Adaptronik in Tretkurbel erfasst mechanische Belastung

Durch eine gießtechnische Integration elektronischer und adaptronischer Funktionselemente bieten laut Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung in Bremen so genannte Casttronics im Gegensatz zu konventionellen Gussteilen erweiterte elektronische, sensorische oder aktorische Funktionalitäten, wie eine der Demonstrator einer funktionsintegrierten Druckguss-Tretkurbel zeigt.

Dabei messen zwei integrierte Piezosensoren die während des Betriebes ins Bauteil eingeleiteten Druck- und Zugkräfte. Diese Daten werden elektronisch aufbereitet, digitalisiert und drahtlos an ein Auswertungssystem übertragen. Das Besondere bei der Tretkurbel ist, so das Institut, dass die Sensoren direkt in die Bauteilstruktur eingegossen wurden und somit eine Messung der Belastungen direkt am Ort ihrer Wirkung ermöglichen – in der Bauteilstruktur selbst.

Bei der Tretkurbel werden die Piezosensoren direkt in die Bauteilstruktur eingegossen und sind somit verlust- und beschädigungsfrei mit dem Bauteil verbunden. Die integrierte Elektronik ist vor Verschmutzung, Staub und Flüssigkeiten während der Fertigung und Montage sowie im betrieblichen Einsatz geschützt, meldet das Intitut.

Darüber hinaus wird die Anbindung der Sensor- beziehungsweise Aktorelemente an die Materialstruktur verbessert. Durch die gießtechnische Integration der Funktionselemente entfallen zusätzliche Bearbeitungs- sowie Fügeprozesse und bieten Potenzial zur Kostenreduzierung in der Fertigung metallischer Bauteile mit integrierter Sensorik

Bauteilintegrierte Piezokeramiken bieten sowohl Ansätze für sensorische als auch aktorische Funktionen. Wie das Institut erläutert, ermöglichen ihre sensorischen Eigenschaften das Detektieren mechanischer Belastungen der Bauteilstruktur durch Druck- und Zugkräfte sowie im Bauteil herrschende Schwingungen.

Durch die Kenntnis der in einem Bauteil herrschenden Belastungen kann eine Zustandsüberwachung von Gussbauteilen realisiert werden. Beispielsweise können die Sensordaten in Echtzeit ermittelt werden und somit vor aktueller Überlastung und Schädigung der Bauteile warnen, zum Beispiel bei Sicherheitsbauteilen.

Alternativ können die Sensordaten über einen erforderlichen Zeitraum gespeichert werden, um den Lebenszyklus eines Bauteils termingerecht auszuwerten, beispielsweise optimierte Wartungszyklen.

Durch eine Kombination aktueller Belastungsdaten eines Bauteils und der Möglichkeit, das Verhalten eines Bauteils oder dessen System aktiv zu beeinflussen, können Überlastungen erkannt und Beschädigungen vermieden werden. Als Beispiele nennt das Institut aktive Schwingungsdämpfung und Eingriff in die Bauteilakustik.

Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung in Bremen Themenpark Adaptronik, Halle 2, Stand D34