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Sensorik Schraube mit integriertem Sensor

Redakteur: Brigitte Michel

Wie misst man präzise die Kräfte, die im Inneren einer Maschine, zwischen zwei Bauteilen oder auch auf das Segel eines Sportbootes wirken, ohne dafür Löcher zu bohren oder Messfühler aufzukleben? Forscher der TU Universität Darmstadt entwickeln dafür eine Schraube mit integriertem Sensor.

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Mit der Sensorschraube messen die Wissenschaftler, welche Kräfte genau in Maschinen wirken (v.l.n.r. Jörg Stahlmann, Manuel Ludwig und Matthias Brenneis).
Mit der Sensorschraube messen die Wissenschaftler, welche Kräfte genau in Maschinen wirken (v.l.n.r. Jörg Stahlmann, Manuel Ludwig und Matthias Brenneis).
(Bild: TU-Darmstadt)

Der Ursprung der Sensorschraube liegt im Sonderforschungsbereich 805 „Beherrschung von Unsicherheit in lasttragenden Systemen des Maschinenbaus“ der TU Darmstadt. Wer Unsicherheiten erforscht und letztlich auch ausräumen möchte, braucht präzise Messwerte, die von Sensoren geliefert werden.

Festgeklebte Sensoren lösen sich leicht wieder

„Es gab bislang keine wirklich überzeugenden Methoden, um Sensoren anzubringen“, erklärt Matthias Brenneis, der die Schraube, aufbauend auf einem Vorgängerprojekt am Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen, erfand und entwickelte. „Klebeverbindungen lösen sich leicht wieder, insbesondere in einer ,echten‘, rauen Produktionsumgebung.“ Zudem lieferten außen angebrachte Sensoren eben Messwerte „von außen“, die jedoch von den tatsächlich im Inneren einer Maschine oder eines Bauteils wirkenden Kräften abweichen könnten.

Umformtechnik fügt Sensor und Schraube zusammen

„Warum also nicht Sensor und ein so elementares Bauteil wie eine Schraube durch Umformtechnik zusammenfügen?“ fragte sich Matthias Brenneis. Die Vorteile liegen auf der Hand: Schrauben sind praktisch überall vorhanden und könnten in ganzen Produktionsketten durch ihre „fühlenden“ Pendants ersetzt werden. Die Bedienung ist denkbar einfach und das kleine „Messgerät“ kaum fehleranfällig. Der Sensor sitzt genau dort, wo die Kräfte wirken und arbeitet daher sehr präzise, so dass auch effizienter konstruiert und dimensioniert werden kann.

Die Sensorschraube kann punktuell, aber auch kontinuierlich Messdaten liefern. Damit sind unter anderem präzise Qualitätskontrollen möglich. Läuft etwa in eine Walzstraße ein Werkstück durch, das verformt ist oder dessen Dicke schwankt, würden die Sensorschrauben, die die Walzen halten, dies sofort registrieren. Bisher fallen qualitätsmindernde Abweichungen oft erst nach dem ganzen Fertigungsprozess in der Endkontrolle auf – teurer Ausschuss ist die Folge.

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