Kunststoffkettenrad mit integrierter, intelligenter Verschleißüberwachung

Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Structural Health Monitoring Systems (SHMS) von Kettenrädern aus Kunststoff mit einer integrierten Sensorik und intelligenten Datenauswertung zur präventiven Detektion kritischer Verschleißerscheinungen. Kettenräder sind das wesentliche Maschinenelement zum Antrieb von Rollenketten oder Gliederketten. Kunststoffkettenräder werden hierbei auf Grund ihrer niedrigen Materialpreise und optimalen Reibeigenschaften in verschiedensten Förderanlagen der Logistik, der Automatisierungstechnik, Lebensmittel- sowie Verpackungsindustrie eingesetzt. Die Kettenräder sind dabei hohen tribologischen Belastungen ausgesetzt und erreichen selten ihre nominelle Lebensdauer aufgrund von:

• Lastüberhöhungen aus Fluchtungsfehler durch Temperaturdifferenzen und Fertigungstoleranzen (Nachgiebigkeit der Anschlusskonstruktion)
• Verschmutzung der Führungssysteme oder Unzureichende Schmierung
• Oszillierende Bewegungen bis hin zu Vibrationen (gerade bei kleinen Kettenrädern mit weniger Zähnen)

Im Rahmen des Projekts soll daher ein SHMS für Kunststoffkettenräder mit integrierter Sensorik entwickelt werden und über den 2K-Spritzguss hergestellt werden. Das Kettenrad wird dabei so modifiziert, dass die Sensorik für die Verschleißüberwachung als aktives Bauteil, aber auch als tragende Struktur in den Kunststoff integriert wird. Das Prinzip beruht darauf, dass im neuen Zustand die angelegte elektr. Spannung an das SHMS einen relativ kleinen Widerstand aufweist. Infolge der Abrasion wird die Schicht jedoch sukzessive dünner, wodurch sich der Widerstand erhöht. Durch eine anforderungsspezifische Auslegung der Kettenradgeometrie, des Lagenbaus sowie des leitfähigen Kunststoffs können so Rückschlüsse auf den materiellen Verschleiß aber auch auf die Temperatur gezogen werden. Auf diese Weise kann man negative Effekte, wie etwa einen Trockenlauf frühzeitig erkennen, ohne die Anlage stoppen zu müssen. Ebenso kann das smarte Kettenrad in bestehende Systeme nachgerüstet werden.

• Verbesserung der Planbarkeit von Wartungsintervallen von Kunststoffkettenrädern
• Optimierung der Ressourcenausnutzung durch maximale Einsatzzeiten
• Vermeidung von Anlagenstillstandszeiten und Folgeschäden durch unvorhergesehene Ausfälle der Kettenräder

• Entwicklung eines industriellen Herstellungsverfahrens
• Entwicklung der mitlaufenden Elektronik, Sensorik sowie eines intelligenten Auswertealgorithmus inkl. Datenverwaltung des Verschleißmonitoringssystems
• Entwicklung eines widerstandsfähigen Compounds

1. Juli 2025 bis 30. September 2027

ZIM, AiF Projekt GmbH

• Lauer Harz GmbH
• kessler systems GmbH

Prof. Dr.-Ing. J. Hübler