Faseroptische Sensoren als eingebettetes Nervensystem in Verbundwerkstoffen

Faseroptische Sensoren als eingebettetes Nervensystem in Verbundwerkstoffen

Um die Komponenten- oder Systemleistung von Bauteilen und Baugruppen aus Verbundwerkstoffen oder die Wiederholbarkeit und Zuverlässigkeit der Fertigungsprozesse beurteilen zu können, sind Messdaten unerlässlich. Jahrzehntelang war der Dehnungsmessstreifen (DMS) aus Metallfolie der Sensor der Wahl, um das strukturelle Verhalten der Werkstoffe zu quantifizieren. Komplex in der Anwendung konnten jedoch für jede Anwendung nur vergleichsweise wenige Messpunkte erfasst werden.

Verbundwerkstoffe umfassen heute ein breites und wachsendes Spektrum verschiedener Materialarten und Herstellungsverfahren. Obwohl sich die für Verbundwerkstoffe verfügbaren Modelle und die Simulationssoftware mit beeindruckender Geschwindigkeit weiterentwickeln, bleibt die Anzahl der Variablen und die Komplexität der Werkstoffsysteme eine große Herausforderung für den Konstrukteur. Da Kohlefaserverbundwerkstoffe immer häufiger in strukturellen Anwendungen eingesetzt werden, die ein höheres Maß an Verifikation und Zertifizierung erfordern, führt die Stichprobenprüfung mit Dehnungsmessstreifen zu problematischen blinden Flecken.

Diese Lücke können faseroptische Sensoren verkleinern. Seit den 90er Jahren hat sich die faseroptische Sensorik so weiterentwickelt, dass sie nun in der Verbundwerkstoffindustrie eine genaues Prüfen und Verifizieren simulierter Daten ermöglich.

Ein besonders anspruchsvoller Bereich ist der Einsatz auf geklebten Grenzflächen, insbesondere bei Hybrid-Werkstoffen. Mit den Messdaten der faseroptischen Sensoren, wie zum Beispiel HD-FOS, können Klebeverbindungen hinsichtlich Leistung und Haltbarkeit besser beurteilt werden. Das gilt sowohl für statische, als auch für dynamische Belastungszustände zum Beispiel im Betrieb.

HD-FOS-Sensoren können in Materialien, Komponenten, Verbindungen und Systeme eingebettet werden. So könnten Bauteile und Strukturen aus Verbundwerkstoffen während ihres Lebenszyklus wie durch ein „Nervensystem“ von Sensoren ergänzt werden. Dank der Messdaten wäre man dann in der Lage innere Spannungen, Verformungen und Bewegungen während des Betriebs zu erkennen und zu analysieren.


Quelle und weitere Infos: Composites World (englisch)

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