Virtueel laboratorium optimaliseert smeermiddelsamenstelling

Mechanische lagers en tandwielen worden doorgaans voorzien van smeermiddelen om wrijving en slijtage te verminderen. Op deze componenten kunnen echter elektrische spanningen staan ​​die de functionaliteit van de smeermiddelen zodanig aantasten dat er schade ontstaat aan onderdelen zoals lagers, tandwielen en afdichtingen. Vooral in de elektromobiliteit of bij windturbines ontstaan door elektrische spanningen kritische situaties.

Daar worden grote hoeveelheden smeermiddel gebruikt om de lagers van de rotors te smeren om zo de wrijving en dus de slijtage te verminderen. Het smeermiddel kan na verloop van tijd verslechteren, wat in het ergste geval kan leiden tot een totale systeemstoring. De afbraak wordt onder meer veroorzaakt door de in de smeermiddelen gebruikte additieven, die worden beïnvloed door de elektrische velden. Kortstondige of permanente scheiding van deze additieven kan leiden tot beschadiging van componenten. Het probleem komt steeds meer in beeld als het gaat om de energietransitie.

Tot nu toe zijn de smeermiddelen die in offshore windturbines worden gebruikt alleen gecontroleerd tijdens regulier onderhoud. In het gezamenlijke project ‘Lube.Life’ werd een sensorsysteem ontwikkeld dat bestaat uit infrarood-, vocht-, akoestische en wrijvingssensoren en de juiste evaluatie-elektronica voor real-time monitoring van dergelijke smeermiddelen. Sensorgegevens, voorspellende online algoritmen en gesimuleerde analysegegevens worden gecombineerd en gebruikt om een ​​algemene beoordeling van het smeermiddel te geven.

Verleng de levensduur van smeermiddelen

De sensorsignalen worden verzameld in software van projectcoördinator QASS en geanalyseerd in het ‘virtuele smeermiddellaboratorium’, het hart van de software. Deze innovatie maakt de evaluatie van bestaande smeermiddelen op hun elektrotribologische geschiktheid mogelijk, evenals de kwalificatie van additieven in de smeermiddelen, maar ook de voorlopige evaluatie bij het ontwerpen van een smeermiddel. Het doel is onder meer om het smeermiddel te stabiliseren om de gebruiksfase te verlengen.

“Het virtuele smeermiddellaboratorium ondersteunt op vele manieren. De samenstelling van de additieven in een smeermiddel kan worden gewijzigd, bijvoorbeeld als deze niet meer verkrijgbaar zijn of om milieuredenen wettelijk verboden zijn, of als een additief druppeltjes vormt en de diëlektrische eigenschappen van het smeermiddel zodanig verandert dat het niet langer naar behoren functioneert”, legt prof. dr. Michael Moseler van Fraunhofer IWM uit. “Onze projectpartner ASC-Görlach had dit eerder in kaart gebracht met behulp van een heuristisch rekenmodel. Met behulp van moleculaire dynamica konden we aantonen dat druppelvorming wordt veroorzaakt door verminderde oplossingsenergie als gevolg van sterke elektrische velden. De druppels kunnen de werking van het smeermiddel aanzienlijk verminderen.”

De onderzoekers van Fraunhofer IWM kunnen ook tal van andere parameters van het smeermiddel fysiek berekenen, zoals de viscositeit, thermische geleidbaarheid en de chemische reactiviteit met oppervlakken. Hierdoor kan worden bepaald welke effecten de toevoeging van een bepaalde hoeveelheid van een additief heeft op het smeermiddel. “Het sensorsysteem moet in real-time conclusies trekken over de samenstelling van het smeermiddel. In interactie met het virtuele smeermiddellaboratorium kunnen verschillende maatregelen worden genomen, variërend van een eenvoudige melding van het activeren van een onderhoudsopdracht tot het geautomatiseerd opnieuw doseren van additieven”, legt de onderzoeker het samenspel van de componenten uit.

De toekomstige toepassingsgebieden zijn divers: naast het monitoren van windturbines kunnen industriële en productiefaciliteiten en energiecentrales worden voorzien van een real-time gedecentraliseerd analyse- en voorspellingssysteem voor smeermiddelen. In plaats van rigide onderhoudsperioden kunnen operators het onderhoud flexibeler maken en aanpassen aan de omstandigheden. Maar het virtuele smeermiddelenlaboratorium zal ook zijn sterke punten demonstreren bij het ontwerpen van smeermiddelen en belangrijke informatie verschaffen voor nieuwe formuleringen.