Schraubverbindungen spielen eine übergeordnete Rolle zur Sicherung der Funktionsfähigkeit und unterliegen oft großen Belastungen. Bisher sind Sichtprüfungen oder der turnusmäßige Austausch der Bauteile an der Tagesordnung. Umso notwendiger ist es, ein optimales Monitoring bereits in der Planungsphase zu betrachten, damit der Inspektionsaufwand und – umfang minimiert werden kann. Vor allem bei der Überwachung von Befestigungssystemen in der Windkraftindustrie, Bahnanlagen, Luftfahrzeugen oder Pipelines sind solche Konzepte gefragt.
Eine Schraube verbindet mindestens zwei Bauteile kraftschlüssig. Die Haltbarkeit und Festigkeit werden durch Umwelteinflüsse und voneinander abhängigen Kräften wie Vorspannkraft und Betriebskraft, beeinflusst. Auf Basis einer MEMS-Technologieplattform wurde ein Sensormodul entwickelt, das die Vorspannkraft und die Betriebskraft sowie ihre zeitliche Änderung bestimmt. Der Sensor besteht aus miniaturisierten Dehnmessstreifen. Diese werden über einen Montageträger als Wheatstone’sche Messbrücke angeordnet und auf einen Schraubenkopf montiert. Die Elektroniken für die Energieversorgung, Messwertaufnahme und -verarbeitung, sowie die Schnittstellen zur Ausgabe des Messsignals sind über das Sensormodul angekoppelt. Ein optimales Packaging garantiert eine hermetisch dichte Verkapselung. Universelle Schnittstellen gewährleisten, dass die Messsignalverarbeitung bzw. -ausgabe in das Messsystem des Anwenders integrierbar ist.
Damit kann der Nutzer den Messzyklus in Abhängigkeit der Rahmenbedingungen vor Ort, wie Energieautarkheit, Erreichbarkeit durch Fachpersonal flexibel gestalten, wodurch größere Wartungsintervalle sowie die Möglichkeit der Ferndiagnose erzielt werden können.
Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Projekt Bestimmung der Betriebskraft von Verbindungselementen (BAVI) wurden gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi).
FKZ: 49MF180163
