Prozessintegrierte Herstellung und Einbettung piezoelektrischer Sensormodule in sprühtechnisch gefertigte Faserverbundstrukturen

Die Zustandsüberwachung und Schadensdetektion von Leichtbaustrukturen aus Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) mittels integrierter Sensorsysteme, beispielsweise auf Basis piezokeramischer Wandler, gewinnt zunehmend an Bedeutung. Der Einsatz derartiger integrierter Systeme ist jedoch mit einer Erhöhung der Komplexität sowohl des Bauteils als auch des Herstellungsprozesses verbunden und bedingt oftmals zusätzliche Fertigungsschritte. Aufgrund ihrer Verfahrenscharakteristik und moderaten Prozessbedingungen sind Polyurethan-Sprühverfahren für die werkstoffliche Einbettung piezokeramischer Wandler sowie elektronischer Funktionselemente prädestiniert. Das Sprühen des Faser-Matrix-Gemisches ermöglicht eine schonende Einbettung der zu integrierenden Komponenten. Im Rahmen der Arbeit erfolgte die Entwicklung eines serienfähigen Verfahrens, welches die prozessintegrierte Herstellung und Einbettung neuartiger piezoelektrischer Sensormodule in sprühtechnisch gefertigte FKV ermöglicht. Dabei wurden erstmals die bisher separaten Prozessschritte Bauteilfertigung, Sensorfertigung und Einbettung des Sensors zu einem effizienten Gesamtprozess zusammengeführt und darüber hinaus die prozessspezifischen Vorteile des verwendeten Langfaserinjektionsverfahren (LFI-Verfahren) für die Integration der zugehörigen Auswerteelektronik genutzt.