Für die Übertragung enormer Kräfte über lange Distanzen werden oft spezielle Zahnriemen mit Verstärkungen aus Stahl oder Covar eingesetzt. Sie bieten besondere Eigenschaften, die für industrielle Großanwendungen unerlässlich sind. Die optimale Kraftübertragung hängt hierbei von der Riemenspannung ab. Eine dauerhaft perfekt eingestellte Riemenspannung bedingt eine hohe Lebensdauer und reduziert den Verschleiß. Controll- und Wartungsmaßnahmen sind jedoch unerlässlich. Ein kritischer Faktor ist die Riemenspannung, auch Trumkraft genannt. Sie wird üblicherweise mit einem Trummeter gemessen, jedoch nur bei der Wartung und beim Einbau neuer Komponenten, nicht jedoch im Dauerbetrieb.
Die verantwortlichen Ingenieurinnen und Ingenieure im Vorhaben „ZugKraftSensor“ stellten sich der Herausforderung, miniaturisierte Siliziumdehnungssensoren mit Abmessungen von 500 µm x 500 µm in Zahn- und Transmissionsriemen für die Bestimmung der Riemenspannung zu integrieren. Für die inhouse entwickelten siliziumbasierten Dehnmesssensoren (Si-DMS) wurde eine Verbindungstechnologie ausgearbeitet. Sie garantiert die direkte kraft- und stoffschlüssige Ankopplung zwischen Sensoren und den flexiblen Trägerelementen, um eine exakte und zuverlässige Detektion von Kraftänderungen wie Dehnung und Verspannung zu gewährleisten. In Abhängigkeit von der Aufbauvariante werden als Schutz vor äußeren Einflüssen die Sensoren und Kontaktierungsflächen gekapselt oder abgedeckt. Im Rahmen der praxisnahen Evaluierung erfolgte der Einsatz des Zugkraftsensors am Zugträger bis zu einer Belastung von ca. 35 kN.
Im Projekt „ZugKraftSensor“ entstand eine Technologieplattform zur Überwachung der Riemenspannung in Anlagen der Antriebstechnik wie sie bei schweren Maschinenbauanwendungen, beispielsweise Bearbeitungszentren mit verschiedenen Schneid- und Fräsmaschinen oder langen Transportförderbänder bei Verpackung- und Schüttgutanlagen genutzt werden. Je nach Durchmesser der vorhandenen Zugträger im Riemen, stehen unterschiedliche Montageträger und angepasste elektronische Leiterplatten zur Sensorkontaktierung zur Verfügung.
Durch das Monitoring der mechanischen Spannung lassen sich Wartungsintervalle exakt planen, Materialermüdung frühzeitig erkennen und ungeplante Stillstandzeiten vermeiden.
Die beschriebenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurden im Forschungsprojekt „Sensoren zur Riemenspannungsüberwachung“ (ZugKraftSensor) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert.
FKZ: 49MF210167
