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TU Darmstadt: HCP Sense macht aus Wälzlagern smarte Antriebskomponenten

Intelligent gelagert

HCP Sense macht aus Wälzlagern smarte Antriebskomponenten

Darmstadt, 5. August 2021. Windkraftanlage, Mähdrescher, Küchen- oder Werkzeugmaschine: Sie alle brauchen ein Wälzlager. Es sorgt dafür, dass ein rotierendes System reibungslos funktioniert. Das Start-up HCP Sense macht die Lager fit für die digitale Fertigung. Ausgegründet aus der TU Darmstadt und begleitet vom Innovations- und Gründungszentrum HIGHEST erprobt das Team gerade gemeinsam mit potenziellen Kunden aus der Industrie Prototypen, die in der Serienfertigung zum Einsatz kommen sollen.

Das Prinzip der Wälzlager kannten schon die Kelten und alten Römer. Zwischen zwei Ringen werden bewegliche „Wälzkörper“ – in der Regel Kugeln oder Zylinder – angebracht. Der innere Ring sorgt dafür, dass zum Beispiel ein Rad an der richtigen Stelle der Achse fixiert ist. Der äußere Ring setzt das Rad in Bewegung, die Wälzkörper drehen sich im Inneren mit und fungieren dabei als Puffer zwischen den beiden Oberflächen. So werden Reibungen verhindert und Wirkungsverluste und Abnutzungen, die damit einhergehen, minimiert. „Alles, was sich dreht, muss richtig gelagert werden“, bringt es Tobias Schirra, Mitgründer von HCP Sense auf den Punkt. Entsprechend breit gefächert sind die Anwendungsgebiete für die intelligenten Lager, die Schirra und seine Mitgründenden Georg Martin, Ansgar Thilmann und Sarah Wicker auf den Markt bringen wollen.

Lager sind wie menschliche Gelenke erheblichen Belastungen ausgesetzt. Alle Kräfte, die in einer Maschine wirken, haben Auswirkungen auf dieses Bauteil. Wenn zum Beispiel eine Küchenmaschine Teig knetet, wirken stärkere Kräfte auf das Lager ein als beim Rühren einer Sauce. Die Technologie, die zur Gründung von HCP Sense geführt hat, setzt an diesen Kräften an. „Mit unseren qualitativ hochwertigen Daten wissen wir alles, was im Lager ankommt“, sagt Schirra. Direkt an der Quelle im laufenden Prozess gemessen und mit Hilfe von Algorithmen in Informationen umgewandelt ermöglichen diese Daten nicht nur Rückschlüsse auf den Zustand von Lager und Schmierstoff, sondern auch auf den gesamten Prozess. Dies bietet neue Potenziale für die vorausschauende Wartung, Überwachung und Optimierung von Getrieben und Antrieben.

Um die Kräfte am Lager kontinuierlich messen zu können, kommen wie bei anderen Bauteilen, die digital gemanagt werden auch, Sensoren in Frage. Das Problem: Der Einbau einer entsprechenden Sensorik im Lager ist nicht nur aufwändig, sondern vergrößert auch den Bauraum. Integrierte Sensoren kommen daher nur bei wenigen Spezialanwendungen zum Einsatz: „Die allermeisten Unternehmen haben daran kein Interesse, da der Aufwand den Mehrwert übersteigt“, erläutert Thilmann, der im Gründungsteam zuständig ist für organisatorische und kaufmännische Fragen. Das patentierte neue Messverfahren, das die beiden Maschinenbauingenieure Schirra und Martin am Fachgebiet Produktentwicklung und Maschinenelemente (PMD) der TU Darmstadt entwickelt haben, soll das jetzt ändern.

„Mit unserem Sensorlager machen wir uns die elektrischen Eigenschaften des Wälzlagers selbst zunutze“, erläutert Elektrotechnikingenieurin Wicker. Das neue Sensorsystem misst den Wechselstromwiderstand, der im Wälzlager durch das Zusammenwirken von Schmiermittel und Wälzkörper entsteht und sich lastabhängig verändert. Eine Software wertet diese Messdaten aus, gleicht sie mit den Betriebsbedingungen des Lagers, zum Beispiel der Temperatur, Last, Geometrie oder Drehzahl, ab und dokumentiert die Ergebnisse der Messungen für die Betreiber der jeweiligen Maschine.

Das Sensorlager aus dem Hause HCP Sense braucht keinen zusätzlichen Bauraum oder komplizierte Strukturveränderungen. Es taugt für neue Maschinen ebenso wie für die Nachrüstung bestehender Anlagen. Auf der Basis der Lastdaten, die es liefert, können Unternehmen ihre Wartungsplanung verbessern, durch den Ausfall von Wälzlagern verursachte Maschinenstillstände verringern, den Fertigungsprozess optimieren und wirtschaftlicher gestalten oder perspektivisch auch neue digitale Geschäftsmodelle entwickeln – eine Produkt- und Geschäftsidee, die nicht nur die Beraterinnen und Berater von HIGHEST überzeugt, sondern auch die Industrie. Inzwischen ist ein Prototyp entstanden, den das Start-up unter anderem auf der Hannover Messe 2021 präsentiert hat.

Obwohl sie noch mitten im Gründungsprozess steht, fährt die zukünftige HCP Sense GmbH bereits zwei Entwicklungsprojekte mit Partnern, die den Prototypen in einer realen Produktionsumgebung erproben wollen. Derzeit finanziert das Gründungsteam sich selbst und sein Start-up aus den Mitteln des EXIST-Forschungstransfers. Wenn diese Förderung im September 2022 ausgelaufen ist, wollen die vier einiges erreicht haben. Auf der Agenda stehen die Suche nach weiteren Pilotierungspartnern und nach Investoren, die sich von der Geschäftsidee begeistern lassen, der Einstieg in die Serienfertigung und nicht zuletzt „möglichst hohe Umsätze zu erzielen“. Bereut haben die Ingenieurin und die Ingenieure, die ursprünglich in der Grundlagenforschung gestartet sind, den Einstieg ins Geschäftsleben jedenfalls nicht. „Am Anfang steht man vor einem riesigen Berg“, sagt Ansgar Thilmann. „Aber dann baut man ihn Schritt für Schritt ab.“ Denen, die nach ihnen gründen wollen, empfiehlt er: „Einfach Vollgas geben und machen.“

So hilft das TU-Gründungszentrum HIGHEST dieser Gründung:

2017: Unterstützung bei der Erfindungsmeldung und Patentanmeldung

Seit 2017: Betreuung im Rahmen regelmäßiger Feedback-Runden und Vermittlung von Coaches aus dem HIGHEST-Netzwerk

2018: Internationalisierung des Patents

2019: Förderung durch den Pioneer Fund der TU Darmstadt als ACTIVATOR-Projekt

03/2021 bis 08/2022: EXIST Forschungstransfer

Über die TU Darmstadt

Die TU Darmstadt zählt zu den führenden Technischen Universitäten in Deutschland und steht für exzellente und relevante Wissenschaft. Globale Transformationen – von der Energiewende über Industrie 4.0 bis zur Künstlichen Intelligenz – gestaltet die TU Darmstadt durch herausragende Erkenntnisse und zukunftsweisende Studienangebote entscheidend mit. Ihre Spitzenforschung bündelt die TU Darmstadt in drei Feldern: Energy and Environment, Information and Intelligence, Matter and Materials. Ihre problemzentrierte Interdisziplinarität und der produktive Austausch mit Gesellschaft, Wirtschaft und Politik erzeugen Fortschritte für eine weltweit nachhaltige Entwicklung. Seit ihrer Gründung 1877 zählt die TU Darmstadt zu den am stärksten international geprägten Universitäten in Deutschland; als Europäische Technische Universität baut sie in der Allianz Unite! einen transeuropäischen Campus auf. Mit ihren Partnern der Rhein-Main-Universitäten – der Goethe-Universität Frankfurt und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz – entwickelt sie die Metropolregion Frankfurt-Rhein-Main als global attraktiven Wissenschaftsraum weiter.

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