Sensorintegration in Flurförderzeugreifen

Für den innerbetrieblichen Transport hoher Lasten werden insbesondere Flurförderzeuge (FFZ) verwendet. Die gesamte Last, bestehend aus Fahrzeug und Beladung, ruht dabei auf den FFZ‑Reifen. Um Ausfälle und somit Stillstandzeiten zu vermeiden, müssen Schäden und Risiken für das FFZ bzw. für die FFZ-Reifen, die von den hohen Lasten ausgehen, frühzeitig erkannt und dem Fahrer angezeigt werden. Für die betrachteten Vollgummireifen (SE-Reifen) sind Zustandsgrößen, die für die Überwachung des Reifenzustands erforderlich sind, die Reifenaufstandskraft und die Reifentemperatur. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Reifenmaterials wird für die Temperatur­messung ein Sensorsystem benötigt, das im Reifeninneren integriert ist und Messdaten nach Außen zum Fahrzeug sendet. Anhand der Temperaturmessdaten kann eine Überhitzung erkannt, angezeigt und somit eine Schädigung der Reifen verhindert werden. Die Messung der Reifenaufstandskraft ermöglicht es sowohl eine Überladung als auch das Kippen des Fahrzeugs durch das Abheben eines Reifens zu erfassen und den Fahrer entsprechend zu warnen.

Die Herausforderung bei der Integration des Sensorsystems liegt dabei in der mechanischen Belastung, die auf die eingebetteten elektronischen Komponenten wirkt und in den Temperaturen im Inneren des Reifens.

Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die wissenschaftliche Erforschung der mechanischen Belastbarkeit eines Sensorsystems mit drahtloser Datenübertragung und die Anpassung des Systems für die anwendungsspezifische Integration im SE-Reifen. Der Reifen selbst darf durch die Integration des Sensorsystems nicht in seiner Stabilität beeinträchtigt werden.

Zunächst werden im Rahmen des Vorhabens die im FFZ-Reifen wirkenden Kräfte detailliert untersucht sowie die Verformungen und Belastungen, die auf im Reifen eingebrachte Fremdkörper wirken analysiert. Neben der Auswahl der zur Integration vorgesehenen Elektronik, ist auch deren Kapselung, Verbindungs- und Übertragungstechnik ausschlaggebend für die Einsatzfähigkeit der Systeme. Geeignete Komponenten müssen den vorherrschenden mechanischen Belastungen ebenso wie den Temperaturen von über 140°C im Reifen wiederstehen können.

Neben der Auswahl geeigneter Sensor- und Übertragungssysteme ist die Datenübertragung aus dem Reifeninneren heraus ein weiterer Schwerpunkt des Forschungsvorhabens. Für den Einsatz zur Kippüberwachung ist die Übertragung der Messdaten in ausreichend hoher Frequenz bei maximaler Zuverlässigkeit erforderlich. Das verwendete Übertragungssystem muss daher nicht nur den thermischen und mechanischen Anforderungen genügen sondern zusätzlich mit einer ausreichenden Leistung und Frequenz Daten durch das Gummimaterial des rotierenden Reifens senden können. Dämpfungseffekte durch Gummi, Feuchtigkeit und den Radkasten spielen für diese Untersuchungen eine wichtige Rolle. Zudem ist die Winkelabhängigkeit der integrierten Übertragungseinheit ein wichtiger Untersuchungs­gegenstand.