Fraunhofer-Gesellschaft 
Intelligente Schraubverbindungen - Drahtloses und energieautarkes Monitoring
Schraubverbindungen sind oft an kritischen, sicherheitsrelevanten Stellen wie Brücken, Windkraftanlagen, Fahrzeugen oder Maschinen eingesetzt, wo sie dauerhaft hohen Belastungen ausgesetzt sind. Um die Sicherheit dieser Verbindungen zu gewährleisten, benötigen sie eine permanente Überwachung der Vorspannkraft.
Die »Intelligente Schraubverbindung« misst präzise und übermittelt drahtlos
Mit der »Intelligenten Schraubverbindung« wird eine drahtlose, energieautarke Überwachung der Vorspannkraft mit Hilfe eines nachrüstbaren Sensorsystems für DIN-Schrauben möglich: Anhand eines am Fraunhofer IST entwickelten piezoresistiven Dünnschichtsystems, das auf der Oberfläche von Unterlegscheiben aufgebaut wird, kann regelmäßig die Anzugskraft sowie die Temperatur der Schraubverbindung am Montageort ermittelt werden. Das Dünnschichtsystem basiert auf der piezoresistiven DiaForce®-Schicht sowie der elektrisch isolierenden und verschleißfesten SiCON®-Schicht. Diese werden in PACVD-Verfahren abgeschieden. Dazwischen werden Sensorstrukturen aus Chrom mittels Mikrostrukturierung gefertigt. Die Gesamtdicke des Systems beträgt ca. 10 µm.
Für die Übertragung der Daten wird die vom Fraunhofer IIS entwickelte standardisierte mioty®-Funktechnologie eingesetzt, die sich durch hohe Energieeffizienz und Robustheit über weite Strecken auszeichnet.
Die Energieversorgung für Sensorik und Funksystem wird durch Energieumwandlung aus der unmittelbaren Umgebung (Energy Harvesting) gewährleistet. In der »Intelligenten Schraubverbindung« befindet sich ein Thermogenerator, der kleinste Temperaturgradienten am Schraubenkopf in elektrische Energie umwandelt und so den Sensor energieautark betreibt. Alternativ können Sensor und Funk auch durch eine Solarzelle oder eine kleine Batterie betrieben werden.
Die »Intelligente Schraubverbindung« ermöglicht eine präzise Messung der Vorspannung während der Montage und des Betriebs. Abweichungen können so per Fernwartung sofort erkannt und Ausfall- bzw. Instandhaltungszeiten vermieden werden – eine lückenlose Kontrolle kritischer Schraubverbindungen.
Förderhinweis
Diese Lösung wird im Rahmen des Fraunhofer-Forschungszentrums IoT-COMMs in Zusammenarbeit der Fraunhofer-Institute IIS, IST, LBF und AISEC entwickelt. Das FIoT-COMMs ist ein Teil der Clusterinitiative CCIT (Cluster of Excellence Cognitive Internet Technologies) der Fraunhofer-Gesellschaft.