SPP 2305:  Sensorintegrierende Maschinenelemente als Wegbereiter flächendeckender Digitalisierung

• Fachliche Zuordnung: Maschinenbau und Produktionstechnik ; Bauwesen und Architektur ; Informatik, System- und Elektrotechnik ; Materialwissenschaft und Werkstofftechnik ; Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441853410

Die Digitalisierung bietet enormes Potenzial von privaten Anwendungen über das öffentliche Leben bis zur Wirtschaft, dazu werden umfangreiche und zuverlässige Daten zum Betriebszustand von Maschinen und Anlagen benötigt. In praktisch jeder Maschine befinden sich in direkter Prozessnähe standardisierte Maschinenelemente, wie z.B. Schrauben, Lager, Zahnräder, Dichtungen und Welle-Nabe-Verbindungen. Sensorsysteme für unterschiedlichste Messaufgaben sollen im SPP in Maschinenelemente integriert werden, um Daten in direkter Prozessnähe „in-situ“ zu erfassen und auszuwerten. Die sensorintegrierenden Maschinenelemente (SiME) sollen sich selbstständig beim Steuergerät des Maschinensystems anmelden und ad-hoc vernetzen. Nach Mitteilung der individuellen Messfähigkeiten bekommen sie vom Steuergerät individuelle Mess- und Auswerteaufgaben zugewiesen. Die Daten werden vor Ort gewonnen, reduziert und nur bei Bedarf drahtlos übermittelt, die erforderliche elektrische Energie dazu gewinnt das SiME vor Ort kabellos. Ziel des SPP sind die Grundlagen von SiME, deren methodisch gestützte Konzeptionierung und Systemintegration. Im Fokus stehen „gewöhnliche“ Maschinenelemente als standardisierte Basiselemente des Maschinenbaus. Mittels SiME können präzise Messdaten flächendeckend gewonnen und für unterschiedlichste Anwendungen genutzt werden. Gewöhnliche Maschinenelemente werden so als SiME zum Treiber flächendeckender Digitalisierung. Die für diese Forschungsaufgabe erforderlichen Kompetenzen sind über wissenschaftliche Einrichtungen verschiedener Disziplinen verteilt. Die Ziele dieses SPP können wegen der komplexen Wechselwirkungen nur durch interdisziplinäre Zusammenarbeit der Fachdisziplinen Maschinenbau, Elektrotechnik und Informatik erreicht werden. Während in der ersten Förderperiode die Erarbeitung sensorischer Konzepte für SiME, die Abschätzung des Einflusses der Sensorintegration auf die Primärfunktion und ein erster Funktionsnachweis im Vordergrund standen, fokussiert die zweite Förderperiode auf deren Systemintegration. Ziel der zweiten Förderperiode ist es, die Prototypen in autarke Systeme zu überführen und die Funktionszuverlässigkeit des sensorischen Systems hinsichtlich Energie-, Wärme- und Datenhaushalt zu analysieren und nachzuweisen. Die Autonomie von externer Energieversorgung soll erreicht und eine kabellose Datenübertragung ermöglicht werden. Ferner muss Updatefähigkeit der verwendeten Software ermöglicht werden. Um die Funktionsfähigkeit der SiME nachzuweisen, müssen diese in die Datenerfassung und -Auswertung des Gesamtsystems integriert werden. Die Zuverlässigkeit des SiME hinsichtlich der Primärfunkton des Maschinenelements als auch der sensorischen Funktion soll gewährleistet und nachgewiesen werden. Die Auslegung von SiME soll in einem Rahmenwerk zur Gestaltung und Entwicklung dokumentiert werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme

Projekte

• Auto-informative Gleitlager – Autarke, temperaturbasierte Spalthöhenermittlung zur Zustandsüberwachung in Gleitlagern (Antragsteller Gemmeke, Tobias ;  Jacobs, Georg )
• Elastische Kupplungen mit integrierten flexiblen dielektrischen Elastomersensoren (Antragsteller Schlecht, Berthold ;  Vorrath, Ernst-Friedrich Markus ;  Wallmersperger, Thomas )
• Integrierte Sensorik für intelligente Großwälzlager (ISiG) (Antragsteller Marian, Max ;  Wicht, Bernhard ;  Wurz, Marc Christopher )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Stahl, Karsten )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Kirchner, Eckhard A. )
• Lastsensitive Zahnwelle mit sensorischem Werkstoff (Antragsteller Lohrengel, Armin ;  Maier, Hans Jürgen )
• MiMoSe II - Mikroelektronischer Modulbaukasten für Sensorintegrierende Maschinenelemente (Antragsteller Kirchner, Eckhard A. ;  Krause, Dieter ;  Trieu, Hoc Khiem )
• MiMoSe - Mikroelektronischer Modulbaukasten für Sensorintegrierende Maschinenelemente (Antragsteller Kirchner, Eckhard A. ;  Krause, Dieter ;  Trieu, Hoc Khiem )
• Sensorintegrierende Passfedern zur Erfassung von Drehmomenten (Antragsteller Drossel, Welf-Guntram ;  Hasse, Alexander )
• Sensorintegrierendes Maschinenelement Radialwellendichtring zur Überwachung von Betriebszustand und Schmierstoffqualität (Antragsteller Seewig, Jörg ;  Thielen, Stefan ;  Wehn, Norbert )
• Sensorintegrierendes Zahnrad (SIZA) (Antragstellerinnen / Antragsteller Derbel, Faouzi ;  Stahl, Karsten ;  Vogel-Heuser, Birgit )
• SiSmaK 2 - Sensorintegrierende Schrauben zur mehraxialen Kraftmessung und Anwendung einer Entwurfsmethodik für die Sensorintegration in zylinderförmigen Maschinenelementen (Antragsteller Hofmann, Klaus ;  Kupnik, Mario ;  Matthiesen, Sven )
• SiSmaK - Sensorintegrierende Schrauben zur mehraxialen Kraftmessung und Ableitung einer Entwurfsmethodik für die Sensorintegration in geschlossenen zylinderförmigen Maschinenelementen (Antragsteller Hofmann, Klaus ;  Kupnik, Mario ;  Matthiesen, Sven )
• Standardisierte integrale Instrumentierung von Gasfolienlagern zur Zustands- und Betriebsüberwachung (Antragsteller Gühmann, Clemens ;  Liebich, Robert )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Eckhard A. Kirchner