HILITES

Intelligente Strukturen aus modernen Materialien weisen neben ausgezeichneten mechanischen Merkmalen (Elastizität, Stabilität, Gewicht) zusätzliche inhärente sensorische/aktuatorische Eigenschaften, mikroprozessorbasierte Datenverarbeitung sowie Echtzeitkontrollfähigkeiten als integrale Bestandteile auf. Prinzipiell handelt es sich dabei um intelligenzfähige, elektronische Strukturbauteile. Neuartige Sensorsysteme und Integrationskonzepte zusammen mit solchen intelligenten elektronischen Strukturen sollen herkömmliche Werkstoffe vor allem in sicherheitsrelevanten Anwendungen in Zukunft ersetzen. Solche Anwendungen sind vor allem im Luft- und Raumfahrbereich, in Windkraftanlagen sowie im Fahrzeugbau zu finden. Besonders die Fahrzeugindustrie weist einen stetig wachsenden Bedarf an leichten, aber auch sicheren Strukturen für die Verwendung in Elektrofahrzeugen auf.

Für intelligente Strukturen können verschiedene Sensorprinzipien verwendet werden. Besonders bieten sich Sensoriken mit integraler Prüfmethode an, die den Vorteil besitzen, weder zeitintensiv noch auf rein etappenweise Untersuchungen begrenzt zu sein. Sogenannte Structural Health Monitoring (SHM)-Systeme ermöglichen eine solche ganzheitliche und schnelle Prüfung kritischer Bereiche. Insbesondere passive, auf Körperschall basierende Systeme machen einen Schaden in Echtzeit hörbar und haben sich im Speziellen im modernen Leichtbau mit Faserverbunden als wirkungsvoll erwiesen. Im Einsatz unterscheiden sich Faserverbundstrukturen von klassischen Metallstrukturen dadurch, dass Schäden nicht immer optisch erkennbar sind, sondern erst mit teilweise aufwändigen Verfahren sichtbar gemacht werden müssen. Etwa in der Luftfahrtindustrie ist es üblich, kritische Bereiche aus Faserverbundwerkstoffen am Flugzeug regelmäßig auf Impact- bzw. Schlagschäden mit aufwändigen Ultraschallverfahren zu prüfen, um auch im laufenden Betrieb die Struktursicherheit zu gewährleisten. Hier wären SHM-Systeme besonders vorteilhaft, jedoch ist deren Einsatz derzeit hauptsächlich auf Spezialanwendungen begrenzt. Grundsätzlich stellen die hohen Anforderungen in der Luft- und Raumfahrtbranche solche Systeme vor eine Hürde, da die Funktionsfähigkeit der Monitoring-Systeme stets gewährleistet sein muss. So muss einerseits die Schadenserkennung stichhaltig und andererseits das System selbst ausfallsicher bzw. zuverlässig sein.

Das Projekt „HiLiteS“ hat daher die Erforschung und Entwicklung einer zuverlässigen, elektronischen Hardware als integraler Bestandteil von intelligenten Strukturen mit innovativen Selbstdiagnosefähigkeiten als Schwerpunkt. Somit wird neben der Struktur selbst auch der Zustand des Überwachungssystems prüf- und bewertbar. Nach der Ausarbeitung von neuen Hardwarekonzepten für die Sensorik mit mikroprozessorbasierter Elektronik müssen auch aussagekräftige Diagnosemethoden entwickelt und Untersuchungen zur Auswirkung von Sensorschädigungen durchgeführt werden. Diese Arbeiten sind wichtig, um zu verstehen, wie die Zuverlässigkeit solcher „elektronischer Werkstoffe“ in Zukunft systematisch und damit immer schneller verbessert werden kann. Die Untersuchungen und Methodenentwicklungen erfolgen mit Basisgeometrien aus modernen Leichtbau- bzw. Faserverbundwerkstoffen, welche durch die Hardwareintegration die intelligenten Teststrukturen für die Selbstdiagnoseentwicklung stellen. Im Projekt sind sowohl Ansätze mit passiven als auch aktiven, sensorischen Hardwareelementen zur Selbstdiagnose geplant, wobei die einzelnen Verfahren zu konzipieren und zu erproben sind. Dazu sind mehrteilige Versuchsreihen geplant, bevor die Entwicklungsrichtung festgelegt wird. Die zentralen Entwicklungen werden iterativ von Tests und experimentellen Versuchen begleitet, welche wiederum auf die neue Hardware und den zuvor festgelegten Anforderungen abgestimmt werden. Am Ende des Projekts sollen die, bei der iterativen Vorgehensweise gewonnenen, Erkenntnis in einem Demonstratorsystem mit funktionstüchtiger Selbstdiagnostik für intelligente Strukturen münden.