Intelligente Schrauben funken ihren Status

Schrauben, die ihre Stabilität per Funk melden, machen manche Inspektion eines Bauwerks entbehrlich. Das betrifft etwa Brücken, Kräne oder Windkraftanlagen.

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(Bild: Shutterstock)

Von
  • Arne Grävemeyer

Die intelligente Schraube des Fraunhofer Cluster of Excellence Cognitive Internet Technologies (CCIT) soll künftig sicherheitskritische Strukturen absichern und warnen, sobald sie sich lockert. Dazu kombinieren die Forscher Sensorik und Funktechnik auf kleinem Raum und statten ihre Systeme möglichst energieautark aus.

Intelligente Schrauben an Großanlagen und Bauwerken können jederzeit per Funk Auskunft über ihre Vorspannkraft geben. Ein Stabilitätsverlust fällt damit unmittelbar auf.

(Bild: Fraunhofer)

Es geht um eine Schraube und deren Unterlegscheibe, die mit einer piezoresistiven Dünnschicht ummantelt ist. Diese am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) entwickelte "DiaForce"-Schicht registriert die Vorspannkraft zwischen Schraube und Unterlegscheibe. Ändert sich der Druck, wenn sich zum Beispiel die Schraube löst oder bricht, dann ändert sich auch der elektrische Widerstand in der Dünnschicht.

Das integrierte Funkmodul der Schraube überträgt seine Messdaten an eine Basisstation, die die Meldungen aller Schrauben eines Objekts sammelt und weiterleitet. Das Funkprotokoll namens mioty ist am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) entwickelt worden und beruht auf LPWAN-Technik (Low Power Wide Area Network). Damit sollen bis zu 100.000 Schrauben ihre Daten selbst über ein paar Kilometer Entfernung an eine Basisstation absetzen können.

Mit der neuen Technik können Inspektionen aller Schraub-, Flansch- oder Bolzenverbindungen entfallen und zusätzlich entstehen kontinuierliche Festigkeitsdaten, auch zwischen Inspektionsterminen. Damit zwischenzeitliche Batteriewechsel den Nutzen nicht schmälern, sehen die Forscher unterschiedliche Formen des Energy Harvesting vor. So haben sie intelligente Schrauben mit Solarzellen und auch mit Thermogeneratoren entwickelt. Letztere gewinnen Strom aus Temperaturschwankungen am Schraubenkopf.

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