Faserverbundwerkstoffe Structural Health Monitoring (SHM) erkennt Schäden an Faserverbundbauteilen

Das Fraunhofer LBF präsentiert auf der Composites Europe eine automatisierbare Überwachung von Faserverbundstrukturen mit integrierten Sensoren. Damit lassen sich künftig Kosten und Gewicht bei der Konstruktion von Flugzeugen einsparen.

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Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

Faserverbundwerkstoffe bieten aufgrund ihres Leichtbaupotentials besondere Vorteile im Luftfahrtbereich. Diese Leichtbauvorteile lassen sich aufgrund des komplexeren Schädigungsverhaltens im Vergleich zu metallischen Werkstoffen nicht immer voll ausschöpfen. In der Luftfahrt stellt etwa der Impact durch Fremdkörper bei Faserverbundstrukturen ein besonderes Gefahrenpotential dar, begrenzt die Einsatzbereiche und führt häufig zu großen Sicherheitsfaktoren, die eine gewisse Überdimensionierung erfordern.

SHM reduziert Inspektionsaufwand von Faserverbundstrukturen

Das vom Fraunhofer LBF vorgestellte Structural Health Monitoring (SHM) ist wie das Nervensystem eines Bauteils. Dabei registrieren Sensoren und eine Auswerteelektronik äußere Einwirkungen und spüren Schäden auf. Als Messwertaufnehmer dienen u. a. elektrische und optische Dehnungsmessstreifen sowie Piezofasermodule und Beschleunigungsaufnehmer. Bei der Integration verschiedener Sensortechnologien in die Fertigung von Flugzeugstrukturen arbeitet das Fraunhofer LBF interdisziplinär und intensiv mit Unternehmen der Sensortechnik und der Verbundwerkstoffherstellung zusammen. Den strukturellen Teil des in Stuttgart gezeigten Flügels baute das Fraunhofer LBF gemeinsam mit der Hochschule Darmstadt, unterstützt von Evonik Röhm, Saertex und Hexion. Sensoren im Inneren des Flügels messen die strukturellen Belastungen. Dazu wurden bei seiner Herstellung acht Piezo-Module des Fraunhofer LBF, 18 elektrische sowie 16 optische Belastungssensoren von HBM und Sensorbeschichtungen von Fujifilm Prescale integriert. Die Belastung auf der Ober- und Unterseite des Flügels wird mit einer Rate von bis zu 200Hz gemessen. Sobald die Daten die definierte Belastungsgrenze überschreiten, ertönt ein Alarmsignal. Eine Software von HBM speichert und analysiert alle Daten der elektrischen und optischen Messungen.

SHM kann Überdimensionierung von Faserverbundbauteilen verringern

Dank neuer SHM-Systeme lassen sich Kosten, Gewicht und Wartung reduzieren, Leichtbaustrukturen können so ihre Vorzüge noch stärker ausspielen. Selbstdiagnose verkürzt Stillstandzeiten und Gewichtsreduktion senkt den Treibstoffverbrauch. Die kontinuierliche Überwachung der Flugzeughülle, auch in schwer zugänglichen Bereichen, verringert den Inspektionsaufwand.

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