Integrierte Sensorik für intelligente Großwälzlager (ISiG)

Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines intelligenten, sensorintegrierten Radial-Großwälzlagers (z.B. NU 256), das eine frühzeitige Detektion schädigungsrelevanter Zustände ermöglicht. In der ersten Förderperiode wurde ein sensorintegriertes Axial-Zylinderrollenlager realisiert, anhand dessen erste erfolgreiche Funktionstests durchgeführt wurden. In Förderphase 2 sollen nun Dünnfilm-Dehnungsmessstreifen und Temperatursensoren mittels Direktabscheidung auf den gekrümmtenLagerringen eines Radial-Großwälzlagers appliziert werden. Zudem ist Volumen für die Messelektronik zu schaffen, ohne die mechanischen Eigenschaften des Lagers zu verändern. Das Sensorsystem bereitet die Messgrößen lokal vor und komprimiert sie durch geeignete Algorithmen, um den Energiebedarf zu minimieren. Die Übertragung erfolgt drahtlos per Bluetooth, Firmware-Updates sollen über Bluetooth Low Energy 5.0 mittels OTA-Protokollen ermöglicht werden. Die Energieautarkie des Systems wird durch einen induktiven Energy Harvester im Innenring des Lagers sichergestellt. Das entwickelte Lager wird auf einem Prüfstand unter realitätsnahen Belastungskollektiven und in Langzeittests validiert, wie sie in typischen Einsatzgebieten, z.B. Windkraftanalgen vorherrschen. 

Projektnummer: 466778958
Beteiligte:
Prof. Dr.-Ing. Max Marian
Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll
Dr.-Ing. Florian Pape
Dennis Konopka, M.Sc.
Marie Kleinhans, M.Sc.
Prof. Dr.-Ing. Marc Wurz
Rico Ottermann, M.Sc.
Tobias Steppeler, M.Sc.
Prof. Dr.-Ing. Bernhard Wicht
Hendrik Siemßen, M.Sc.

Publikationen

Steppeler, T., Konopka, D., Ottermann, R., Pape, F., Dencker, F., Poll, G., Marian, M., Wurz, M.C. (2025): Thin-film sensors on thrust bearing washers for temperature measurement directly in the mechanical rolling contact. SMSI 2025. Nürnberg
Konopka, D., Steppeler, T., Ottermann, R., Dencker, F., Pape, F., Poll, G., Wurz, M.C., Marian, M. (2025): Location- and time-resolved strain measurement in thrust roller bearings using thin-film sensors. Forschung im Ingenieurwesen, 89(1), 1-14.
Kirchner, E., Wallmersperger, T., Gwosch, T., Menning, J. DM, Peters, J., Breimann, R., … & Stahl, K. (2024): A Review on Sensor-Integrating Machine Elements. Advanced Sensor Research, 3(4), 2300113.
Steppeler, T., Siemßen, H., Ottermann, R., Konopka, D., Dencker, F., Pape, F., Poll, G., Wicht, B., Wurz, M.C. (2024): Entwicklung einer Messelektronik zur Zustandsüberwachung von Wälzlagern mittels Integration von Dünnfilmsensoren. Dresdner Maschinenelemente Kolloquium DMK 2024. Göttingen
Konopka, D., Steppeler, T., Ottermann, R., Stiemcke, Y., Rheinländer, C., … & Poll, G. (2024): Design of a smart test rig demonstrator combining novel sensor-integrating machine elements. 65. Tribologie-Fachtagung.
Konopka, D., Steppeler, T., Ottermann, R., Pape, F., Dencker, F., Poll, G., Wurz, M.C. (2023): Advancements in monitoring of tribological stress in bearings using thin-film strain gauges. 10th ECCOMAS Thematic Conference on Smart Structures and Materials. Patras, Greece
Pape, F., Konopka, D., Coors, T., Poll, G., Steppeler, T., Ottermann, R., Dencker, F., Wurz, M.C. (2023): Direct Sensor Integration on the Raceway of Roller Bearings. Tribol 2023—reibung Schmier Verschleiß. Göttingen
Konopka, D., Pape, F., Ottermann, R., Steppeler, T., Dencker, F., Wurz, M.C., Poll, G. (2022): CHARACTERIZATION OF AN ANTI-WEAR COATING FOR THE APPLICATION OF HIGHLY LOADED SMART THIN-FILM SENSORS. International Conference BALTTRIB, September 2022. Kaunas, Lithuania
Ottermann, R., Steppeler, T., Dencker, F., Wurz, M.C. (2022): Degeneration Effects of Thin-Film Sensors after Critical Load Conditions of Machine Components. Machines 2022, 10(10), 870.