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06.12.2017 | Betriebstechnik + Instandhaltung | Nachricht | Onlineartikel

Magnetfeld-Sensor misst Kräfte im Bauteil

Autor:
Nadine Klein

Eine am Helmholtz-Zentrum entwickelte Methode nutzt magnetische Felder, um mechanische Belastungen in Wellen und Achsen zu registrieren. Ein Sensor soll künftig helfen, großtechnische Anlagen wie Windparks oder Generatoranlagen effizienter zu überwachen.

Wenn Wellen und Achsen große Kräfte bei hohen Drehzahlen übertragen, geht das oft an die Substanz der Lagerungen. Das Material verschleißt und ermüdet, es können abnormale oder gefährliche Betriebszustände auftreten. Deshalb werden systemrelevante Bauteile in Industrieanlagen ständig überwacht. Auf den Wellen angebrachte Dehnmessstreifen registrieren neben den übertragenen Kräften auch mechanische Veränderungen im Material. Eine alternative Möglichkeit stelle die berührungslose Vermessung durch Magnetfelder dar. Dazu haben Prof. Andreas Kolitsch und sein Team von der Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) Innovation GmbH das Labormodell vom HZDR zu einem praxistauglichen Sensor weiterentwickelt.

Der Multifunktionssensor Argus kann gleichzeitig acht mechanischen Betriebsgrößen, wie Drehzahl, Drehmoment oder Lageabweichung, berührungslos auf induktive Weise messen. Das erlaubt die Darstellung der übertragenen mechanischen Leistung oder auftretender Leistungsstöße in Echtzeit. Das Messsystem besteht aus einer Vielzahl von Sende- und Empfängerspulen in einem Sensorkopf, der im Abstand von einigen Millimetern zur Welle angebracht wird. Durch das kontaktlose Funktionsprinzip arbeitet der Sensor auch in staubiger, öliger oder chemisch aggressiver Betriebsumgebung. Der Entwickler Dr. Dominique Buchenau erklärt das Prinzip vereinfacht: "Fließt elektrischer Strom durch eine Senderspule des Sensors, baut sich ein Magnetfeld auf. Die Empfängerspulen registrieren dieses Feld. Treten im Rotationszustand zum Beispiel Torsionskräfte oder Lageabweichungen im Antriebselement auf, detektieren die Empfängerspulen eine charakteristische Veränderung des Senderfeldes – und diese Veränderung können wir auswerten."

Wartungsintervalle kostensparend verlängern

"In der Praxis bewährt sich das Messprinzip bereits auf dem Motorenprüffeld eines Dresdner Unternehmens. Die überwachten Wellen haben hier einen Durchmesser von bis zu 50 Zentimetern", so Kolitsch. Der Sensor sei aber auch bei größeren Bauteilen anwendbar, an einer Miniaturisierung der Technologie werde bereits gearbeitet. Einsatzgebiete des Multifunktionssensors sieht das Entwicklerteam überall dort, wo der Ausfall von Wellen und Achsen systemkritisch, die Wartung aufwendig oder Stillstandzeit teuer sind. Wartungsintervalle in Offshore-Windparks könnten bei einer lückenlosen Überwachung per Sensor kostensparend verlängert werden – und das gegebenenfalls ohne Austausch der Antriebselemente nach einem festen Zeitplan. Bei schwerem Bohrgerät oder industriellen Mahlwerken können die Sensoren Alarm schlagen, wenn die Anlage einen eingestellten Betriebsparameterbereich verlässt. Eine schnelle Abschaltung verhindere in diesem Fall eine systemkritische Überlastung der elektromechanischen Komponenten. Zukünftig soll der Sensor auch für weitere Gebiete, wie die Automobilindustrie, einsetzbar sein.

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2016 | OriginalPaper | Buchkapitel

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Quelle:
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2005 | OriginalPaper | Buchkapitel

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Quelle:
MEMS in der Mikrosystemtechnik

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