Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWMIm Projekt Lube.Life wurde ein innovativer Ansatz entwickelt, um das Verhalten von Schmierstoffen unter schwierigen Einsatzbedingungen vorherzusagen. Dabei werden Sensordaten, prädiktive Online-Algorithmen und simulierte Analysedaten (u.a. aus Infrarotspektrum) kombiniert und zu einer Gesamtbewertung des Schmierstoffs herangezogen. Die Paarung des Schmierstoffs mit einem Maschinenelement wie Lager oder Zahnrädern muss über die Nutzungszeit der Anlage perfekt aufeinander abgestimmt sein. Kommen Verschmutzungen, schwierige Umweltbedingen oder ungeplante Betriebsbedingungen hinzu kann vom Schmierstoff ein Schädigungspotenzial ausgehen. Das Risiko für ein solches Schädigungspotenzial wird online ermittelt. Identifiziert werden dazu auch Triggerfaktoren, die von außen in den Schmierstoff eingetragen werden oder durch chemische Reaktionen entstehen können und das Schädigungspotenzial erhöhen.
Sensorbasiertes Elektroniksystem zur nachhaltigen Nutzung von Schmierstoffen in Industrieanlagen
Abgeschlossenes Forschungsprojekt
Projektbeschreibung
Eine Vielzahl mechanischer Lager wird mit Schmierstoffen versorgt, um die Reibung und den Verschleiß zu reduzieren. Traditionell wurden Schmiermittel nur bei turnusmäßigen Wartungen überprüft. Das Lube.Life-Projekt hat ein Sensorsystem entwickelt, das die kontinuierliche Echtzeitüberwachung von Schmierstoffen in tribologischen Systemen wie Lagern, Getrieben und Dichtungen ermöglicht und Abriebpartikel detektiert und analysiert.
Innerhalb Lube.Life wurde erforscht, ob eine Sensorierung der tribologischen Kontakte und des Schmierstoffs (z.B. mittels eines miniaturisierten Reibungssensors, IR-Spektroskopie oder akustischen Verhaltens) in Verbindung mit Auswerteelektronik und Maschinellen Lernmethoden eine Echtzeit-Analyse der Schmierstoffe erlaubt und Schlüsse auf deren Zusammensetzung zulässt. Die gesammelten Daten wurden in einem virtuellen Schmierstofflabor verarbeitet, das auf Basis der Sensorinformationen und prädiktiven Algorithmen wurde die Stabilität des Schmierstoffs bewertet und Prognosen über die Notwendigkeit von Wartungsmaßnahmen abgeleitet. Potenzielle Maßnahmen reichen von einfachen Benachrichtigungen über Wartungsaufträge bis hin zur automatisierten Nachdosierung von Additiven, um den Schmierstoff zu stabilisieren und die Lebensdauer der Komponenten zu verlängern.
Besonderes Augenmerk galt im Projekt auch der Wechselwirkung von Schmierstoffen mit elektrischen Feldern, die in Anwendungen wie Windkraftanlagen und Elektrofahrzeugen eine Rolle spielen. Diese Felder können die Additive im Schmierstoff destabilisieren, was zu Degradation und im schlimmsten Fall zu Bauteilschäden führen kann. Durch den Einsatz des virtuellen Schmierstofflabors können Auswirkungen von elektrischen Feldern auf die Schmierstoffstabilität vorhergesagt und neue, stabilere Schmierstoffe entwickelt werden.
Zukünftige Anwendungen des Systems sind neben Windkraftanlagen auch in Industrieanlagen und Kraftwerken möglich, wo durch die Echtzeitüberwachung Wartungsintervalle flexibler gestaltet und optimiert werden können. Diese Innovationen bieten eine nachhaltigere und effizientere Wartung sowie eine erhöhte Lebensdauer der Anlagen, insbesondere in schwer zugänglichen Bereichen oder bei witterungsbedingten Herausforderungen wie beispielsweise bei Windkraftanlagen.
Teilvorhaben Fraunhofer IWM:
Mechanische Lager und Getriebe, wie sie in Elektrofahrzeugen und Windkraftanlagen vorkommen, werden meist mit Schmierstoffen versorgt, um Reibung und Verschleiß zu mindern. Allerdings können an diesen Bauteilen elektrische Spannungen anliegen, die die Funktionsweise der Schmierstoffe so stark beeinträchtigen, dass Schäden an den tribologischen Kontakten entstehen. Dazu hat das Fraunhofer IWM ein virtuelles Schmierstofflabor entwickelt, mit dem sich die Auswirkungen elektrischer Felder auf die Stabilität von Schmierstoffen vorhersagen lassen. Damit sind maßgeschneiderte Formulierungen neuer Schmiermittel möglich.
Transfer der Projektergebnisse in folgende FuE-Leistungen des Fraunhofer IWM für Unternehmen:
- Entwicklung von wissensbasierten Konzepten zur Echtzeitüberwachung von Schmierstoffsystemen (Vorhersage des Schmierstoffverhaltens und Identifikation von Verschleißmustern) durch automatisierte Datenanalyse.
- Bewertung und Optimierung von Schmierstoffen auf ihre elektrotribologische Eignung und Entwicklung von Schmierstoffformulierungen unter Berücksichtigung von elektrischen Feldern und spezifischen Betriebsbedingungen.
- Qualifizierung und Ersatz von Additiven in den Schmiermitteln, um die Lebensdauer tribologischer Komponenten zu verlängern und deren Leistung zu steigern.
- Entwicklung von Wartungsstrategien, die nicht an feste Intervalle gebunden sind, sondern sich dynamisch an den Zustand der Schmierstoffe und der Bauteile anpassen.
