센서 장착 베어링

디지털화로 진입하는 것은 의외로 간단할 수 있다. 표준 구름 베어링과 센서 클러스터의 조합이 콤팩트한 유닛으로 기계 및 프로세스 모니터링을 위한 다수의 센서 신호를 제공하고, 표준화된 장착 공구 내에서 어플리케이션에 맞춘 다양한 측정 변수의 조합이 가능하다.

Dr. 안드레아스 쉬플러(Andreas Schiffler): Schaeffler Technologies AG & Co. KG 시스템 엔지니어링 매니저

베어링에 존재하는 부하와 변위를 측정하면 기계와 프로세스를 효과적인 방식으로 제어할 수 있다.  데이터를 기록하기에 베어링의 위치가 이상적이기 때문이다. 측정이 정확하고 측정 변수의 개수가 많을수록 디지털 방식의 묘사는 더욱 섬세하다. 이런 배경 하에서 Schaeffler는 2017년 하노버메쎄에서 다양한 구성이 가능한 FAG-Variosense 베어링을 소개하였다. 이 베어링은 어플리케이션에서 요구되는 측정 변수에 맞춰 센서를 선택 할 수 있다.

Schaeffler의 메카트로닉스 개발자들은 이러한 과제를 해결하기 위해 다수의 센서를 폭이 7mm에 불과한 센서 하우징에 통합하였다. 통합된 센서 클러스터의 크기는 래디얼 샤프트 실링 링 정도로 작다. 이 센서 하우징은 간단하게 취급할 수 있도록 외륜과 연결되고, 회전부는 베어링의 내륜과 고정 연결되어, 매우 콤팩트한 유닛이다.

Variosense 구름 베어링의 구현하는 실례는 다양하다.

센서 요소는 사용자가 선택하여 조합할 수 있다

센서 클러스터의 중요 특성은 고객의 각 어플리케이션에 맞추어 측정 변수에 해당하는 센서를 선택하고 조합할 수 있다는 것이다. 센서 클러스터에는 총 네 개의 센서를 통합할 수 있으며, 이 센서들은 다음 측정 변수를 갖는다.

■ 온도 -40 ~ 125 °C,

■ 회전 방향 감지를 포함한 최대 17.000 min-1 의 회전속도,

■ 회전수 또는 회전 당 56 ~ 96 펄스의 위치 (크기에 따라 다름)

■ 장기적인 경향 확인을 위한 유효 진동폭

■ 해상도 1 μm의 반경 방향 샤프트 변위.

Variosense 베어링의 개별 구성품

베어링에서 반경 방향 샤프트 변위를 측정하여 센서 베어링의 반경 방향 베어링 힘을 정할 수 있다. 해당 파워 트레인의 Bearinx를 이용한 알고리즘이 셰플러 클라우드에 저장되어 있다면, 클라우드의 데이터에서 기어링과 같은 기계 요소와 나머지 베어링에서 힘과 변위 그리고 토크도 간접적으로 확인할 수 있다. 기계와 시스템의 가장 중요한 프로세스 매개변수를 알 수 있다면 추가 이익을 실현할 수 있다. 과부하를 쉽게 파악하고 토크를 제한하거나, 경우에 따라서는 구동 차단을 할 수 있다. 종합적으로 Variosense 베어링의 센서 파트는 구동 제어와 조정, 구름 베어링이나 기어링과 같은 기계 요소의 잔여 수명 계산, 프로세스 모니터링에 이용할 수 있다. 또한 이 센서 클러스터의 기본적인 컨셉트에 추가하여 향후 어플리케이션을 위해 동일한 장착 공간에 추가적인 측정 변수를 장착할 수 있는 옵션을 제공 할 것이다. Variosense 베어링은 첫 번째 단계로 볼 베어링 6205부터 6210까지의 형번으로 출시된다. 납품되는 패키지에는 전압 공급, 신호 처리 및 네트워킹을 위한 인터페이스 박스도 포함된다. 이 센서 베어링은 12 ~ 30V 전압으로 구동될 수 있다.

표준화된 장착 사이즈로 보편적인 어플리케이션 범위를 충족

고객들의 문의사항을 살펴보면 구성 가능한 센서 베어링의 폭넓은 응용 스펙트럼을 알 수 있다. 백색 가전, 펌프, 전동 모터에서 건설 기계의 드라이브, 전기차, 굴삭기, 컨베이어 기술에 이르기까지 센서 베어링이 사용되는 분야는 그 폭이 매우 넓다. 이와 관련하여 기계를 전체 생산 플랜트와 완벽하게 네트워킹 하거나 상위 컨트롤 레벨과 네트워킹을 유추할 수 있다. 많은 제조사들은 국소적으로 구동되는 기계에서 과부하이거나 온도가 너무 높을 경우, 측정 변수로 위치 제어나 셧다운과 같은 국소적으로 제어 회로를 닫는 것이 이점과 경쟁력이 있다고 보고 있다.

셰플러는 굴삭기나 전동 스쿠터와 같은 운송 분야의 전기 모터와 관련된 프로젝트를 진행하고 있다. 이러한 응용 분야에서는 외부의 영향으로부터 보호할 수 있는 견고한 센서가 필요하다. 여기에서 회전속도 감지는 일차적으로 로컬 제어 루프를 닫는 데에 사용된다. 모터/기어 커플링에 대해서는 하중 감지를 위한 프로젝트가 진행 중이다. 하중은 모터 전류보다 베어링 내 측정 지점을 통해 파악될 수 있으며, 구동부의 탄성과는 상관이 없다. 이 같은 응용 사례에서 부하 데이터 분류와 클라우드 기반 서비스 연결하여 잔여 수명을 계산할 수 있고 출력할 수 있다.