Lagers met optische sensoren

SKF optische sensorenSKF heeft al enkele decennia ervaring met het toepassen van sensoren in en rond lagers ten behoeve van conditiebewaking. Daarbij gaat het vooral om sensoren die temperaturen, toerentallen en posities bepalen. De sensoren worden gebruikt voor conditiebewaking, maar ook voor de aansturing van de commutatie van elektromotoren. Sensoren op basis van optische vezels brengen nieuwe mogelijkheden voor toepassingen én business modellen.

SKF heeft veel ervaring met load sensing in onder meer de automotive sector. Het bedrijf heeft inmiddels veel verschillende typen sensorlagers in de catalogus dan wel ontwikkeld op speciaal verzoek van klanten, op basis van onder meer rekstrookjes, piëzo-elementen, capacitieve, inductieve, optische sensoren, enzovoorts.

In 2009 is begonnen met de ontwikkeling van lagers met ingebouwde optische vezels. In 2016 zijn proefprojecten gestart voor maritieme toepassingen en voor jacking-systemen. Ruim een jaar later is de nodige ervaring opgedaan, ook met business modellen.

Principe van optische sensoren

SKF maakt gebruikt van glasvezels die op grote schaal toepassing vinden in de telecommunicatie. Aan het begin van de glasvezel wordt een lichtpuls met een bepaalde breedte de optische geleider ingestuurd. De vezel heeft een dunne glaskern en wordt omringd door een dikkere glazen mantel met een hogere brekingsindex. Het licht wordt op het grensvlak van beide glasdelen op en neer gekaatst.

Door de kale kern te belichten met UV-licht verandert lokaal permanent de kristallatiegraad van het glas en daarmee brekingsindex van de kern. Het gevolg hiervan is ‘grating’, het creëren van poortjes van lokaal aangepast glas. Als de vezel wordt uitgerekt, verandert de afstand tussen de poortjes en daarmee de karakteristiek van de reflectie. Deze kleine golflengteverandering is te detecteren.

Applicaties

De tot nu toe gerealiseerde applicaties betreffen specifieke, op maat voor de klant en applicatie gemaakte lagers. Het gebruik wordt interessant als alle verkregen data kan worden geclusterd en geanalyseerd. Een belangrijk toepassingsgebied daarbij is installatie en inbedrijfstelling. De machinebouwer wil van tevoren kunnen vaststellen of het lager wel bij de applicatie past, of het voldoende voorbelasting heeft en of de machine goed draait. Als dat het geval is, is daarmee tevens de nulmeting uitgevoerd en kan de applicatie worden vrijgegeven.

Een tweede toepassingsgebied is procesbesturing. Hierbij wil de exploitant naar optimale bedrijfscondities sturen, bijvoorbeeld naar een configuratie van snelheid en belasting waarbij de applicatie toch constant vermogen levert. Op basis van de verkregen data over de belasting kan hierop worden bijgestuurd.

Een derde toepassing is conditiebewaking. SKF heeft daar al veel kennis van en ervaring mee en kan op basis van de verkregen data lagerfalen detecteren en voorspellen.

In de maritieme toepassingen die in bedrijf zijn, begint inmiddels duidelijk te worden welke informatie echt interessant is.

Business cases

De vraag voor SKF is, of men elke vezelsensor op maat gaat maken, of dat er een standaard vezelsensor komt die alle parameters kan bepalen. De klant kan dan beginnen met slechts een paar parameters, maar heeft de optie om later meer informatie uit de vezelsensor te halen. Hij kan kiezen voor aanschaf voor het op maat gemaakte lager of hij betaalt behalve voor het lager een bedrag per uitgelezen parameter. Een optie zou zelfs kunnen zijn dat de eindgebruiker het lager helemaal niet koopt maar alleen betaalt per draaiuur of parameter; ‘pay per use’ dus.

Het volledig artikel vindt u in het september 2017 nummer van Aandrijftechniek.