Fraunhofer: Intelligente Schraube meldet, wenn sie locker ist

Eine Unterlegscheibe fungiert als Drucksensor und meldet, wenn eine Schraubverbindung sich löst.

Artikel veröffentlicht am 3. Mai 2022, 14:05 Uhr, Werner Pluta

Intelligente Schraube: Verfügbar für M18, M20 und M36 sollen folgen. (Bild: Fraunhofer)

Schrauben sind ein probates Mittel, um Werkstücke zu verbinden - solange sie halten. Allerdings können sich Schrauben aus verschiedenen Gründen lösen. Künftig sollen Schrauben warnen, wenn das passiert.

Das Fraunhofer Cluster of Excellence Cognitive Internet Technologies CCIT hat eine Technik entwickelt, um die Stabilität von Schraubverbindungen aus der Ferne zu überwachen. Dazu bekommt die Schraube eine Unterlegscheibe, die als Sensor fungiert.

Auf dieser Unterlegscheibe befindet sich eine piezoresistive Dünnschicht, die an drei Stellen die Vorspannkraft detektiert, die beim Anziehen der Schraube entsteht. Ändert sich diese Vorspannkraft, ändert sich auch der elektrische Widerstand in der Beschichtung.

Ein Funkmodul überträgt die Sensordaten

Diese Änderung des Widerstands wird an ein Funkmodul gemeldet. Dieses sendet diese Information an eine Basisstation, die Daten aller relevanten Schrauben an einem Objekts sammelt.

Die piezoresistive Dünnschicht, die die Bezeichnung Diaforce trägt, wurde am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Braunschweig entwickelt, das Funkprotokoll Mioty am Nürnberger Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS.

Mioty ermöglicht eine Übertragung auch über mehrere Kilometer, benötigt dabei aber nur sehr wenig Energie. So könnten beispielsweise Schraubverbindungen in einem Windpark dauerhaft überwacht werden. Das System kann unterschiedlich konfiguriert werden: So kann der Status der Schraubverbindungen in bestimmten Zeitintervallen, dauernd oder bei einer Zustandsänderung übertragen werden.

Es müssen nicht alle Schrauben einzeln überprüft werden

"Mit diesem System der Fernüberwachung ist es erstmals möglich, die Stabilität von sicherheitskritischen Infrastrukturen auch aus der Entfernung jederzeit im Auge zu behalten und dabei wirklich jede einzelne relevante Schraube zu checken. Das ist ein bedeutendes Plus an Sicherheit", sagte Projektleiter Peter Spies vom Fraunhofer IIS. "Bei der Inspektion einer Brücke oder Windkraftanlage muss auch kein Techniker alle Schrauben einzeln überprüfen und vor Ort sein, da alle Daten per Funk an die Servicestation übertragen werden."

Das System ist für handelsübliche DIN-Schrauben und verschiedene Anwendungen konzipiert. Derzeit ist es aber erst für Schrauben der Größe M18 verfügbar. Die Größen M20 und M36 sollen folgen.