Q-Bo® | Intelligente Schraubverbindungen

Ob an Windkraftanlagen, Brücken oder Maschinen – Schraubverbindungen sind oft sicherheitskritische Komponenten, deren zuverlässiger Halt über die Funktionsfähigkeit ganzer Systeme entscheidet. Dabei unterliegen sie stets Belastungen durch Vibrationen, Witterung oder Temperaturschwankungen. Um eine konstante Vorspannkraft zu gewährleisten, ist eine kontinuierliche Überwachung notwendig. Klassische Prüfroutinen stoßen hier jedoch schnell an ihre Grenzen. Die intelligente Schraubverbindung Q-Bo® schließt diese Lücke: Sie ermöglicht eine drahtlose, energieautarke und nachrüstbare Überwachung der Vorspannkraft, und zwar ganz ohne Änderungen an der Schraube selbst.

Im Zentrum der Technologie steht die am Fraunhofer IST entwickelte DiaForce®-Dünnschicht. Diese piezoresistive Schicht wird auf einer speziell präparierten Unterlegscheibe abgeschieden und registriert Veränderungen der Vorspannkraft sowie der Temperatur an der Schraubstelle. Ergänzt durch weitere Sensorstrukturen und isolierende Zwischenschichten wird ein robustes Sensorsystem geschaffen, das auch in anspruchsvollen Umgebungen zuverlässig misst. Die erfassten Daten werden per mioty®-Funkprotokoll des Fraunhofer IIS übertragen – ein energieeffizientes, ETSI-standardisiertes Low Power Wide Area Network (LPWAN), das sich durch hohe Reichweite und Störsicherheit auszeichnet. Dank eines Telegram-Splitting-Verfahrens ist die Übertragung von Datenpaketen auch in schwierigen Umgebungen sehr robust. Es genügt schon der Empfang von 50 % eines Datenpakets, um die Nachricht vollständig wiederherzustellen.

Die Energieversorgung erfolgt komplett autark durch Energy Harvesting. Möglich wird dies durch verschiedene Konzepte. Dazu gehören ein Thermogenerator, der Temperaturunterschiede nutzt, Solarzellen auf dem Schraubenkopf oder alternativ eine kleine Batterie mit bis zu 15 Jahren Laufzeit. Eine maximale Datensicherheit ist ebenso gegeben. Eine funkabgeschirmte UHF-RFID-Konfigurationsbox (vom Fraunhofer AISEC entwickelt), die direkt am Einsatzort individuelle kryptografische Schlüssel vergibt, schützt die das Q-Bo®-System vor Manipulation, unberechtigtem Zugriff und Angriffen auf die LPWAN-Kommunikation. Die Mechanik der Lösung ist so ausgelegt, dass sich Q-Bo® einfach in bestehende Schraubverbindungen integrieren lässt, und das ganz ohne Veränderung der DIN-Schraube. Die Q-Bo®-System bietet eine ideale Lösung für die lückenlose, digitale Überwachung kritischer Infrastruktur.