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Selbstüberwachung

So sieht ein Aluminiumgussteil mit faseroptischen Sensoren aus (Foto: Prof. Dr. Johannes Roths)
So sieht ein Aluminiumgussteil mit faseroptischen Sensoren aus (Foto: Prof. Dr. Johannes Roths)

[31|10|2019]

In einem Forschungsprojekt erfassen Aluminiumbauteile Daten über ihre eigene Herstellung und Belastung

 

Gegossene Bauteile aus Aluminium sind in der modernen Produktionstechnik alltäglich, beispielsweise in Flugzeugen oder Automobilen. Deshalb ist es wichtig, dass diese Teile eine hohe Betriebssicherheit aufweisen. Prof. Dr. Johannes Roths, Fakultät für angewandte Naturwissenschaften und Mechatronik, forscht daran, diese Bauteile zukünftig mit einem Sensornetzwerk auszustatten, sodass sie selbst ihre Betriebsbelastungen und ihren Herstellungsprozess überwachen können, ähnlich wie es das Nervensystem in unserem Körper tut.

 

Bauteil und Messgerät in einem

Faseroptische Sensoren machen diese Beobachtung erst möglich: Sie ertragen nicht nur hohe Temperaturen und mechanische Spannungen, sondern können diese auch messen. Im Forschungsprojekt „In-Situ Dehnungsmessung während der Erstarrung und Abkühlung von Aluminiumlegierungen mittels regenerierter Faser-Bragg-Gitter“ werden speziell präparierte optische Sensorfasern schon während des Gießvorgangs mit in das Bauteil vergossen.

 

In den verwendeten Fasern sind regelmäßige Hindernisse für ein Lichtsignal verbaut. Diese Fasern sind dann im Alu-Bauteil enthalten und erfahren die gleiche Dehnung oder Stauchung wie das Bauteil selbst. Möchten die WissenschaftlerInnen wissen, welche Dehnung vorherrscht, wird ein Lichtsignal durch die Fasern gesendet, das die periodischen Hindernisse reflektieren. Je nachdem, wie gedehnt die Messfaser ist, reflektieren die Lichthindernisse andere Bestandteile des verwendeten Lichtspektrums zurück, da die Periode der Lichthindernisse bei Stauchung kleiner und bei Dehnung größer wird. Die verwendeten Sensoren heißen regenerierte Faser-Bragg-Gitter (RFBG). Das Labor für Photonik der Hochschule München stellt sie mithilfe eines laserbasierten Verfahrens her.

 

Ein wichtiger Vorteil der Fasersensoren ist, dass sich die Hindernisse an verschiedenen Stellen in der Faser platzieren lassen. Auf diese Weise kann an mehreren Stellen der gleichen Faser gemessen werden. So können die WissenschaftlerInnen auch erfassen, wie die Belastungen innerhalb des Bauteils verlaufen. Derzeit arbeiten sie daran, durch einen speziellen Aufbau der Sensoren neben der Dehnung auch gleichzeitig die Temperatur zu erfassen, um damit noch mehr Informationen zu gewinnen.

 

Herstellung und Betrieb von Aluguss intelligent steuern

Da die Sensoren auch unter den rauen Bedingungen während des Gießvorgangs betrieben werden können, ermöglichen sie damit auch neue Erkenntnisse über das Herstellungsverfahren. Weichen die erfassten Messwerte bei der Herstellung der Aluminiumgussteile von den vorgesehenen Werten ab, so wäre es dank der Sensoren frühzeitig möglich, in den Prozess einzugreifen. Diese Kontrolle könnten im Sinne der intelligenten Fabrik auch Algorithmen übernehmen. Zukünftig wäre auch denkbar, die Sensoren des Teils für die Erfassung von auftretenden Temperaturen und Lasten während des Betriebs zu nutzen, sodass bei Überlastung gewarnt wird, beispielsweise bei Flugzeugen.

 

 

Cathrin Cailliau

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