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Die Bedingungen im Schmierspalt beeinflussen maßgeblich die Effizienz, Lebensdauer und Zuverlässigkeit einer Pumpe. Bislang lassen sich Temperatur, Druck und Schmierspalthöhe dort jedoch nur eingeschränkt direkt erfassen. Herkömmliche Messverfahren erfordern häufig Bohrungen oder andere Bauteilmodifikationen, die das Kontaktverhalten und damit auch die Messung selbst beeinflussen können. „ThinSor“ verfolgt nun einen anderen Ansatz: Ein nur wenige Mikrometer dünnes Sensorschichtsystem wird direkt auf die Oberfläche der Steuerscheibe aufgebracht. So sollen alle drei Größen gleichzeitig und mit hoher zeitlicher Auflösung genau dort messbar werden, wo sie entstehen – ohne aufwendige Nachbearbeitungen im Bauteil.
Die gewonnenen Messdaten sollen helfen, fluidtechnische Komponenten präziser auszulegen und Simulationsmodelle sowie digitale Zwillinge zu validieren. Ziel ist es, Entwicklungsprozesse effizienter zu gestalten und Entwicklungsiterationen zu reduzieren, sodass weniger Prototypen benötigt werden. Insbesondere kleine und mittlere Unternehmen (KMU) könnten von verbesserten Möglichkeiten zur Untersuchung und Optimierung ihrer Komponenten profitieren. Bei lebensdauerfester Ausführung unterstützt die Sensorik zudem die Zustandsüberwachung neuer und bestehender Pumpensysteme. Kritische Betriebszustände und Verschleiß können frühzeitig erkannt, Wartungsmaßnahmen besser geplant und ungeplante Stillstände reduziert werden.
Sensorik für anspruchsvolle Einsatzbedingungen
Eine zentrale Herausforderung für das Fraunhofer IST stellt die zuverlässige Erfassung vergleichsweise niedriger Drücke im hochbelasteten Kontakt zwischen Kolbentrommel und Steuerscheibe dar. Mit weniger als 50 MPa liegen diese unterhalb der Druckbereiche, für die bestehende Sensorlösungen typischerweise ausgelegt sind. Die Drucksensoren müssen daher so angepasst werden, dass sich die relevanten Messsignale zuverlässig vom Grundrauschen unterscheiden lassen. Gleichzeitig muss das Sensorschichtsystem den hohen mechanischen Beanspruchungen im Betrieb standhalten.
Für die Entwicklung und Erprobung arbeiten die Projektpartner eng zusammen. Während das Fraunhofer IST die Drucksensorik weiterentwickelt, untersuchen die Partner das Kontaktverhalten, erproben die Sensorik an einer realen Pumpe und gleichen Messungen mit Simulationen ab. So sollen die Voraussetzungen geschaffen werden, die Messverfahren für industrielle Anwendungen nutzbar zu machen.
Über Axialkolbenpumpen hinaus könnte die Dünnschichtsensorik künftig auch bei anderen Maschinenelementen zum Einsatz kommen. Anwendungen an Lagern, Zahnrädern und Wellen zeigen bereits das Potenzial dieser Technologie. Perspektivisch kann sie dazu beitragen, Bauteile kontinuierlich zu überwachen, Verschleiß frühzeitig zu erkennen und Wartungsmaßnahmen vorausschauend zu planen. Auch die zuverlässige Messung in niedrigeren Druckbereichen könnte neue Anwendungsfelder erschließen.
