Schraubverbindungen an Kränen und Baugerüsten, Hochhäusern und Brücken, in Windkraft- oder Produktionsanlagen sind hohen Belastungen ausgesetzt und müssen daher regelmäßig überprüft werden. Forschende des Fraunhofer CCIT haben eine Technologie entwickelt, mit der die Stabilität solcher Schraubverbindungen jederzeit per Fernüberwachung kontrolliert werden kann. Möglich macht das eine Kombination aus Sensorik und Funktechnik – und das auch noch energieautark. Die Technik ist für handelsübliche DIN-Schrauben konzipiert.
Für die intelligente Schraubverbindung wird eine Schraube mit einer speziellen Unterlegscheibe versehen. Diese ist mit einer vom Fraunhofer IST entwickelten piezoresistiven Dünnschicht ausgestattet. Deren druckempfindliche Sensorik registriert an drei Stellen die Vorspannkraft, die beim Anziehen der Schraube entsteht. Ändert sich die Vorspannkraft, ändert sich auch der elektrische Widerstand in der Dünnschicht. Diese Änderung wird an ein Funkmodul auf dem Schraubenkopf gemeldet, das die Daten an eine Basisstation sendet, welche die Daten aller relevanten Schrauben des jeweiligen Objekts einsammelt und dann weitergibt.
Dem Fraunhofer CCIT zufolge ist es mit dieser Technologie möglich, kleine Datenmengen bei niedrigstem Energieverbrauch über große Entfernungen zu schicken, auch von mehr als hunderttausend Sensoren über nur eine Basisstation. Die Basisstation könnte beispielsweise direkt am Rand eines Windparks stehen, aber auch einige Kilometer weit weg. Anschließend zeigt eine Software die Daten jeder einzelnen Schraube in einer grafischen Übersicht an, je nach Konfiguration und Anwendungsfall permanent, eventbasiert oder in festgelegten Zeitabständen.
Die intelligenten Schraubverbindungen lassen sich demnach an ganz unterschiedliche Anwendungen anpassen – egal ob für Flanschverbindungen in der Industrie, die Bolzen in Stahlträgern an Hochhäusern, die tragenden Teile von Brücken oder die Befestigung von Rotoren an Windkraftanlagen. Zudem arbeite das System mit dem Prinzip des Energy Harvesting, bei dem Wärme oder Licht zur Stromerzeugung genutzt werden. Der notwendige Strom könne etwa mit Solarzellen generiert werden oder mit einem Thermogenerator, der die winzigen Temperaturunterschiede zwischen dem Schraubenkopf und der Umgebung nutzt. Für die Sicherheit werde bei der Installation jede einzelne Schraube samt Sensoreinheit und Funkmodul in eine abhörsichere Inbetriebnahme-Box gelegt, die über RFID eine individuelle ID und ihr Anforderungsprofil sowie einen individuellen Verschlüsselungscode erhält; und die Funkstrecke sei bei der Datenübertragung von den Schrauben zur Basisstation verschlüsselt.