Zustandsdiagnose von Schiffsgetrieben durch ein drahtloses, energieautarkes Sensornetzwerk

Im Rahmen des Projektes „CoMoGear – Condition Monitoring of Marine Gearboxes based on Wireless, Energy-Autonomous Sensor Nodes” wurde ein energieautarkes, drahtloses Sensornetzwerk zur Zustandsdiagnose von hochbelasteten, rotierenden Bauteilen im Schiffsgetriebe entwickelt. Dieses erlaubt eine intelligente, zustandsbasierte Überwachung und Instandhaltung und ebnet somit den Weg für eine unbemannte Schifffahrt.

Sensorknoten, Zustandsüberwachung, Schiffsgetriebe, Energy Harvesting

Im Rahmen des Projekts CoMoGear konnte ein energieautarkes, drahtloses Sensornetzwerk zur Zustandsdiagnose von hochbelasteten, rotierenden Bauteilen im Schiffsgetriebe entwickelt werden. Dieses Sensornetzwerk besteht aus mehreren Sensorknoten und Energy Harvestern.

Sensorknoten, Zustandsüberwachung, Schiffsgetriebe, Energy Harvesting

In diesem Paper wird die Validierung eines induktiven Sensors für einen energieautarken Sensor zur Zustandsüberwachung nasslaufender Stahlscheibenkupplungen in Schiffsgetrieben vorgestellt. Für einen zuverlässigen Betrieb dieser ist eine permanente Überwachung ihres Zustands sinnvoll. Im Rahmen der zustandsorientierten Instandhaltung werden immer mehr Sensoren in Maschinen installiert. Die Zuverlässigkeit wird noch wichtiger, wenn Menschen durch einen möglichen Ausfall der Maschinen gefährdet werden. Für die Schifffahrt ist es daher unerlässlich, dass zum Beispiel der Antriebsstrang und damit das Getriebe in einwandfreiem Zustand sind. Bei längeren Überfahrten muss der Verschleiß oder gar die Beschädigung wichtiger Komponenten bekannt sein, damit die Wartung proaktiv durchgeführt werden kann. Um diesem Bedarf zu begegnen, wird ein energieautarkes und drahtloses Sensornetz entwickelt. Miniaturisierte Sensorknoten überwachen Drehmoment, Drehzahlen, Temperaturen sowie den Verschleißzustand der Drehmomentübertragungskomponenten. Die zum Betrieb dieser Sensoren benötigte Energie stammt aus der Umgebung. Somit arbeitet das System drahtlos und ohne externe Energieversorgung, wodurch die Installations- und Wartungskosten erheblich sinken. Neben dem Konzept der Sensorintegration im Getriebe wird auch das Energy Harvesting-Konzept näher beschrieben. Schließlich werden Messungen in einer zahnradähnlichen Umgebung durchgeführt und das Verhalten eines magnetoinduktiven Sensors in einer nicht ständig versorgten Situation untersucht.

Schiff, Getriebe, Verschleiß, Sensor, Drehmoment

Dieses Paper beschreibt die Entwicklung und prototypische Implementierung eines energieautarken Sensors zur Zustandsüberwachung von nasslaufenden Lamellenkupplungen in Schiffsgetrieben. Für die präzise Steuerung eines automatisierten Systems und die Überwachung seiner Leistungsfähigkeit ist das Wissen über den möglichen Verschleiß eine wesentliche Voraussetzung. Darüber hinaus bietet die Speicherung von Sensordaten über die Lebensdauer des Systems die Möglichkeit einer langfristigen Zustandsüberwachung. Die Kombination mit verschiedenen anderen technologischen Komponenten schafft eine Lösung, die eine kostengünstige Zustandsüberwachung von Schiffsgetrieben ermöglicht. Im Vergleich zu bestehenden Systemen werden beispielsweise die Kosten für Installation und Wartung erheblich reduziert. Sowohl die Methodik von der morphologischen Box bis zum Feinkonzept als auch die ersten Messungen der Sensoren werden vorgestellt.

automatisiertes System, Zustandsüberwachung, Metrologie, Kupplung, Getriebe

Rotatorische Energy Harvester bieten die Möglichkeit, an drehenden Wellen im Rotationszentrum oder auch außerhalb des Rotationszentrums Energie zu generieren. Es gibt sowohl Konzepte mit Referenz zum äußeren Gehäuse als auch verschiedene Konzepte ohne feste Referenz. Außerdem sind Energy Harvester Lösungen verfügbar, die Energie am Gehäuse bereitstellen und durch die Rotation der Welle Energie generieren. Die Auswahl eines Konzeptes muss für jede Anwendung individuell getroffen werden und ist von verschiedenen Einflussfaktoren abhängig. Entscheidend sind insbesondere der Bauraum, der Energiebedarf des Sensorknotens und die Drehzahl.

Energieversorgung, Mikrosysteme, Energy Harvesting, Rotatorische Energy Harvester, Powermanagement

Fällt ein Schiffsgetriebe auf hoher See aus, kann das sehr gefährlich für die Besatzung werden – und teuer für den Reeder: Er muss sein Schiff abschleppen lassen und bringt die Fracht nicht pünktlich ans Ziel. Deshalb werden kritische Bauteile regelmäßig ausgetauscht. Das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) will die Wartung günstiger und sicherer machen, indem es Schiffsgetriebe rund um die Uhr aus der Ferne überwacht – mit einem energieautarken, drahtlosen Sensornetzwerk.

Messtechnik, Schiffsgetriebe, Fernüberwachung, Sensornetzwerk