Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen wie Rotoren von Windenergieanlagen, Fahrgastzellen von Elektroautos wie dem BMW i3 und Leitwerke von Flugzeugen lassen sich nur mit großem Aufwand auf Schäden hin überprüfen. Das ist wegen der langen Anfahrt und häufigen Wetterkapriolen vor allem ärgerlich bei Windgeneratoren auf hoher See. Jetzt haben Ingenieure am Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik der Technischen Universität Dresden Sensoren entwickelt, die während der Bauphase in die Faserstruktur integriert werden. Es handelt sich um Kohlenstofffasern, die auf eine Dehnung mit einer Änderung ihres Widerstandes reagieren. Piezoresistiver Effekt nennt sich dieses Phänomen. Dehnungen in Rotorblättern treten beispielsweise bei heftigen Sturmböen auf. Oder bei Strukturschäden, verbunden mit Verschleiß durch Alterung.


Sensoren
BeschädigteTextilmembran an Teilen der Dachkonstruktion des Dresdner Hauptbahnhofes

Reparaturen lassen sich vermeiden

Mit dieser Technik lassen sich Schäden frühzeitig erkennen und sogar lokalisieren, wichtig bei derzeit 75 und künftig gar 90 Meter langen Rotorblättern und meterhohen Leitwerken von Flugzeugen, um sich endlose Sucherei zu ersparen. „So erkennen wir frühzeitig potenzielle Schadstellen und können aufwendige Folgereparaturkosten vermeiden“, so Institutsleiter Professor Chokri Cherif. Das Verfahren ist auch für die Umwelt wichtig, weil die Bauteile länger halten. Sie lassen sich kaum recyceln, außer man zählt das Verbrennen dazu.

Außerdem spart es Material ein. Hoch belastete Bauteile werden oft überdimensioniert, um die Gefahr von Strukturschäden zu verringern. Das ist, wenn sich das Verfahren durchsetzt, künftig nicht mehr nötig. Carbon Rotec, ein Hersteller von Rotorblättern in Lemwerder bei Bremen, will die Sensoren künftig in seine Produkte integrieren.


Pflaster für Bauteile aus Faserverbundmaterial

Während sich schwerere Schäden früher überhaupt nicht reparieren ließen, haben Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt eine Art Pflaster für Schadstellen entwickelt. Sie werden zunächst mit Laserhilfe freigelegt. Der „Verband“ besteht aus Glas- oder Kohlenstofffasern, die genauso gelegt werden wie ursprünglich. Sie ragen zudem in den gesunden Bereich hinein, um Brüche zu verhindern.

Eine Stahlplatte, die induktiv erwärmt wird (also durch ein elektromagnetisches Feld) presst die Fasern in den harzigen Untergrund, weil dieser ein wenig aufweicht. Dadurch verbinden sie sich mit dem Untergrund und den Rändern der Schadstelle.

via TU Dresden

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