Strukturüberwachung von Leichtbaukomponenten

Strukturveränderungen innerhalb von Leichtbaukomponenten zu messen war lange Zeit nur mit Ultraschall- oder tomografischen Verfahren möglich. Dabei spielen intakte Strukturen in vielen Bereichen der Industrie und sogar im Alltag eine oft lebenswichtige Rolle: Verborgene Defekte in Flugzeugstrukturen und Automobilkarosserien oder unsichtbare Schäden in Rotorblättern von Windenergieanlagen gilt es frühzeitig aufzuspüren, um ein plötzliches Versagen des Bauteils und damit schwere Unfälle zu vermeiden. Vor allem bei Bauteilen aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) mit komplexen Geometrien und Faserlagen lassen sich Dehnungen und Spannungen im Bauteilinneren anhand von Finite-Elemente-Methoden nur schwer vorhersagen. Solche Vorhersagen sind noch dazu, abhängig von der tatsächlichen Belastung des Bauteils, oft sehr ungenau.

Unsere Lösung

Mit der optischen Frequenzbereichsreflektometrie lassen sich anhand optischer Fasern Dehnungs- und Temperaturänderungen unter der Oberfläche messen. So können in Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen Schädigungen und Belastungen sichtbar gemacht werden. Ein hoher Verkabelungsaufwand wie bei traditionellen Dehnungsmessstreifen ist für faseroptische Messverfahren nicht erforderlich, denn eine einzelne Sensorfaser unterstützt bis zu mehreren Millionen Messstellen. Die geringen Durchmesser optischer Fasern in der Größenordnung eines menschlichen Haares erlauben es, schon während der Fertigung Sensoren in das Material einzubetten, beispielsweise in Faserverbundwerkstoffe, Werkstoffverbunde oder Klebe- und Fügespalte.

Ihr Nutzen

Faseroptische Sensoren zur Strukturüberwachung können frühzeitig innere und äußere Schäden anzeigen, wenn ein Bauteil zu versagen droht. Messungen in kurzen, mittleren und langen Zeiträumen erlauben es, unter realen Bedingungen ein gründlicheres Verständnis der Belastungen und Alterungserscheinungen der Struktur zu erlangen. Verbesserte Formgeometrien, ein zielgerichteter Materialeinsatz und angepasste Produktionsverfahren auf Basis von Messdaten versprechen Material- und Kosteneinsparungen und damit insgesamt eine höhere Ressourceneffizienz.

Mögliche Anwendungen

  • Messung von Dehnungsgradienten
  • Biegeüberwachung
  • Untersuchung des Materialverhaltens (Relaxation, Hysterese)
  • Untersuchung des Temperatur- und Schwindungsverhaltens in Klebeprozessen