Aktive Bauteilüberwachung mit Papier-Basierten Sensoren
Integrierte, papierbasierte Sensoren zur Risserkennung in faserverstärkten Verbundwerkstoffen
Herkömmliche Faserverbundbauteile werden, verglichen mit Eisenwerkstoffen, mit einem höheren Sicherheitsfaktor berechnet, um möglichen Fehlstellen oder Herstellungsproblemen vorzugreifen. Damit geht ein höherer Materialverbrauch einher, sodass es aus Sicht der Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz wichtig ist, diese Thematik aufzugreifen.
Nach dem Motto „so viel wie nötig – so wenig wie möglich“ haben wir eine Sensortechnologie entwickelt, die eine dünnwandige Integration erlaubt, ohne dabei die Wanddicke nennenswert zu ändern. Diese Sensoren ermöglichen eine aktive Bauteilüberwachung, um vor Schädigung zu warnen, bevor es zum Versagen des Bauteils kommt. Dieses System soll eine Bauteilüberdimensionierung verhindern, ohne dabei sicherheitsrelevante Aspekte außer Acht zu lassen.
Im i3Sense Projekt geht es um intelligente, integrierte und imprägnierte Sensortechnologien, die einen nachhaltigen und zukunftsorientierten Weg für neue Werkstoffe und Werkstofftechnologien sichern sollen.
Da herkömmliche Prüfungen von Faserverbundbauteilen meist nachträglich erfolgen, teure Messgeräte erfordern oder Fehleranfällig sind, verfolgen wir die Idee einer möglichst einfachen und aktiven Bauteilüberwachung, um einem Versagenszustand vorzugreifen und Risse frühzeitig erkennen zu können. Neben dem Systemaufwand war es äußerst wichtig, dass die integrierten Sensoren auch bei dünnwandigen Bauteilen nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Bauteilgeometrie nehmen dürfen, um die Dimensionierung nicht zu beeinflussen. Die entwickelten papierbasierten Sensoren weisen eine Schichtdicke von nur 0,02 mm auf.
Die Messmethodik basiert auf einer Widerstandsänderung, welche ohne aufwändiges Equipment durchführbar ist, um einerseits die Kosten gering und andererseits die Messung so simpel wie möglich zu gestalten.
Wirkungen und Effekte
Durch aktive Bauteilüberwachung ist es möglich, Versagenszustände und einhergehende Ereignisse frühzeitig zu erkennen und vorzubeugen.
Die Auswirkung einer mechanischen Belastung der Oberfläche, zB. der simulierte Steinschlag, wird in einer Widerstandsänderung des Sensors sichtbar, die beim Bruch der Struktur zu einem Signalverlust führt und somit auf einen Defekt in der Faserverbundstruktur hinweist.
Mittels der aktiven Bauteilüberwachung wird eine Risikominimierung erzielt, da sich der Bauteilzustand exakt feststellen lässt. So können Maßnahmen wie errechnete Lebensdauerzyklen an reale Zustände angepasst werden.
