Schienenfahrzeuge: Wie man Materialschäden an Leichtbauteilen erkennt

Schienenfahrzeuge: Wie man Materialschäden an Leichtbauteilen erkennt

Wie lässt sich der Zustand von Leichtbauteilen überprüfen, die bereits im Einsatz sind? Der Leichtbauspezialist Invent hat dazu ein integriertes, sensorbasiertes Diagnosesystem entwickelt, das Materialschäden an Verbundwerkstoffen bei Schienenfahrzeugen frühzeitig erkennt. Im Rahmen des Forschungsprojektes faWaSiS hat sich das Unternehmen gemeinsam mit sechs Partnern mit der Seitenschürze eines Zuges ein besonders exponiertes Teil vorgenommen, um das System in einem siebenmonatigen Feldtest zu überprüfen.

Die Seitenschürze befindet sich unterhalb des Führerstandes rechts und links im Frontbereich des Zuges und ist besonderen Belastungen ausgesetzt – von plötzlichem Steinschlag aus dem Gleisbett bis hin zu Kollisionen mit Wildtieren oder Ästen. Im Fokus bei faWaSiS standen Materialauswahl, Design, Herstellungsmethode und Bauteilintegration. Invent hat dabei insbesondere das kupfergeschirmte integrierbare Netzwerkmodul für die Innenseite der Seitenschürze als auch die Verbindungskomponenten entwickelt, konstruiert und gefertigt.

„Wir haben in Theorie und Praxis demonstriert, dass das integrierte Netzwerk frühzeitig Schäden erkennt und aktiv auf notwendige Reparaturmaßnahmen hinweist. Wir hoffen, so die Akzeptanz für moderne Leichtbautechnologien auf der Schiene Zug um Zug erhöhen und die Möglichkeiten piezoelektrischer Flächenwandler in einem neuen Marktsegment bekannt machen.“
 Friedrich von Dungern, Bereichsleiter Forschung & Entwicklung, Invent

Die piezoelektrischen Wandlernetzwerke, die auf der so genannten DuraAct-Technologie basieren, sind der Kern des Überwachungssystems. Die Technologie ist vom DLR patentiert und wurde von Invent industrialisiert. In jedem faWaSis-Netzwerk sind 32 Piezo-Keramiken verbaut. Diese können so genannte Lamb-Wellen anregen und empfangen und werden unter anderem bei der Prüfung dünnwandiger Strukturen aus Verbundwerkstoffen mittels „Structural Health Monitoring“ in Verkehrsflugzeugen erprobt. An Defekten findet eine Umwandlung der Wellen statt, die sensorisch erfasst und zur Schadensdetektion mittels komplexer Algorithmen genutzt werden kann. Aufgrund ihrer elektro-physikalischen Eigenschaften ist der Einsatz piezokeramischer Wandler ideal für Schadensdetektion, Schadenslokalisierung und Schadensbewertung, da diese einen breiten Frequenzbereich bei geringer elektrischer Leistungsaufnahme im µW-Bereich abdecken.

Bild oben: Demonstrator eines vollintegriertem SHM-Netzwerks für den Schienenverkehr (Quelle: Invent GmbH)


Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung, Springer Professional

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