Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Segeln mit Nerven aus Glas

02.07.2012
Im Rennsport können winzige Details über Sieg oder Niederlage entscheiden. Die Hersteller von Rennyachten suchen daher ständig nach neuen Technologien, um Boote und Besegelung zu optimieren. Eine ausgetüftelte Sensorik hilft jetzt, Grenzen zu überschreiten.

Die Sehnsucht nach immer neuen Rekorden hat den Bootsbau zu einem Hightech-Geschäft gemacht. Die Rennyachten, die heute bei den internationalen Regatten an den Start gehen, sind auf Höchstgeschwindigkeit getrimmte Sportgeräte.


Um zu messen, welche Kräfte auf das Segel wirken, haben die Forscher es mit einem Netz aus Glasfasern versehen. © Fraunhofer HHI

Seit Jahrzehnten werden die Boote optimiert, doch unlängst schien die Grenze erreicht: Bei der fünften Etappe des »Volvo Ocean Race« im Frühjahr 2012 von Neuseeland nach Brasilien erreichte nur eines von sechs Teams ohne technische Probleme das Ziel – alle anderen mussten unterbrechen oder aufgeben. Die Regatta eskalierte zur Materialschlacht.

Dabei sind die Yachten die besten der Welt: »Diese Boote sind sehr gut gebaut«, beteuert Ian Walker, Skipper des Teams Abu Dhabi Ocean Racing. »Ich glaube nur, wir nehmen sie zu hart her und sie sind so steif und so leicht, dass ich glaube, sie müssen zwangsläufig brechen.« Wie also baut man Yachten, die schneller sind als der Wind und doch so stabil, dass sie den harten Bedingungen auf hoher See trotzen können?

Mit Sensorik auf Kurs gebracht

Ein neues Sensorsystem vom Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik HHI kann helfen, Schwachstellen rechtzeitig aufzuspüren und Segler warnen, wenn die Belastungsgrenze erreicht ist. Prof. Dr. Wolfgang Schade und sein Team in der Projektgruppe Faseroptische Sensorsysteme in Goslar haben Nerven aus Glas entwickelt, mit denen sich die Kräfte messen lassen, die auf Rümpfe, Masten und Segel wirken. Eigentlich wurde die Technik für das Monitoring von Windkraftanlagen erarbeitet. Dort sind Rotorblätter und Kabel hohen Belastungen ausgesetzt. »Mit faseroptischen Sensoren können wir Delaminationen oder auch Risse in einem frühen Stadium detektieren – lange bevor Brüche oder Ausfälle auftreten«, erklärt der Physiker. »Man benötigt nur ein Glasfaserkabel. In dieses lassen sich Dutzende von Sensoren integrieren.«

Das Herzstück der neuen Technik sind »Faser-Bragg-Gitter«, mikroskopische Strukturen, die in definierten Abständen in die Glasfaser integriert sind, und die den Brechungsindex verändern. Licht, das durch die Glasfaser rast, wird von diesen Gitterpunkten reflektiert. Die Wellenlänge des reflektierten Lichts ist abhängig vom Abstand der mikroskopischen Strukturen: Jede Dehnung oder Stauchung der Glasfaser verändert die Wellenlänge. Um das Reflexionsspektrum schnell und kostengünstig messen zu können, haben die Forscher ein Mini-Spektrometer entwickelt. Es besteht aus einem Chip, der Licht in verschiedene Frequenzen aufspaltet. Durch Analyse des Frequenzspektrums können die Experten Rückschlüsse ziehen auf die Kräfte, denen die Glasfaser gerade ausgesetzt ist.

Die Idee, die Messtechnik auch auf Segelbooten einzusetzen, kam Schade während eines Törns im Herbst 2010: »Beim Segeln geht es darum, den Wind optimal zu nutzen und möglichst schnell zu sein, gleichzeitig muss man aber verhindern, dass die Belastungsgrenze überschritten wird. Faseroptische Sensoren können dabei helfen, die Kräfte, denen Rumpf, Mast und Segel ausgesetzt sind, während der Fahrt in Echtzeit zu bestimmen.« Dass sich die Sensoren eignen, um den Segelsport voranzutreiben, konnte Schade wenige Monate später beweisen. Auf der Düsseldorfer Bootsmesse lernte er Jens Nickel kennen, den Chef der Segelwerkstatt Stade. In Nickels Werkstatt wurden in Zusammenarbeit mit dem Tuchhersteller Dimension Polyant ein Großsegel und eine Genua mit einem Spinnennetz aus Glasfasern, das 45 Messpunkte enthielt, versehen und beim anschließenden Probetörn vermessen. »Es stellte sich heraus, dass die Zugspannung im Segelkopf, ganz oben im Segel, höher war als bisher angenommen«, so Nickel. »Die Belastung im Schothorn, dem unteren, hinteren Teil des Segels und im gesamten Achterlieksbereich, der das hintere Ende eines Segels bildet, waren hingegen geringer als gedacht.« Die Segelwerkstatt Stade nutzte die Daten sofort, um die Verarbeitung ihrer Segel zu optimieren. Die stark belasteten Bereiche wurden verstärkt, in den weniger beanspruchten Zonen setzt der Segelmacher jetzt leichteres Material ein.

Als nächstes wollen Schade und sein Team die Messtechnik fit machen für den Einsatz im Wettkampf. »Wir haben jetzt Segellatten mit faseroptischen Sensoren ausgerüstet, die Sportlern künftig dabei helfen können, den optimalen Trimm zu finden. Das ist die Segelstellung, mit der das Boot bei bestimmten Wind- und Wellenverhältnissen am schnellsten ist«, so Schade. Die faseroptischen Sensoren und die angeschlossene, zigarettenschachtelgroße Messtechnik, die LED-Lichtquelle, Spektrometer und Elektronik enthält, liefern erstmals reproduzierbare Werte, die anzeigen, in welchen Bereichen zu viel oder zu wenig Druck herrscht oder wie sich die Belastungszonen verschieben, wenn beispielsweise die Schoten dichter geholt werden.

Die Ergebnisse der Sensortechnik sollen an Bord jederzeit und überall abrufbar sein – eine App, die das Abrufen der Echtzeitdaten via Smartphone erlaubt, hat Schades Team bereits entwickelt. Das neue Messsystem kommt unter dem Markenamen NextSailSystem demnächst auf den Markt.

Prof. Dr. Wolfgang Schade | Fraunhofer Forschung Kompakt
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2012/juli/segeln-mit-nerven-aus-glas.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Industrie 4.0: Fremde Eindringlinge im Unternehmensnetz erkennen
16.04.2018 | Fraunhofer-Institut für Sichere Informationstechnologie SIT

nachricht Die Thermodynamik des Rechnens
11.04.2018 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics