SINA - Sensorintegration in Aluminiumguss
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Projektes war die Untersuchung einer neuartigen Technologiekombination, um im Aluminiumguss gefertigte Bauteile mit sensorischer Funktionalität auszustatten. Die im Projekt hergestellten und eingebetteten Sensoren können Druck- und Zugkräfte direkt im Bauteil erfassen und statten Bauteile im Druckguss, sowie Kokillenguss mit sensorischer Funktionalität aus. Um die Rückwirkung des eingebrachten Sensorelements auf die Eigenschaften des Bauteils zu untersuchen, wurden Dauerschwingversuche durchgeführt. Nachdem im Projektverlauf die Versuchsprobengeometrie festgelegt wurde, konnten Gussbauteile mit eingegossenen Substraten aus Stahl und Aluminium mit Gussbauteilen ohne Substrate in Dauerschwingversuchen getestet und miteinander verglichen werden. Die Dauerschwingversuche haben gezeigt, dass eine Schwächung des Bauteils durch das eingegossene Substrat stattfindet. Dies kann durch die Miniaturisierung von Substrat und Sensor, sowie die Verstärkung des Bauteils, z. B. durch Stoffschluss zwischen Substrat und Gussmatrix, ausgeglichen werden. Der Sensor ist in der Lage das Versagen der Gussmatrix zu erfassen, wenn er nahe der neutralen Faser platziert ist. Eine Überraschung im Projektverlauf war, dass Einlegeteile beim Eingießen nicht von der Gussmatrix „aufgeschrumpft“ werden, sondern, dass sich dazwischen ein Spalt bildet. Diese Erkenntnis ist insofern wichtig, weil bei eingegossenen Einlegeteilen eine feste Anbindung an die Gussmatrix angestrebt wird, sei es zur Verstärkung der Gussbauteile oder zur Anbindung eines Sensors daran. Diese Erkenntnis sollte bei Folgeprojekten zwingend berücksichtigt werden. Das Projekt wurde erfolgreich abgeschlossen. Mit mehreren Forschungspartnern aus der Industrie, welche Interesse an sensorischen Bauteilen im Aluminiumguss haben, wurden trilaterale Forschungstransferanträge geschrieben. Inhalt der Forschungsanträge ist die konsequente Weiterentwicklung der Sensortechnologie, sowie die Einbettung in sicherheitskritische Bauteile im KFZ-Bereich. Weiterhin ist aus dem Projekt eine Kooperation im Bereich der Sensorintegration in Stahlbauteile mit einer Forschergruppe aus Ohio, USA um Prof. Eric MacDonald entstanden. Die Stahlbauteile werden dabei im 3D-Druck-Verfahren Laserauftragsschweißen hergestellt. Der 3D-Druckprozess wird für die Aufbringung des Sensors auf dem gedruckten Material unterbrochen und anschließend fortgesetzt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Sensor Integration in Castings Made of Aluminum - New Approaches for Direct Sensor Integration in Aluminum High Pressure Die Casting, Key Engineering Materials 742 (2017) 786-792
R. Tiedemann, C. Pille, G. Dumstorff, W. Lang
(Siehe online unter https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.742.786) - Smart aluminum components: Printed sensors for integration into aluminum during high-pressure casting; Journal of Manufacturing Processes, 26 (2017) 166-172
G. Dumstorff, C. Pille, R. Tiedemann, M. Busse, W. Lang
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2017.02.006) - Integrating sensors in castings made of aluminum – new approaches for direct sensor integration in gravity die casting; Procedia Manufacturing 24 (2018), p 179-184
R. Tiedemann, M. Fischer, M. Busse, W. Lang
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.promfg.2018.06.042) - „Combination of thin-film strain gauge and thick-film insulation: A technology approach to fabricate an aluminum-based short term high temperature resistant strain gauge”. 30th Micromechanics and Microsystems Europe workshop, Oxford, (2019)
R. Tiedemann, D. Lepke, W. Lang
- A Combined Thin Film/Thick Film Approach to Realize an Aluminum-Based Strain Gauge Sensor for Integration in Aluminum Castings. Sensors, 20 (2020), 3579
R. Tiedemann, D. Lepke, M. Fischer, C. Pille, M. Busse, W. Lang
(Siehe online unter https://doi.org/10.3390/s20123579) - Hybrid Directed Energy Deposition for Fabricating Metal Structures with Embedded Sensors for the Oil and Gas Industry, Offshore Technology Conference, 4-7 May, Houston, Texas, (2020)
M. Juhasz, R. Tiedemann, G. Dumstorff, J. Walker, A. Du Plessis, B. Conner, W. Lang, E. Mac- Donald
(Siehe online unter https://doi.org/10.4043/30706-MS) - Hybrid Directed Energy Deposition for Fabricating Metal Structures with Embedded Sensors. Additive Manufacturing, 35 (2020)
M. Juhasz, R. Tiedemann, G. Dumstorff, J. Walker, A. Du Plessis, B. Conner, W. Lang, E. Mac-Donald
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101397)
