Intelligent und nachhaltig

Die intelligente Schraubverbindung Q-Bo® ermöglicht drahtlose, energieeffiziente und zuverlässige IoT-Sensorik für »Condition Monitoring 4.0«

Schraubverbindungen sind elementar für die Konstruktion von Bauwerken, Maschinen und Fahrzeugen. Sie sichern Brücken und Gebäude, halten Flanschverbindungen dicht und sorgen dafür, dass Räder und Rotoren fest sitzen. Aber ihre Inspektion in Wartungsroutinen ist aufwendig und kostenintensiv.

Schrauben so intelligent zu machen, dass sie Probleme rechtzeitig vor dem Schadensfall melden, war das Ziel eines Forschungsprojekts zur intelligenten Schraubverbindung Q-Bo® des institutsübergreifenden Forscherteams im Fraunhofer Cluster of Excellence for Cognitive Internet Technologies CCIT, bestehend aus dem Fraunhofer IIS sowie den Fraunhofer-Instituten für Schicht- und Oberflächentechnik IST, für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF und für Angewandte und Integrierte Sicherheit AISEC.

Die intelligente Schraubverbindung Q-Bo® sichert Bauwerke und Windkraftanlagen

Intelligent und sensitiv

Über eine piezoresistive, druckempfindliche Dünnschicht auf einer Beilagscheibe wird an drei Stellen die Vorspannung einer Schraubverbindung gemessen. Durch die drei Messstellen ist sichergestellt, dass sogar ein Verkippen der Schraubverbindung erkannt wird. Der Messwert wird dann über einen Funksender weitergegeben. Eine zusätzliche Temperaturerfassung auf der Beilagscheibe berücksichtigt und korrigiert Temperatureinflüsse auf die Messung.

Energieautark, robust und zuverlässig

Damit viele dieser intelligenten Q-Bo® energieeffizient bzw. -autark arbeiten können, integrierten die Expertinnen und Experten des Fraunhofer IIS in ihren Funksender Energy-
Harvesting-Technologien. Ein thermoelektrischer Energiewandler erzeugt ausreichend Strom bei nur geringen Temperaturunterschieden für den Betrieb des Funksensors. Auch kleine Solarzellen können genutzt werden, um den Energiebedarf des Funksensors komplett zu decken. So entfällt das Auswechseln oder Nachladen von Batterien. Mit der ebenfalls am Fraunhofer IIS entwickelten LPWAN-Technologie mioty® lassen sich durch das robuste Telegram-Splitting-Verfahren zuverlässig Daten über mehrere Kilometer senden. So kann eine Basisstation mehr als 3,5 Millionen Datenpakete pro Tag empfangen und weiterleiten. Das mioty®-Protokoll ist so störsicher, dass selbst bei Verlust von 50 Prozent der übertragenen Datenpakete alle relevanten Informationen sicher ihr Ziel erreichen. Dank kryptographischer Verschlüsselung ist die Datenübertragung jeder Schraube manipulationssicher.

Q-Bo® ist bereits bei mehreren Unternehmen in der Evaluierungsphase.