Autarke sensoren voor conditiebewaking

Fraunhofer LBF autarke sensorenDe toekomstige generaties schepen moeten milieuvriendelijker en energetisch zuiniger op de wereldzeeën onderweg zijn. Het project ‘SmartPS’ aan het Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) in Darmstadt levert met de ontwikkeling van een intelligente aandrijflijn een wezenlijke bijdrage aan het voldoen aan deze eis. Daartoe winnen de wetenschappers met een ‘energy harvesting’ concept (autarke sensoren) energie uit tot nu toe ongebruikte bronnen, zoals torsietrillingen.

Het bijzondere is, dat de belastings- en toestandsdata uit de aandrijflijn via draadloze data-overdracht direct beschikbaar zijn voor de gebruiker zodra hij de aandrijflijn in beweging zet. De informatie dient voor op conditie gebaseerd onderhoud. Ze kan de ontwikkeling van nieuwe generaties aandrijvingen in de richting van lichtere dimensionering ondersteunen. De sensoriek is niet afhankelijk van externe energiebronnen.

Probleemstelling

Het uitvallen van maritieme systemen door het uitvallen van componenten uit de aandrijflijn kan niet alleen tot aanzienlijke economische kan leiden, maar ook mensenlevens in gevaar brengen. Economische schade ontstaat door stilstandstijden en daarmee gepaard gaande vertragingen van leveringen en verlies van inkomsten. Intelligente aandrijflijnen met gebruikmaking van roterende, energetisch onafhankelijke sensorsystemen moeten daarbij een handje helpen.

Tot nu toe ligt het probleem van roterende sensoren in de voeding omdat ze batterijen nodig hebben, waardoor hun levensduur beperkt is. Bij voeding via het boordnet moeten sleepringen worden gebruikt. Het nadeel daarvan is dat sleepringen slijten en onderhoud behoeven.

De wetenschappers van het Fraunhofer-instituut zetten met behulp van roterende trillingsenergiegeneratoren de torsietrillingen uit de aandrijflijn om in elektrische energie.

Autarke sensoren

Met autarke sensoren willen de onderzoekers een betrouwbare toestandsbewaking en belastinganalyse mogelijk maken. Bovendien wordt het mogelijk om sensoren op moeilijk bereikbare plaatsen in aandrijflijnen te plaatsen.

De sensordata worden draadloos via Bluetooth of WLAN doorgestuurd. Bij testen van de generator hadden de onderzoekers aan een aantal mW aan vermogen voldoende voor de MEMS-sensoren (Micro Electro Mechanical Systems). Onder andere kunnen hiermee toestandsbewaking, versnellingssensoren of temperatuursensoren (bijvoorbeeld een infrarood warmtesensor) worden gevoed.

De trillingsenergiegenerator heeft meerdere voordelen. Zodra de aandrijflijn draait, levert de autarke sensoriek de actuele belasting- en toestandsdata. Omdat voeding en sensor in één systeem zijn geïntegreerd, wordt de sensor onafhankelijk van boordelektronica. Bovendien zijn geen mechanische verbindingen tussen roterende en stilstaand systeem nodig en hoeven geen batterijen te worden onderhouden of verwisseld.

Tot nu concentreert het onderzoeksproject zich op de ontwikkeling van energetisch autarke sensoren in roterende systemen voor de maritieme wereld. Momenteel plannen de wetenschappers van het instituut het testen en gebruiken van hun nieuwe systeem in scheepsaandrijvingen. In de toekomst is echter gebruik in elk soort roterend systeem, bijvoorbeeld verbrandingsmotoren met grote asdiameters.

Het volledig artikel vindt u in  Aandrijftechniek van april 2019.