HOME | IMPRESSUM | ENGLISH    Fachartikel | Mikro-Nano-Integration | Innovation | Markt- und Messeberichte | Neue Produkte | News |      NEWS --- Aus der Forschung --- Leichter, kostengünstiger und umweltfreundlicher Fliegen mit „Structural Health Monitoring“ Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF präsentiert bei der 4. „Composites Europe“ vom 27. bis 29. Oktober 2009 in Stuttgart ein spektakuläres vier Meter hohes Exponat - das mit neuester Sensortechnologie ausgestattete SHM Flügel-Mock-Up eines Leichtflug- zeugs. Faserverbundwerkstoffe bieten aufgrund ihres Leichtbaupotentials besondere Vorteile im Luftfahrtbereich. Diese Leichtbauvorteile lassen sich aufgrund des komplexeren Schädigungsverhaltens im Vergleich zu me- tallischen Werkstoffen nicht immer voll ausschöpfen. In der Luftfahrt stellt etwa der Impact durch Fremd- körper bei Faserverbundstrukturen ein besonderes Gefahrenpotential dar, begrenzt die Einsatzbereiche und führt häufig zu großen Sicherheitsfaktoren, die eine gewisse Überdimensionierung erfordern. Sensoren, die zum Beispiel im Flügel äußerlich nicht sichtbare Strukturschäden frühzeitig erkennen, können den In- spektionsaufwand reduzieren. Die Betriebssicherheit der Struktur wird durch die Auslegung und Inspektio- nen in regelmäßigen manuellen Intervallen gewährleistet. Durch ergänzende automatisierbare Überwachung mit strukturintegrierten Sensoren lassen sich künftig Kosten und Gewicht einsparen. SHM – Das Nervensystem des Bauteils Die Grundidee: Structural Health Monitoring (SHM) ist wie das Nervensystem eines Bauteils. Sensoren und eine Auswerteelektronik registrieren äußere Einwirkungen und spüren Schäden auf. Vor allem Fremdkörper, wie Hagel- oder Vogelschlag, stellen eine große Gefahr für Flugzeuge dar. Aber auch Steinschlag durch Splitt auf der Rollbahn oder Schäden durch fallendes Werkzeug bei Wartungsarbeiten kom- men vor. Bei Faserverbundstrukturen und Sandwichbauweise sind solche Schäden nur selten von außen sicht- bar. Die Betriebssicherheit wird deshalb bisher durch umfangreiche Inspektionen und entsprechende Ausle- gung der Bauteile gewährleistet. 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 Be- reichen, verringert den Inspektionsaufwand. 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 Fraun- hofer 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 Soft- ware von HBM speichert und analysiert alle Daten der elektrischen und optischen Messungen. Clean Sky JTI: Umweltfreundliche Technologie für die Luftfahrtindustrie Die Strukturüberwachung wird auch innerhalb der „Clean Sky Joint Technology Initiative“ weiterentwickelt, die Fliegen umweltfreundlicher machen will. Die „Clean Sky Joint Technology Initiative“ will die Belastungen der Umwelt durch Lufttransporte deutlich verringern und gleichzeitig die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Luftfahrtindustrie stärken. Mit einem Budget von 1,6 Milliarden Euro ist es das größte europäische Forschungsprogramm zu diesem Thema. Die Fraunhofer-Gesellschaft ist neben namhaften Industrieunternehmen einer der Partner der Initiative, wobei sämtliche Aktivitäten der Fraunhofer-Institute vom Fraunhofer LBF in Darmstadt koordiniert werden. Vier Meter langes Flügel-Mock-Up eines Leichtflugzeugs aus Faserverbundwerkstoff mit integrierten Sensoren für die Strukturüberwachung (SHM) im Flug. Foto: Fraunhofer LBF Sensor im Inneren des Flugzeugflügels Foto: Ursula Raapke ©Fraunhofer LBF Kontakt: Anke Zeidler-Finsel Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF Bartningstr. 47 64289 Darmstadt Tel.: 06151 705-268 Fax: 06151 705-214 E-Mail: anke.zeidler-finsel@lbf.fraunhofer.de www.lbf.fraunhofer.de [zurück]