In einer Hydraulikpumpe entscheidet ein hauchdünner Flüssigkeitsfilm mit darüber, wie gut bewegliche Teile zusammenarbeiten. Was in diesem engen Spalt während des Betriebs geschieht, lässt sich bisher nur eingeschränkt direkt messen. Forschende des Fraunhofer IST und ihre Partner wollen deshalb Sensoren unmittelbar auf einer beteiligten Oberfläche anbringen.
Das Projekt ThinSor entwickelt dafür ein wenige Mikrometer dünnes Schichtsystem. Es soll Temperatur, Druck und Dicke des Schmierfilms gleichzeitig erfassen. Die Messungen könnten helfen, Pumpen besser zu verstehen und ihre Entwicklung gezielter zu gestalten. Noch ist die Technik Gegenstand der Forschung: Versuche an einer echten Pumpe und der Abgleich mit Simulationen stehen im Projekt auf dem Programm, wie das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST mitteilt.
Ein schmaler Spalt mit großer Aufgabe
Untersucht wird eine Axialkolbenpumpe. In ihr dreht sich eine Zylindertrommel gegenüber einer feststehenden Steuerscheibe. Zwischen beiden liegt ein dünner Schmierfilm. Er beeinflusst, wie die Flächen aneinander vorbeigleiten. Die Bedingungen in diesem Kontakt wirken sich laut Institut auf Wirkungsgrad, Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Pumpe aus.
Für die Entwicklung wäre es hilfreich zu wissen, wie sich die Bedingungen genau an dieser Stelle verändern. Doch ein Messgerät muss dorthin passen, wo wenig Raum ist und die Oberflächen stark beansprucht werden. Herkömmliche Verfahren erfordern dem Institut zufolge teilweise Bohrungen oder andere Änderungen am Bauteil. Solche Eingriffe können das Verhalten des Kontakts selbst beeinflussen und damit auch die Messung.
Die Oberfläche wird zum Messplatz
ThinSor setzt an der Steuerscheibe an. Auf ihre Oberfläche soll ein Sensorsystem aus dünnen Schichten aufgebracht werden. Statt eine größere Messvorrichtung in den Spalt zu setzen, liegt die Sensorik damit dort, wo die gesuchten Vorgänge stattfinden. Ein Mikrometer ist ein Tausendstel Millimeter; das geplante Schichtsystem misst nur wenige solcher Einheiten in der Dicke.
Die Forschenden wollen drei Größen gemeinsam und mit hoher zeitlicher Auflösung erfassen: Temperatur und Druck am Kontakt sowie die Dicke des Schmierfilms. So ließe sich beispielsweise untersuchen, ob Änderungen in einer Größe mit Veränderungen der anderen zusammenfallen. Wie genau die Filmdicke im Projekt gemessen werden soll, erläutert die Mitteilung nicht.
Die Idee der Dünnschichtsensorik ist nicht auf dieses Projekt beschränkt. Das Institut beschreibt auch ein früheres Schichtsystem für Temperaturmessungen in Reibkontakten. Für die Pumpe muss die Technik jedoch an die dortigen Bedingungen angepasst werden.
Warum der vergleichsweise niedrige Druck schwierig ist
Der Kontakt belastet die Oberfläche mechanisch stark. Gleichzeitig liegen die zu erfassenden Drücke laut Fraunhofer unter 50 Megapascal und damit unter Bereichen, für die vorhandene Sensorlösungen typischerweise ausgelegt sind. Die Herausforderung besteht darin, die relevanten Drucksignale zuverlässig vom Hintergrundrauschen zu unterscheiden. Zusätzlich muss das Schichtsystem die Belastung während des Betriebs aushalten.
Das Fraunhofer IST arbeitet an der Drucksensorik. Die Partner untersuchen das Kontaktverhalten, erproben die Sensoren an einer Pumpe und gleichen Messungen mit Simulationen ab. Zum Verbund gehören außerdem das Institut für fluidtechnische Antriebe und Systeme der RWTH Aachen und der Lehrstuhl für Maschinenelemente und Tribologie der Universität Magdeburg.
Was die Daten später leisten könnten
Die Projektpartner möchten mit den Daten ihre Berechnungsmodelle prüfen und Bauteile präziser auslegen. Das könnte die Entwicklung vereinfachen und die Zahl benötigter Prototypen verringern. Denkbar ist laut Institut auch eine Zustandsüberwachung, falls die Sensorik für die gesamte Lebensdauer ausgelegt werden kann. Dann könnten kritische Betriebszustände früher sichtbar und Wartungsarbeiten besser planbar werden.
Wie gut das im Pumpenbetrieb funktioniert, müssen die Versuche zeigen. Das geförderte Projekt läuft seit Juni 2026 und ist bis Ende November 2028 angelegt. Sein unmittelbares Ziel ist zunächst, die Messverfahren für einen möglichen industriellen Einsatz vorzubereiten.
Quellen
- Fraunhofer IST: Ultra-thin sensor makes the invisible measurable, 10. November 2026.
- Fraunhofer IST: Sensorik zur Temperaturmessung im Mischreibungskontakt.
Für diesen Artikel wurden KI-gestützte Recherche- und Editierwerkzeuge verwendet. Der Inhalt wurde redaktionell geprüft.
