In-situ-Dehnungsmessung während der Erstarrung und Abkühlung von Aluminiumlegierungen mittels regenerierter Faser-Bragg-Gitter

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander W. Koch; Professor Dr. Johannes Roths; Professor Dr.-Ing. Wolfram Volk
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 272154571

Eine bauteilintegrierte Sensorik kann die Überwachung von Aluminium-Gussbauteilen sowohl in der Produktion als auch im Betrieb während ihrer gesamten Nutzungsdauer ermöglichen. Durch die Verfügbarkeit von während des Gießprozesses in situ erfassten Sensordaten können bestehende, den Gießprozess beschreibende Modelle weiterentwickelt werden. Diese erlauben künftig ein besseres Verständnis von Gießprozessen und deren Optimierung mit Hilfe offener Regelkreise. Darüber hinaus können mit Hilfe der bauteilintegrierten Sensorik Abweichungen von Sollgrößen während des Gießprozesses frühzeitig erkannt und mögliche Funktionsbeeinträchtigungen des Bauteils im Sinne der Qualitätssicherung des Bauteils bewertet und geeignete Handlungsempfehlungen für den nächsten Abguss gegeben werden. Zur Betriebsüberwachung erfassen die eingegossenen Dehnungssensoren die Belastungshistorie des Bauteils während des Einsatzes und erkennen möglicherweise kritische, sicherheitsgefährdende Belastungszustände. Dies ermöglicht u. a. eine Verbesserung der Betriebssicherheit, zum Beispiel nach Missbrauchslasten. In Anlehnung an entsprechende Konzepte bei Faser-Verbundwerkstoffen sollen in dem hier beantragten Vorhaben faseroptische Sensornetzwerke auf Basis von Faser-Bragg-Gittern (FBG) als bauteilintegrierte Sensorik betrachtet werden. Die faseroptischen Sensoren werden dabei während des Gießvorgangs mit in das Bauteil vergossen. Der Einsatz hochtemperaturstabiler und driftreduzierter FBG ermöglicht die Untersuchung der entstehenden Dehnungen während des Erstarrungsprozesses bei hohen Temperaturen. Grundlage hierfür ist die erstmalige Ermittlung der Dehnungsempfindlichkeit und anderer Sensorcharakteristika von FBG bei hohen Temperaturen im Rahmen dieses Forschungsvorhabens. Die ermittelten Sensorparameter bei hohen Temperaturen dienen zur Erstellung eines FE-Sensormodells, mit dessen Hilfe aus den Sensordaten auf den durch die Sensorfaser ungestörten Dehnungszustand des Aluminiums und ggf. auf Eigenspannungen zurückgeschlossen werden soll. Die während des Gießvorgangs ermittelten FBG-basierten Dehnungswerte sollen mit neutronendiffraktometrisch erzielten Referenzmessungen in der Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz verifiziert werden. Darüber hinaus soll in dem hier beantragten Vorhaben die Anwendung des Sensorverfahrens zur Erfassung von Eigenspannungen in einem realen Verbundgussbauteil demonstriert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen