09.06.2021

Am 15.06 und 16.06.2020 beleuchten hochkarätige Referenten aktuelle Fragen der Prozessindustrie auf der virtuelle Veranstaltung ACHEMA Pulse. In der Session "Safety First! Pt.1" präsentiert Dr. Klaus Ettrich um 14:20 Uhr das Thema „Innovative Sensoren zur Überwachung mechanischer Verbindungen“.

Am CiS-Forschungsinstitut werden neuartige siliziumbasierte MEMS-Sensoren zur Überprüfung von sicherheitsrelevanten Schraubverbindungen entwickelt. Bisher wurde die Dehnung der Schraube, beispielsweise durch eine Längenmessung der Schraube, ein Ultraschallverfahren, durch an der Schraubenwelle oder in der Schraube angebrachte Dehnungsmessstreifen (DMS) gemessen.

Der entwickelte MEMS-Sensor besteht aus vier piezoresistiven dehnungsempfindlichen Messwiderständen, die zu einer Wheatstone-Brücke verbunden sind. Selbiger wird auf den Schraubenkopf platziert und misst dessen Verformung, wenn eine entsprechende Schraubenvorspannkraft aufgebracht wird. Dies bewirkt eine elastische Verformung in allen Teilen der Schraube. Die Messung am Schraubenkopf ist leicht zugänglich.

Erläutert werden die Vorteile von Silizium als Bulk-Material in Bezug auf Signalmodulation, Reproduzierbarkeit und Langzeitstabilität. Innovative Fügetechniken können die Silizium-Dehnungsmessstreifen mit dem elastischen Verformungskörper verbunden. Dazu zählen hier das Glas-Frit-Bonding, das Silbersintern oder das Fügen auf Basis reaktiver Mehrschichtsysteme.

Ebenso werden Anwendungsbeispiele für den industriellen Einsatz dieser Mikrosensoren vorgestellt und experimentelle Daten erläutert. Untersuchungen am IAB in Weimar zeigen die Auswirkungen von Anzugsdrehmoment und Innendruck von Verschraubungen. Die neuen Messsensoren zur Schraubenbelastungsprüfung erfassen die Vorspannung von Schrauben und können dazu beitragen, die Sicherheit im Anlagenbau kontinuierlich zu verbessern.

Wir danken dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) für die finanzielle Unterstützung der Projekte: BAVI (49MF180012) und MIKADO (49MF180163)