Intelligente Dichtung

Sensorintegration in Elastomerdichtungen für die Zustandsüberwachung

Ansprechpartner: Daniel Gräbner, M. Sc.

Projektpartner

1. Friedrich Wilhelm Bessel Institut Forschungsgesellschaft mbH (FWBI)
2. Deutsches Institut für Kautschuktechnologie e.V. (DIK)
3. microFAB Bremen
4. Trelleborg Sealing Solutions
5. MBS-Hydraulik
6. M. D. S. Meyer
7. NB Technologies
8. VEW - Vereinigte Elektronik

Beschreibung des Projektes

Elastomerdichtungen finden in vielen Bereichen der Industrie (z.B. Hydraulik, Druckluft) aber auch im Anwenderbereich (z.B. Auto, Wasserleitungen) Verwendung. Die Herstellung einfacher O-Ring-Dichtungen in Massenproduktion ist günstig und etabliert. Obwohl es sich bei Dichtungen nur um verhältnismäßig kleine Bauteile handelt, stellen diese einen wichtigen  sicherheits- und funktionsrelevanten Teil eines Systems da. Kommt es zum Ausfall, wird die Funktion eines Systems eingeschränkt und es kann im schlimmsten Fall zur Freisetzung umgebungsschädlicher Substanzen kommen. Um dies zu vermeiden, ist eine regelmäßige Wartung bzw. Erneuerung von Dichtungen notwendig. Dies muss deutlich vor dem erwarteten Ausfallzeitpunkt geschehen. Oft ist zum Austausch von Dichtungen ein System zeitweise ganz oder zum Teil herunterzufahren, was hohe Ausfallkosten verursachen kann. Um die Wartungsintervalle flexibel gestalten zu können und so Ausfallzeiten zu minimieren, muss eine in situ Überwachung einzelner Dichtungen erfolgen. Dies ist mit heutigen Technologien nicht oder nur sehr begrenzt möglich.

Dieses Projekt hat es zum Ziel, Sensoren so in Dichtungen zu integrieren (s. Abb. 1), dass ein Rückschluss auf Funktionalität und altersbedingte Abnutzung dieser möglich ist. Dabei muss stets berücksichtigt werden, dass durch die Integration die eigentliche Funktion und Lebensdauer der Dichtung nicht negativ beeinflusst wird. Bei den zu integrierenden Sensoren handelt es sich um einfache Dehnungsmessstreifen (DMS) (s. Abb. 2) und flexible Drucksensoren auf Basis von organischen Feldeffekttransistoren (OFET).  In Vorversuchen konnte bereits gezeigt werden, dass das Signal eines integrierten DMS einen Rückschluss auf die alterungsbedingten Veränderungen einer Dichtung zulässt.

Abbildung 1: Integrationsansatz [1]

Abbildung 2: Foto (links) und schematischer Aufbau des verwendeten Dehnungsmessstreifen [1]

Letztendlich soll eine „intelligente“ Dichtung (s. Abb 3) entwickelt werden, die über eine geeignete Auswertelektronik eine Information zum ihrem aktuellen Degradationszustand ausgibt. Der Austauschzeitpunkt kann so flexibel dem wirklichen Bedarf nach kurz vor einem Ausfall ermittelt werden. Unnötig kurze Austauschintervalle werden vermieden.

Abbildung 3: O-Ring mit integriertem DMS [1]

Quellen

[1] Schotzko, T.; Lang, W. Embedded Strain Gauges for Condition Monitoring of Silicone Gaskets. Sensors 2014,14, 12387-12398

Veröffentlichungen

• T. Schotzko, D. Gräbner, W. Lang: "Strain gauges based on NBR substrates for the integration into elastic materials", In: Materials Letters, Vol. 172, 1. Juni 2016
• D. Gräbner, E.-M. Meyer, W. Lang: "Foil-based Strain Gauges with Nanogranular Platinum Structures for the Integration in Elastomer Gaskets", In: 2016 IEEE SENSORS Proceedings, Orlando, USA, October 30 - November 2, 2016

Förderung

Laufzeit: April 2015 - September 2017

Gefördert durch:

Das IGF-Vorhaben 18695 N  der Forschungsvereinigung DFMRS e.V. wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.