Standardisierte integrale Instrumentierung von Gasfolienlagern zur Zustands- und Betriebsüberwachung

Gasfolienlager sind fluiddynamische Lager, die sich durch ihre Ölfreiheit, hohe Drehzahlkapazität und geringe Reibung für Turboanwendungen wie Kompressoren für Wasserstoffsysteme und Klimaanlagen eignen. Trotz ihrer Vorteile neigen sie zu Instabilitäten, die zu erhöhtem Verschleiß führen. Als Grundlage für eine entsprechende Überwachung, die auch Informationen über den momentanen Betrieb liefert, wurden in der ersten Förderperiode die Messtechnik und Datenverarbeitung für die Zielgrößen: Drehzahl (aus Beschleunigung), Reibungszustand (aus Körperschall) und Temperatur im Lager etabliert und ins Lager integriert. Alle entsprechenden Funktionen wurden schließlich in einem Prototyp erfolgreich umgesetzt (siehe Abbildung).

Prototyp des sensorintegrierenden Gasfolienlagers

In der zweiten Förderperiode ist das übergeordnete Ziel die Funktionszuverlässigkeit. Dafür wird zum einen Energieautarkie via Energy Harvesting und energiesparenden Betrieb angestrebt. Außerdem soll durch Nutzung von Sensorfusion und neuronalen Netzen die Robustheit der Datenanalyse gegen Störungen verbessert werden. Abschließend sollen die gewonnenen Erkenntnisse über eine entsprechende Entwurfsmethodik für SiGFBs in die Anwendung transferiert werden.

Projektnummer: 466782279
Beteiligte:
Prof. Dr.-Ing. Robert Liebich
Majid Ahmadzadeh, M.Sc.
Prof. Dr.-Ing. Clemens Gühmann
Martin Leonhard Kliemank, M.Eng.

Publikationen

Kliemank, M. L., Rupprecht, B., Ahmadzadeh, M., Brederlow, R., Stahl, K., Liebich, R., … & Gühmann, C. (2025): Online instantaneous angular speed estimation from vibration on low-power embedded systems evaluated on a gas foil bearing use case. Measurement: Sensors, 101600.
Kliemank, M. L., Ahmadzadeh, M., Zimmer, J., Somba, M. D., Liebich, R., Gühmann, C. (2025): Sensor-Integrating Gas Foil Bearings: Real-Time Monitoring of Temperature, Lift-Off State, and Instantaneous Angular Speed. Forschung im Ingenieurwesen, 89(1), 105.
Ahmadzadeh, M., Kliemank, M. L., Gühmann, C., Liebich, R. (2024): An experimental study on the applicability of acoustic emission to detection of lift-off state in gas foil bearings. Forschung im Ingenieurwesen, 88(1), 35.
Kliemank, M. L., Ahmadzadeh, M., Liebich, R., & Gühmann, C. (2023): Instantaneous Angular Speed Estimation using Acoustic Emission in Gas Foil Bearings. In 2023 4th International Conference on Communications, Information, Electronic and Energy Systems (CIEES) (pp. 1-4). IEEE.
Kliemank, M. L., Ahmadzadeh, M., Liebich, R., & Guehmann, C. (2023): Instantaneous angular speed estimation in gas foil bearings from vibration signal: Drehzahlschätzung an Gasfolienlagern anhand von Vibrationssignalen. tm-Technisches Messen, 90(s1), 14-19.