Projekt 27257/01

Entwicklung eines Regelungssystems zur Effizienzsteigerung von Gleitlagern durch Minimierung des Schmiermittelaufwandes auf Basis einer Echtzeit-In-Situ-Überwachung mit Hilfe der Ultraschall-Emissionsanalyse

Projektträger

Kröhnert Infotecs GmbH
Haid-und-Neu-Str. 7
76131 Karlsruhe
Telefon: 0721/860180-10

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Der derzeitige Ansatz zum sicheren Betrieb von Gleitlagern besteht in der permanenten Überversorgung des Lagers mit Öl. Dies führt zu erheblichen Energieverlusten, da das Lager nicht im Betriebspunkt minimaler Reibungsverluste läuft. Bei großen Gleitlagern liegen die Verlustleistungen im Bereich etlicher Kilowatt.
Ziel des angedachten Projekts war die Erhöhung der Energieeffizienz großer Gleitlager. Dies sollte dadurch erreicht werden, dass dem Gleitlager immer nur so viel Öl zugeführt wird, dass noch eine sichere hydrodynamische Schmierung vorliegt und die Lagertemperatur nicht über Gebühr ansteigt. Die Energieeinsparung geschieht dann auf drei Wegen:
Energieeinsparung durch Verminderung der Flüssigkeitsreibung im Schmierspalt
Energieeinsparung durch Einsparung von Pumpleistung in der Ölversorgung
Verringerung der benötigen Ölmenge im System


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenFolgende Arbeitsschritte wurden durchgeführt:
AP 1: Bestandsaufnahme und Anforderungsanalyse
AP 2: Konzipierung Elektronik, Signalaufbereitung, Sensorik
AP 3: Konzipierung Software
AP 4: Aufbau und Inbetriebnahme des Systems an den Prüfständen MRP und KLP
AP 5: Versuchsreihen an den Prüfständen
AP 6: Entwicklung der Mess- und Regelsoftware
AP 7: Pilotanlage/Reale Produktionsbedingungen
AP 8: Optimierung, Technische Dokumentation


Ergebnisse und Diskussion

Die Versuche an den Gleitlagerprüfständen haben gezeigt, dass eine Reduzierung der Schmiermittelmenge um bis zu 80°% möglich ist. Dabei konnte das Reibmoment durch Minimierung der Planschverluste und thermische Effekte um bis zu 20 % reduziert werden. Die Einsparungen beziehen sich ausschließlich auf die interne Lagerreibung. Das gesamte Potential muss an einem realitätsnahen Prototypenaufbau mit einem Großgleitlager unter Berücksichtigung der Schmiermittelpumpenleistung aber noch ermittelt werden.
Weiterhin hat die Auswertung der Körperschalldaten die Ergebnisse eigener Arbeiten bestätigt. Im gesamten betrachteten Spektrum von 100 bis 300 kHz ist der qualitative Verlauf des Reibmoments wiederzufinden.
Überträgt man die auf Gleitlagerprüfständen gewonnenen Ergebnisse auf ein reales System ergibt sich unter der Annahme einer Reduktion der Verlustleistung um 20% und Dauerbetrieb der Maschine (rund um die Uhr, 8700 h/Jahr) eine rechnerisch abgeschätzte Energieeinsparung von ca. 16.000 kWh pro Jahr. Eine große Maschine, die z. B. 20 solche Lagerungen hat, würde demnach übers Jahr 320 MWh einsparen.
Die Pumpleistung für ein Lager bei Vollschmierung lässt sich grob abschätzen zu 100 W. Für 20 Lager ergibt sich somit ein Wert von ca. 2 kW, übers Jahr gerechnet also gut 17 MWh.
Davon ausgehend, dass bei Einsatz des neu zu entwickelnden Systems die Pumpleistung um 80% reduziert werden kann, ergibt sich hier ein Einsparpotenzial von ca. 14 MWh. Auch dies ist kein zu vernachlässigender Betrag.
Schließlich die benötigte Ölmenge im System: Hier ist ein Wert von 1000 Litern (heute) bei großen Maschinen durchaus realistisch. Eine Verkleinerung auf 200 Liter scheint machbar, d.h. auch hier eine Einsparung von 80%.
Hinsichtlich der wirtschaftlichen Wirkungen des Projektes konnten die positiven Marktaussichten in Gesprächen mit Technikern und Entscheidern grundsätzlich bestätigt werden. Der Markteintritt stellt jedoch in dieser anwendungsbedingt konservativen Branche noch eine große Hürde dar. Zusammenfassend ist für die erfolgreiche Vermarktung des Systems eine Anlaufzeit von 2-3 Jahren einzuplanen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Es ist geplant die Forschungsergebnisse auf folgenden Tagungen zu präsentieren:
VDI Fachtagung: Gleit- und Wälzlagerungen, Schweinfurt, Mai 2011
8th International Conference on Condition Monitoring and Machinery Failure Prevention Technologies, Cardiff, Juni 2011
3rd European Conference on Tribology, Wien, Juni 2011
ASME/STLE Joint Tribology Conference, Los Angeles, Oktober 2011
International Tribology Conference, Hiroshima, November 2011


Fazit

Die Zusammenarbeit zwischen den Partnern war zielführend und angenehm. Das Projekt hat interessante Ergebnisse geliefert und eine gute wissenschaftliche Basis geschaffen, welche fortwährend ergänzt werden kann.

Dur das Projekt konnte erfolgreich nachgewiesen werden, dass ein sicherer hydrodynamischer Betrieb eines Gleitlagers bei wesentlich geringerem Schmiermitteldurchfluss erfolgen kann, als derzeit von der Normung (VDI und DIN) vorgeschrieben ist. Reibmomentreduzierungen von bis zu 20 % wurden experimentell nachgewiesen. Durch die kontinuierliche Zustandsüberwachung der Lager durch die Körperschallanalyse wird die Betriebssicherheit zusätzlich gesteigert.

Die Firma Kröhnert Infotecs GmbH wird auf der erzielten Basis das System zur Gleitlagerverschleißüberwachung weiter entwickeln. Hierzu werden unterstützend einerseits mögliche Pilotkunden angesprochen und andererseits zusammen mit dem IPEK weitere Forschungsprojekte beantragt. Mit den Pilotkunden wird angestrebt, auf dem aktuellen Stand eine Serienreife der Anwendung herzustellen. Hierzu sind insbesondere Dauererfahrungen zu sammeln und die Parametrierung des Systems auf das spezifische Lager zu lösen. Hierzu wurden erste Gespräche von Seiten Kröhnert Infotecs mit der Geschäfts- und Entwicklungsleitung von Voith BHS und Kolbenschmidt Pierburg geführt.

Übersicht

Fördersumme

125.000,00 €

Förderzeitraum

08.06.2009 - 08.12.2010

Bundesland

Baden-Württemberg

Schlagwörter

Klimaschutz
Umweltforschung
Umwelttechnik