Fernüberwachung Miniatur-Sensoren sollen Verschleiß im Schiffsgetriebe messen – drahtlos und energieautark

Das IPH entwickelt gemeinsam mit Partnern ein sogenanntes Condition-Monitoring-System für Schiffsgetriebe. Das Besondere: Das System funktioniert kabellos und ohne Batterien, die nötige Energie generiert es aus der Umgebung. Mit dem System sollen die Getriebe aus der Ferne überwacht werden und so Ausfälle vermieden werden können.

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Fällt ein Getriebe auf hoher See aus, kann das verheerende Folgen haben. Fernüberwachung soll Ausfälle verhindern.
Fällt ein Getriebe auf hoher See aus, kann das verheerende Folgen haben. Fernüberwachung soll Ausfälle verhindern.
(Bild: gemeinfrei / CC0 )

Temperaturen, Drehzahlen, Drehmomente und Schwingungen können bereits drahtlos gemessen und mithilfe der Daten Lagerschäden im Getriebe erkannt werden. Nun wollen die Wissenschaftler der Integrierte Produktion Hannover gGmbH (IPH) das System so weiterentwickeln, dass erstmals auch der Verschleißzustand der drehmomentübertragenden Bauteile im laufenden Betrieb überwacht werden kann – beispielsweise von Kupplungen, Wellen oder Verzahnungen. Dafür sollen bisher noch keinerlei Technologien existieren.

Verschleißzustand von Lamellenkupplungen dauerhaft überwachen

Zunächst wollen sich die Forscher der Lamellenkupplung widmen, die die Kraft des Motors an das Getriebe überträgt. In dem Fall, dass sich die Reibbeläge auf den Lamellen abnutzen, funktioniert die Kraftübertragung nur noch schlecht oder überhaupt nicht mehr. Die Forscher suchen deshalb nach Möglichkeiten, den Verschleiß zu messen. Mit einem Ferndiagnosesystem, das den Verschleißzustand dauerhaft überwacht, wäre es möglich, die Wartung beziehungsweise den Austausch von Komponenten zeitlich exakt zu planen – das spart Kosten. Zudem ließe sich damit praktisch ausschließen, dass Komponenten während der Fahrt ausfallen.

Die Sicherheit auf See zu erhöhen hat sich auch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie zum Ziel gesetzt. Deshalb fördert es das Forschungsprojekt „CoMoGear – Condition Monitoring of Marine Gearboxes“ mit rund 350.000 Euro und finanziert so die Entwicklung des Condition-Monitoring-Systems.

Miniaturisierte Sensorknoten liefern Messwerte an Bordcomputer

Kern des Systems sind miniaturisierte Sensorknoten, die im Getriebe installiert werden und Messwerte an den Bordcomputer senden. Bei der Entwicklung stehen die Forscher vor zwei Herausforderungen: Erstens müssen die Sensoren im ölumspülten Getriebe funktionieren. Bisher haben die Forscher lediglich außen am Getriebegehäuse Sensoren installiert und beispielsweise Schwingungen gemessen, mit denen sich unter anderem Lagerschäden detektieren lassen. Innerhalb des Getriebes sind derzeit keine Messungen möglich.

Zweitens muss die Energieversorgung sichergestellt werden, obwohl im Getriebe keine Stromkabel verlegt und im laufenden Betrieb auch keine Batterien ausgetauscht werden können. Deshalb soll das Condition-Monitoring-System drahtlos und energieautark funktionieren und mithilfe von Energy-Harvesting-Technologien die nötige Energie aus der Umgebung generieren.

Drahtlose Energieversorgung

Dass die drahtlose Energieversorgung funktioniert, haben die Forscher bereits im Vorgängerprojekt „DriveCoM“ bewiesen. Die Sensoren, die sie in diesem Projekt entwickelt haben, nutzen zur Energiegewinnung den Temperaturunterschied zwischen Getriebe und Meerwasser. Thermische Energiewandler sollen daraus genug Strom erzeugen, um alle 20 Minuten Temperaturen, Drehzahlen, Drehmomente und Schwingungen zu erfassen und an den Bordcomputer zu senden. Die Technologie hat das IPH gemeinsam mit der Reintjes GmbH, der Bachmann Monitoring GmbH, der Microsensys GmbH und der Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. entwickelt und auf dem Getriebeprüfstand der Reintjes GmbH getestet: Mithilfe der Schwingungsdaten konnten Lagerschäden detektiert werden.

Rotationsenergie im Getriebe nutzen

Im neuen Projekt „CoMoGear“ wollen die Partner das System so weiterentwickeln, dass zusätzlich auch der Verschleiß von rotierenden Bauteilen innerhalb des Getriebes gemessen werden kann. Dazu ist eine neue Art der Energiegewinnung nötig, denn innerhalb des Getriebes gibt es keine großen Temperaturunterschiede, die sich ausnutzen lassen. Deshalb wollen die Forscher die Rotationsenergie im Getriebe nutzen, um Strom für die Sensoren zu erzeugen. Die Messdaten sollen nicht nur regelmäßig an den Bordcomputer übertragen werden, sondern sich zusätzlich per Bluetooth mit dem Smartphone auslesen lassen.

In den kommenden zwei Jahren wollen die Forscher einen Demonstrator entwickeln und erneut auf dem Getriebeprüfstand der Reintjes GmbH testen. Weitere Informationen zum Forschungsprojekt gibt es hier. (sh)

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