Projektlaufzeit: seit 2016

Die Mitteldeutsche Braunkohlengesellschaft mbH (MIBRAG) betreibt im Süden Leipzigs mehrere Tagebaue mit unterschiedlichen Schaufelradbaggern. Angetrieben werden diese Stahlkolosse von leistungsstarken Motoren, die ihre Kraft mittels mehrstufiger Getriebe übersetzen. Speziell die Wälzlager der Planetenstufe darin waren bisher nur schwer zu diagnostizieren, weshalb in Kooperation die MIBRAG-Module entwickelt wurden und stetig weiterentwickelt werden. Sie bestehen grundsätzlich aus mehrachsigen Beschleunigungssensoren, einem Mikrokontroller, einem Speicherchip, einem Funk-Chip mit zugehöriger Antenne und einer Batterie. All dies muss in eine hohle Schraube aus dem 3D-Drucker passen und kann über zwei Jahre eine dauerhafte, zuverlässige Schwingungsmessung ermöglichen, die für die Getriebediagnose eingesetzt wird.

Hierfür werden sämtliche Komponenten auf drei kreisförmige, 17 mm breiten Platinen verteilt. Dabei spielt die Miniaturisierung der Schaltung aber auch das Abwägen zwischen Messgenauigkeit und Energiebedarf eine entscheidende Rolle. Weitere Herausforderungen stellen die Umgebungsbedingungen innerhalb des Getriebes dar. Die Funkstrecke wird beispielsweise durch die vielen Metallteile und den Ölnebel gestört, während Temperaturen von teils über 90°C einen deutlich erhöhten Ruhestrombedarf der Schaltung nach sich ziehen. Nur spezielle Elektronikbauteile und Batterien können eingesetzt werden, um die Funktionalität überhaupt sicherstellen und die benötigte Batterielaufzeit auch unter diesen Bedingungen realisieren zu können.

Das Gesamtsystem besteht aus vier dieser MIBRAG-Module, welche sich in den Planetenrädern der zu untersuchenden Getriebestufe befinden. Durch ein spezielles funkdurchlässiges Sichtfenster findet die Kommunikation mit einer Steuer- und Empfangseinheit außerhalb des Getriebes statt. Diese ermöglicht die Verbindung zu einem Server der Hochschule über das Mobilfunknetz. Die Daten werden übertragen und im Anschluss daran erfolgt die Datenauswertung mittels unterschiedlicher mathematischer Methoden. Prognosen über Ausfallwahrscheinlichkeit in Abhängigkeit des diagnostizierten Zustandes inklusive Handlungsempfehlung sind in der Entwicklung.

MIBRAG Mitteldeutsche Braunkohlengesellschaft mbH