Faser-integrierte Bauteilüberwachung

Sensorik zum Monitoring der Lebenszeit oder Schadensdetektion von Strukturelementen

Strukturüberwachung von Leichtbaukomponenten

Intakte Strukturen spielen im Alltag und in vielen Bereichen der Industrie eine lebenswichtige Rolle. Zum Beispiel gilt es, verborgene Defekte in Flugzeugstrukturen und Automobilkarosserien oder unsichtbare Schäden in Rotorblättern von Windenergieanlagen frühzeitig aufzuspüren, um ein plötzliches Versagen des Bauteils und damit schwere Unfälle zu vermeiden. Vor allem bei Bauteilen aus kohlenstoff-faserverstärkten Kunststoffen (CFK) mit komplexen Geometrien und Faserlagen lassen sich Dehnungen und Spannungen im Bauteilinneren anhand von Finite-Elemente-Methoden nur schwer vorhersagen. Zusätzlich sind solche Vorhersagen, abhängig der tatsächlichen Belastung des Bauteils, sehr ungenau. Die Überwachung solcher Strukturveränderungen wird daher bislang häufig nur mit tomografischen oder Ultraschallverfahren durchgeführt.

Das Fraunhofer IPT entwickelt deshalb faseroptische Sensoren zur Strukturüberwachung. Diese 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.

Mit der optischen Frequenzbereichsreflektometrie (OFDR) lassen sich anhand optischer Fasern Dehnungs- und Temperaturänderungen unter oder auf der Oberfläche messen. So können in Bauteilen 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.

Unser Leistungsangebot

  • Entwicklung individueller Strukturüberwachungskonzepte
  • Entwicklung und Bau anwendungsspezifischer Fasersensorik
  • Programmierung anwendungsspezifischer Auswerte- und Darstellungssoftware
  • Systemintegration
  • Durchführung von Machbarkeitsstudien

 

Anwendungen

Messung von
Dehnungsgradienten

Mit der optischen Frequenzbereichsreflektometrie (OFDR) können Dehnungsverläufe in Bauteilen identifiziert werden.

Biegeüberwachung

Durch Relaxation und Hysterese kann das Materialverhalten untersucht werden. Die Materialermüdung lässt sich anhand bauteil-integrierter Fasern frühzeitig detektieren.

Temperatur- und Schwindungsverhalten in Klebeprozessen

Die Strukturüberwachung ermöglicht die ortsaufgelöste Untersuchung des Klebeprozesses zur Identifikation von Schadstellen.