Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
Elastomerbauteile mit integrierten DELTA-C®- Sensoren
Aktuelle Herausforderungen
Nutzung von multiphysikalischen Sensordaten
Die digitale Transformation, Industrie 4.0 und Smart Services stellen die Industrie vor große Herausforderungen. Mit Methoden des maschinellen Lernens und der künstlichen Intelligenz ergeben sich neue Möglichkeiten der Wertschöpfung über datengetriebene Geschäftsmodelle. Allen Anwendungen und Geschäftsmodellen gemein ist die Nutzung von multiphysikalischen Sensordaten. Sensoren werden im Rahmen des Internet of Things (IoT) zu Netzwerken verschaltet, die zu einer weiteren Steigerung der Komplexität industrieller Anlagen beitragen. Um mit wenig Zusatzaufwand an relevante Daten zu gelangen, werden zunehmend sensorintegrierte Maschinenelemente entwickelt, beispielsweise Verbindungselemente (z. B. Schrauben) oder Lager (z. B. Wälz- und Gleitlager), denen eine Messfunktionalität innewohnt.
DELTA-C®-Technologie: kostengünstige Integration von Kraftsensoren
Die am Fraunhofer LBF entwickelte kapazitive DELTA-C®-Technologie erlaubt eine kostengünstige Integration von Kraftsensoren in übliche Elastomerkomponenten wie Elastomerlager, -kupplungen oder -dichtungen. Hierdurch können Lasten direkt im Kraftpfad gemessen werden. Messungen bspw. für Monitoringaufgaben können somit in bereits ohnehin benötigte Komponenten integriert werden, sodass zusätzliche Sensorkomponenten entfallen. Elastomerkomponenten können so direkt als Datenquelle fungieren und wertvolle Daten über Betriebszustände und notwendige Wartungsintervalle liefern.
Abbildung 1
Abbildung 2
Abbildung 3
Lastdatenerfassung in Elastomerlagern
Das Potential der DELTA-C®-Technologie zur Integration in Elastomerbauteile konnte in verschiedenen Funktionsdemonstratoren eindrucksvoll gezeigt werden. In Abbildung 1 ist ein Standard-Elastomerlager mit integrierter Kraftsensorik dargestellt. Abbildung 2 zeigt ein sensorintegriertes Gummilager, das zur Lagerung von Maschinen eingesetzt werden kann. Die vollständige Integration der Sensorik in das Bauteil bereits im Vulkanisationsprozess garantiert eine hohe Robustheit der Lastdatenerfassung.
Eine runde Sache
Da die DELTA-C®-Technologie auf dünnen Elastomer-Schichten basiert, lässt sie sich auch auf gekrümmten Strukturen anwenden. Beispielhaft zeigt Abbildung 3 daher den Handgriff eines Fahrradlenkers mit integrierter DELTA-C®-Kraftsensorik, die hier als Mensch-Maschine-Schnittstelle genutzt wird oder zur Auswertung und Bewertung von gesundheitskritischen Vibrationslasten dienen kann.
Anwendungsspezifische Weiterentwicklung
Zur anwendungsspezifischen Weiterentwicklung der Technologie sucht das Fraunhofer LBF Partner aus dem industriellen Umfeld, die ihre Elastomerprodukte um sensorische Funktionen erweitern wollen.
Neben direkter Industrie-Auftragsforschung existieren verschiedene Möglichkeiten der öffentlichen Förderung für eine Zusammenarbeit.