Schädigungsmechanismen an Zahnrädern entstehen in der Regel durch mechanische Beanspruchungen im Zahneingriff. Für eine präzise Zustandsüberwachung ist daher eine Erfassung relevanter Messdaten in unmittelbarer Nähe dieses Bereichs erforderlich. Das Projekt SIZA verfolgt das Ziel, Sensorik, Elektronik und Datenverarbeitung direkt in das Zahnrad zu integrieren – also „in-situ“ und anwendungsnah innerhalb des rotierenden Maschinenelements.

In einer ersten Prototypengeneration werden die erfassten Daten direkt im Zahnrad vorverarbeitet – energieeffizient und echtzeitfähig über einen integrierten Microcontroller. Anschließend erfolgt die kabelgebundene Übertragung an eine externe Recheneinheit, auf der die Zustandsbewertung und Schadensprognose stattfinden.

Im Fokus der Forschung steht die Ermittlung der Anforderungen an Sensorik, Elektronik, Algorithmen und deren Umgebungsbedingungen. Diese werden mittels Hardware-in-the-Loop-Simulationen und experimenteller Referenzversuche untersucht. Die entwickelten Komponenten werden im SIZA-Demonstrator zusammengeführt und in Prüfstandsversuchen validiert. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse bilden die Grundlage für die Erforschung der nächsten Generation des sensorintegrierten Zahnrads.

In der ersten Förderperiode wurde ein funktionaler Prototyp des sensorintegrierten Zahnrads (SIZA) entwickelt, der Messdaten direkt im Zahneingriff erfasst und lokal vorverarbeitet.

In der zweiten Förderphase steht die Erweiterung der Funktionalität im Fokus. Bestehende Konzepte werden weiterentwickelt und um Energiespeicherung, Energy Harvesting und drahtlose Datenübertragung ergänzt. Um sowohl die Zuverlässigkeit der integrierten Elektronik als auch die mechanische Integrität des modifizierten Zahnradkörpers bewerten zu können, wird die Lebensdauer des Systems unter typischen Einsatzbedingungen erprobt. (Re-)Konfigurierbarkeit in Bezug auf Anwendung, Einsatzort und Datenverarbeitung werden durch die Entwicklung einer Standardsoftware für SiME sichergestellt. Parallel entsteht ein Informationsmodell, das eine Verknüpfung von Hard- und Software ermöglicht und Datenflüsse im Kontext des Gesamtsystems abbildet.

Geplante Kooperationen im Schwerpunktprogramm unterstützen dabei die Standardisierung sensorintegrierender Maschinenelemente hinsichtlich Schnittstellen, Normen und Modellbildung. Ziel ist ein offenes, erweiterbares Systemkonzept für die zustandsbasierte Überwachung und Vernetzung intelligenter Maschinenelemente. Hierzu ist die Entwicklung eines Multi-SiME-Gateways angedacht, das die Vernetzung mehrerer sensorintegrierender Maschinenelemente (SiME) wie dem SIZA untereinander sowie mit übergeordneten IT-Systemen ermöglicht. Dies schafft die Voraussetzung sowohl für eine flexible Systemintegration als auch für eine ganzheitliche Maschinenzustandsüberwachung.