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Sensoren in Maschinenbauteile integrieren

Maschinenkomponenten mit integrierter Sensorik ermöglichen die optimierte Überwachung von Produktionssystemen. Die Technologie des KIT erhöht so die Aussagefähigkeit der Messdaten.

Relevante Daten dort erheben, wo sie entstehen: Ein mit Sensorik ausgestattetes Zahnrad erlaubt die präzise Zustandsüberwachung mit erhöhter Qualität der Messergebnisse und damit für größere Zuverlässigkeit der ganzen Maschine. (Bild: Institut für Produktentwicklung / KIT)

Bei einer zuverlässigen Produktion greift sprichwörtlich ein Zahnrad ins andere. Sind deren Zähne oder die Wälzkörper eines Lagers abgenutzt, leidet die Produktivität. Dass Maschinen im Sinne von Industrie 4.0 Kennzahlen zu ihrem Zustand erheben, ist nicht neu, wohl aber die Integration von Sensorik direkt in Maschinenbauteile. Sensorintegrierende Maschinenelemente (SiME) sind ein integraler Baustein für eine flächendeckende Digitalisierung.

Stand der Technik

Gängige Methoden, um Maschinenkomponenten gezielt zu überwachen, sind z.B. Wärmebildkameras für die Temperaturmessung, intelligente Kamerasysteme, die den Zustand bildbasiert überwachen oder Partikelauswertung im Schmierstoff. Darüber hinaus gibt es indirekte Methoden, wie z.B. die Überwachung der Vibrationen mit Sensoren am Gehäuse. All diese externen Methoden haben den Nachteil, dass sie durch die Distanz besondere Aufbauten benötigen oder die Ergebnisse weniger aussagekräftig sind, weil sie von äußeren Faktoren beeinflusst werden.

Technologie

Forschende am Institut für Produktentwicklung (IPEK) des KIT integrieren die Sensorik direkt in Bauteile wie Zahnräder, Schrauben oder Lager. Dabei werden die Sensoren möglichst nah an den Orten platziert, an denen die Daten entstehen (in-situ). Die Daten werden anschließend entweder im Sensor selbst voranalysiert oder via gängiger Übertragungsprotokolle wie Bluetooth oder NFC in die bestehende IT-Infrastruktur zur Analyse übergeben. Ziel ist dabei, möglichst exakte Sensordaten prozessnah zu erheben, ohne zu große Abstriche bei der Funktion in Kauf zu nehmen. Es lassen sich auch Daten erheben, die aus der Ferne nicht messbar sind, wie etwa Verformung, die Rückschlüsse auf die Krafteinwirkung am Bauteil erlaubt. Die Prototypen erfassen bereits Kräfte, Beschleunigungen oder Temperaturen. Wichtig ist die Kenntnis über die Funktion des Bauteils, um die relevanten Messgrößen zu ermitteln und die Sensorik umzusetzen.

Vorteile

Vorteile der direkten Integration sind Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Ergebnisse im laufenden Betrieb durch die Nähe zum Bauteil und dadurch eliminierte Störfaktoren. Weiterhin verringern sich die Hürden der Sensorintegration, da Maschinen mit smarten Bauteilen nachgerüstet werden können.

Optionen für Unternehmen

Das KIT sucht sowohl Partner aus der Industrie für Pilotprojekte, als auch Unternehmen, die zusammen mit den Forschenden neue, industrienahe Anwendungsfälle erarbeiten, um die Technologie weiterzuentwickeln. Dies eröffnet Potenziale, bisher unbekannte Gegebenheiten in Systemen zu erfassen.

Ihr Ansprechpartner für dieses Angebot

Birgit Schulze
Innovationsmanagerin Mobilität und Information
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Innovations- und Relationsmanagement (IRM)
Telefon: +49 721 608-28460
E-Mail: birgit.schulze@kit.edu
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