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Condition Monitoring von Verschraubungen

Windenergie intelligent und nachhaltig warten

27. September 2022, 15:25 Uhr | Kathrin Veigel

Q-Bo - intelligente, nachhaltige und energieeffiziente Fernwartung von Schraubverbindungen.

Hinter dem Markennamen Q-Bo verbirgt sich eine intelligente Schraubverbindungstechnologie aus dem Hause Fraunhofer, mit der sich Wartungszyklen für Windkraftanlagen intelligenter, effizienter und kostengünstiger gestalten lassen – und dies sowohl onshore wie auch offshore.

Mit der Q-Bo-Technologie des Fraunhofer Cluster of Excellence Cognitive Internet Technologies (CCIT) ist es möglich, Verschraubungen zum Beispiel an den Rotoren oder an den Turmflanschen von Windkraftanlagen effizient zu warten, ohne selbst große Mengen an Energie für Installation, Betrieb und Übertragung zu verbrauchen. Damit lassen sich Wartungszyklen für On- und Offshore Windkraftanlagen um ein Vielfaches gezielter und kosteneffizienter gestalten.

Bei Q-Bo wird jede Schraube mit einer neuartigen Unterlegscheibe ausgestattet, die über eine piezoresistive DiaForce-Dünnschicht und deren druckempfindliche Sensorik an drei Stellen die Vorspannkraft misst, die beim Anziehen der Schraube entsteht. Löst oder lockert sich eine Verschraubung, sendet ein integriertes Funkmodul auf dem Schraubenkopf diese Änderung des Widerstands an die nächste Basisstation.

Über das am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) entwickelte Funkverfahren Mioty können mehrere hunderttausend Schrauben über nur eine Basisstation angebunden werden. Die Mioty-Funktechnik macht durch ein spezielles Telegram-Splitting-Verfahren zudem eine robuste und zuverlässige Datenübertragung möglich. Die Basisstation könnte so zum Beispiel am Rande eines Windparks, also in mehreren 100 Metern oder gar einigen Kilometern Entfernung stehen.

Nachhaltig im doppeltem Sinn

Auch das Problem des Energiebedarfs haben die Forscher optimal gelöst: Das System arbeitet mit Energy-Harvesting-Technologien. Dabei werden beispielsweise Temperatur oder Sonnenlicht zur Stromerzeugung genutzt.

»Für Q-Bo erzeugt ein Thermogenerator Strom aus den geringen Temperaturunterschieden zwischen dem Inneren des Sensormoduls und der Oberfläche. Es wäre ebenso möglich, den Strom durch Solarzellen zu generieren. Energy Harvesting macht das System energieautark oder ergänzt und verlängert Batterielaufzeiten«, erläutert Dr. Peter Spieß diesen Nachhaltigkeitsaspekt der Technologie. »Zudem sorgen wir für Sicherheit und Zuverlässigkeit der Daten über eine spezielle Inbetriebnahme-Box, die jeder Q-Bo-Schraubverbindung eine individuelle ID sowie weitere Infos zu Anforderungsprofil und exakter Position zuschreibt, damit das Wartungspersonal sich auch wirklich auf die Daten verlassen kann.«

Die Q-Bo-Technologie lässt sich auch im Retrofit in bestehende Anlagen integrieren. Derzeit ist die Technik für handelsübliche DIN-Schrauben konzipiert. Einsatzbereit ist das System für Schrauben der Größe M18, demnächst werden auch Systeme für M20 und M436 verfügbar sein. Evaluierungskits wurden bereits an die ersten Unternehmen ausgeliefert.