Sensoren in Staplerreifen sollen Unfälle verhindern

Sensoren in Staplerreifen sollen Unfälle verhindern
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Sensoren in Staplerreifen sollen Unfälle verhindern
Auf einen Blick
Integrierte Sensoren in
Staplerreifen messen
Temperatur und Belastung
Kommunikation mit Fahrer
des Flurförderzeugs per RFIDReader
Warnung vor Schäden wie
Überladung, Umkippen und
Überhitzen der Reifen
Verkürzte Stillstandszeiten
durch Vermeidung von
kritischen Ausfällen
Störungen im
Produktionsprozess und
Materialfluss werden minimiert
02. 2015
ITA | Gabelstapler tragen etliche Tonnen Gewicht und sind ständig in
Bewegung – ihre Reifen erhitzen sich dadurch stark. Bei zu hohen
Temperaturen verlieren sie ihre Tragfähigkeit. Drahtlose Sensoren im
Reifeninneren sollen künftig vor Überhitzung warnen und so Unfälle
verhindern.
Flurförderzeuge (FFZ) wie zum Beispiel Gabelstapler sind für den
Materialtransport in einem Unternehmen unentbehrlich. Fällt ein Fahrzeug
aus, können erhebliche Störungen im Produktionsprozess und Materialfluss
eintreten. Besonders kritisch sind dabei die Reifen: Durch Überlastung oder zu
schnelles Fahren können sie sich übermäßig erwärmen und bei zu großer
Hitze regelrecht schmelzen.
Um solche Ausfälle zu verhindern, wollen Wissenschaftler des Instituts für
Transport- und Automatisierungstechnik (ITA) Sensoren ins Reifeninnere
integrieren. Sie sollen kontinuierlich Temperatur und Belastung messen und
drahtlos nach außen übermitteln. So lassen sich drohende Schäden
vorhersagen, der Fahrer des Gabelstaplers wird rechtzeitig gewarnt und kann
eingreifen.
Hitze zerstört Gummi: Ab 145°C wird es kritisch
Anders als beim Auto sind die Reifen von Flurförderzeugen üblicherweise
nicht mit Luft gefüllt, sondern bestehen aus drei unterschiedlichen
Gummimischungen, die übereinander geschichtet sind. In diesen sogenannten
Super-Elastik-Reifen (SE-Reifen) hat jede Gummischicht andere
Eigenschaften und eine spezifische Aufgabe: Den festen Halt auf der Felge
gewährleistet die besonders harte Bodenschicht, die zu diesem Zweck mit
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Stahleinlagen verstärkt sein kann. Die Zwischen- oder auch Komfortschicht ist
elastischer und dämpft Stöße und Vibrationen ab. Für guten Halt auf der
Fahrbahn sorgt die besonders dicke Laufschicht. Sie ist schnitt- und abriebfest
und wird während der Lebensdauer der Reifen fast vollständig abgefahren.
Einen platten Reifen wie beim Auto können Gabelstapler zwar nicht
bekommen – aber die Reifen können überhitzen. Die Bewegungsenergie beim
Fahren wird in der mittleren Zwischenschicht zum größten Teil in Wärme
umgesetzt, so dass sich der Reifen von innen heraus aufheizt. Ab einer
Temperatur von etwa 145°C wird der chemische Zusammenhalt der
Gummimoleküle im Reifenmaterial dauerhaft geschädigt, sodass die
Tragfähigkeit des Reifens nicht mehr gegeben ist. Steigen die Temperaturen
weiter an oder sind sie dauerhaft zu hoch, kann sich das Material regelrecht
verflüssigen – und der Reifen zerplatzt.
Forscher integrieren Sensoren direkt ins Reifeninnere
Die Temperatur auf der Außenseite des Reifens zu messen nützt allerdings
wenig: Das Reifenmaterial leitet die Wärme schlecht, deshalb kann die
Temperatur im Reifeninneren deutlich von der auf der Reifenaußenseite
abweichen. Die Forscher am ITA wollen deshalb RFID-Systeme mit
angeschlossenen Sensoren ins Innere der SE-Reifen integrieren: Sie sollen
die Temperatur und Belastung drahtlos nach außen übermitteln.
Um die Temperatur im Reifeninneren korrekt erfassen zu können, muss der
Sensor in die Zwischenschicht der Reifen integriert werden. Dort befindet sich
der Ort mit der höchsten Temperatur, der sogenannte Hot-Spot. Die
Transponder und Sensoren müssen daher hohen Belastungen widerstehen –
sowohl während der Reifenherstellung als auch während der Fahrt – und
entsprechend geschützt sein. Allerdings dürfen sie den Reifen auch nicht
negativ beeinflussen.
Die Wissenschaftler haben daher unterschiedliche Transponderbauformen
und Schutzmaßnahmen untersucht und das Reifenverhalten mit und ohne
Transponder simuliert. Als besonders geeignet für eine Integration erwiesen
sich mehrlagig aufgebaute Transponder auf Basis einer FR4-Platine und
Transponder mit einer auf Glasfasergewebe aufgenähten Fernfeldantenne.
Komplexe Kapselungen aus Kunststoff sind dagegen ungeeignet: Sie stellen
eine zu große Störstelle im Reifen dar und können dessen Haltbarkeit
verschlechtern.
Bei Überhitzung oder Umkippen wird der Fahrer gewarnt
Die Sensoren messen nicht nur die Temperatur, sondern auch die
Reifenbelastung – denn nicht nur überhitzte Reifen können zu Unfällen führen,
bei Überladung können Flurförderzeuge auch umkippen. Ein beginnender
Kippvorgang ist dabei durch eine Belastungsänderung bis hin zur
vollständigen Entlastung der Fahrzeugreifen gekennzeichnet. Das führt –
ebenso wie ein geplatzter Reifen – zu besonders kritischen Ausfällen mit
hohen Stillstandszeiten.
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Vermeiden lassen sich solche Unfälle künftig mit Hilfe der in den Reifen
integrierten drahtlosen Sensoren und eines RFID-Readers, der am
Flurförderzeug verbaut ist. Wird die zulässige Reifentemperatur überschritten
oder registrieren die Sensoren einen beginnenden Kippvorgang, warnen sie
den Fahrer – und er kann Gegenmaßnamen einleiten.
von Steffen Kleinert
E-Mail: [email protected]
Tel.: (0511) 762-18159
Webseite: http://www.ita.uni-hannover.de
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