Systeme für das Condition Monitoring sollen im Idealfall Störungen erkennen, bevor es zum Maschinenstillstand kommt. Bisher wurde diese Art der Sensorik allerdings aus Kostengründen meist nur bei sehr hochwertigen Antrieben eingesetzt. Die Zeiten sind vorbei: Das Fraunhofer IZM hat zusammen mit Partnern preiswerte, batterielose Funklösungen entwickelt, die erstmals erfolgreich getestet wurden.

Im öffentlich geförderten Verbundprojekt »Energieautarkes Condition Monitoring System« (Ecomos) wurde das Anwendungsfeld drahtloser Funksensorik auf das Condition Monitoring von Industrieanlagen ausgeweitet. Mit dem Projekt soll der Anwendungsbereich der Zustandsüberwachung noch einmal deutlich ausgeweitet werden. »Drahtlose Sensornetzwerke eröffnen durch verteilte Datenerfassung und Kommunikation völlig neue Möglichkeiten in der Messtechnik und bieten die Chance, diese in den kommenden Jahren zu revolutionieren«, so Dr. Michael Niedermayer, Gruppenleiter Technologieorientierte Designmethoden beim Projektpartner Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM in Berlin.

Erfolgreicher Praxistest in der Papierfabrik

Die ersten Funksensorknoten konnten bereits in einer Papierfabrik aufgebaut und erfolgreich getestet werden. Sensorik, Datenverarbeitung, Funkschnittstelle und Energieversorgung wurden in der ersten Prototypgeneration als separate Module ausgeführt. Bei der zweiten Prototypgeneration vereinten sich die Module in einem besonders kompakten und robusten Aufbau. Diese Funksensorknoten sindnun verfügbar.

Das Konzept der Funksensoren zum Condition Monitoring basiert auf einer Zustandsüberwachung von Maschinen: Die Sensoren messen und analysieren Schwingungen und Temperaturen. So können sie beispielsweise Lagerschäden um bis zu drei Monate im Voraus vorhersagen. Über einen Funksender und -empfänger werden die Sensorknoten konfiguriert und senden regelmäßig den Maschinenzustand an eine bis zu 50 Meter entfernte Basisstation.Entdecken die Sensorknoten ein Schadensmuster, funken sie die Rohdaten über die Basisstation an eine Leitstelle.

Komfortabler Einsatz der Sensoren

Fortschritte in Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik gestatten inzwischen,energieautarke Funksensoren zu moderaten Kosten herzustellen. Nebenpräziser Sensorik, leistungsfähiger Datenverarbeitung und derFunkanbindung bildet die Energieversorgung bei der Entwicklungwartungsfreier Funksensorknoten einen wichtigen Schwerpunkt im Hardware-Design. Anwender aus der Industrie setzen vorzugsweise auf Lösungen mit Energiewandlern statt auf batteriebetriebene Funktechnik. Thermogeneratoren und Vibrationswandler bieten eine gute Möglichkeit, Energie aus der Umgebung zu gewinnen. Dadurch entfällt ein etwaiger Batteriewechsel unddie Betriebssicherheitsteigt.

Auch die Installation der Funksensorik lässt sich komfortabelgestalten. Wird ein Sensorknoten an einer Maschine angebracht undaktiviert, erkennt er existierende Funknetzwerke und meldet sich an.Die Funk-Basisstationen ermöglicht es, die Sensorknoten per Funk anzupassenund ihre Software zu aktualisieren.

Je nach Anforderungen und Einsatzumgebung liegen die Materialkosten füreinen Sensorknoten zwischen zehn bis 200 Euro. Die geringeren Kosten können die Türen zu neuen Geschäftsfeldern für den Anlagenbau mit erweiterten Dienstleistungskonzepten öffnen und zum besseren Verständnis technischer Systeme beitragen.

Das Projekt »Ecomos«:

An der Entwicklung der Funksensorknoten sind die Firmen IMC-Messysteme, Elbau, Gesellschaft für Maschinendiagnose, Converteam, Baumer-Hübner, Enocean sowie das Fraunhofer IZM und die Technische Universität Berlin beteiligt. Gefördert wurde das Projekt durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Projektträger ist die VDI/VDE Innovation + Technik GmbH in Berlin.