Sensor- und Aktorstrukturen
Funktionsdemonstrator und zugehöriger Schaltplan eines Rotorblattes mit integriertem CF-Sensornetzwerk; entwickelt im Rahmen des mit dem Otto-von-Guericke-Preises ausgezeichneten IGF-Projektes 17529 BR/1
Das breite Eigenschaftsspektrum textilbasierter Materialien, wie endlosfaserverstärkter FKV, Textilmembranen, Textilbeton oder Medizin- und Schutztextilien, lässt sich durch die Integration von aktiven textilen Funktionskomponenten in großem Umfang weiter steigern. Die Kombination von passiver textiler Struktur mit (elektrisch) aktiven Funktionselementen, wie Sensoren, Aktoren und Elektronik, wird als aktive Funktionsbauweise bezeichnet und ist aktuell Gegenstand von Forschungsaktivitäten am ITM. Im Hinblick auf Faserverbundstrukturen (FVW) besteht die wesentliche Neuerung darin, diese funktionalen Elemente als textilbasierten integralen Bestandteil der textilen Verstärkungsstruktur auszulegen. Durch eine derartige Strukturintegration der funktionalisierten Komponenten ergibt sich im Vergleich zu konventionellen Lösungsansätzen eine Vielzahl von Vorteilen. Hierzu zählen insbesondere:
- vollautomatische und damit kostengünstige Herstellung der funktionalisierten textilen Verstärkungsstrukturen durch angepasste textile Fertigungsverfahren
- Gewichtseinsparung durch konsequente Ausnutzung des Leichtbaupotenzials,
- Reduzierung des erforderlichen Bauraums sowie Funktionalisierung in schwer zugänglichen Bereichen,
- Schutz der funktionalisierten Komponenten vor Umgebungseinflüssen im Inneren der Verbundstruktur durch umschließendes korrosionsfestes Matrixmaterial und
- Skalierbarkeit.
Eigenentwicklung einer miniaturisierten Datenverarbeitungseinheit zur Auswertung der Sensorsignale komplexer strukturintegrierter Sensornetzwerke
Aufgrund dieses Eigenschaftsspektrums lässt sich für eine Vielzahl von Anwendungsgebieten, die von High-Tech-Lösungen mit innovativen Leichtbaustrukturen profitieren, ein erheblicher Mehrwert generieren. So werden in hochbeanspruchten FKV-Bauteilen durch eine kontinuierliche Strukturüberwachung (Structural Health Monitoring – SHM) mittels neuentwickelter textiler Belastungs-, Grenzschicht- und Delaminationssensorik frühzeitig kritische strukturelle Beschädigungen (etwa bei der Rissbildung oder -fortsetzung) in schwer oder nicht zugänglichen Bereichen erkannt, damit Wartungskosten minimiert und ein mögliches Strukturversagen verhindert.
Adaptive FKV im Messplatz
Hier sind insbesondere Anwendungsfälle relevant, bei denen neben wirtschaftlichen auch sicherheitstechnische Aspekte eine essenzielle Rolle spielen, wie im Falle von Rotorblättern von Windenergieanlagen und Textilmembranen für architektonische Anwendungen im Hochbau. Im Bereich adaptiver FKV werden auf Basis von textil verarbeitbaren Formgedächtnismaterialien gewichtsparende und kostengünstige Lösungen für Spezialkinematiken mit robotikähnlichen Stell- und Greifermechanismen entwickelt, wie sie im Fahrzeug- und Anlagenbau sowie in der Medizintechnik zum Einsatz kommen.
Ansprechpartner:
© Mirko Krziwon
Herr Dipl.-Ing. Hung Le Xuan
Forschungsgruppenleiter Sensor-, Mess- und Aktortechnik
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