Nürnberg/Hamburg: Auf der WindEnergy 2022 in Hamburg zeigen Institute des Fraunhofer Cluster of Excellence for Cognitive Internet Technologies CCIT, wie nachhaltige Energie auch intelligent und nachhaltig gewartet werden kann. Mit der Q-Bo®-Technologie stellen die Fraunhofer-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler vor, wie Verschraubungen z. B. an den Rotoren oder an den Turmflanschen von Windkraftanlagen effizientgewartet werden können, 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.

Auf der WindEnergy Hamburg, der internationalen Fachmesse der Windenergiewirtschaft, präsentieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter dem neuen Markennamen Q-Bo® eine intelligente Schraubverbindungstechnologie, die Wartungszyklen für Windkraftanlagen an vielen Stellen intelligenter, effizienter und kostengünstiger gestaltet kann – und dies sowohl onshore wie auch offshore.

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 IIS entwickelte Funkverfahren mioty® können mehrere hunderttausend Schrauben über nur eine Basisstation angebunden werden. Die mioty®-Funktechnologie macht durch ein spezielles Telegram-Splitting-Verfahren zudem eine robuste und zuverlässige Datenübertragung möglich. Die Basisstation könnte so z.B. 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 Forschenden elegant gelöst. Das System arbeitet mit Energy Harvesting-Technologien. Dabei werden z. B. 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 kann auch im Retrofit in bestehende Anlagen integriert werden. Derzeit ist Q-Bo® 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, die dort vielfältige Anwendungen durch den Einsatz von Q-Bo® optimieren möchten.

»Die gebündelte Fraunhofer-Kompetenz verschiedener Disziplinen bei dieser Entwicklung macht es möglich, aktuelle Anforderung nach mehr Nachhaltigkeit auch in Wartungssysteme für nachhaltige Energie wie der Windkraft einfließen zu lassen. So sorgen wir im doppelten Sinne für einen deutlichen Effizienzvorsprung im Betrieb, der zusätzlich dazu beiträgt, Kosten zu reduzieren«, erläutert Dr. Peter Spies das Entwicklungsziel, das jetzt in einem produktreifen Prototypenstatus vom 27.- 30. September in Halle B5-227 auf der WindEnergy in Hamburg zu sehen sein wird.

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Q-Bo® und mioty® sind Marken der Fraunhofer-Gesellschaft.

Projektpartner

Am Projekt des Fraunhofer Cluster of Excellence Cognitive Internet Technologies CCIT beteiligt sind das Fraunhofer-Institut für Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST, das Institut für Angewandte und Integrierte Sicherheit AISEC, das Institut für Integrierte Schaltungen IIS und das Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF.