komponenten für eine definierte Anwendung betrachtet. Dazu gehören neben der Innengeometrie auch die Dichtungen und die Schmierstoffe.
  • Der metallische 3D-Druck entwickelt sich rasant. Er bringt Gewichtsreduktion, mehr Effizienz bei Lagern, Geräuschreduktion sowie Funktionsintegration. Die addidive Fertigung hat das Potenzial, individuelle Kleinserien ohne Aufpreis zu fertigen.
  • Mehr Informationen über den Zustand im Inneren helfen dabei, die Ausfallrate von Lagern zu senken. aru