Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Reproduzierbare Applikation von drahtloser Sensorik in technischen Textilien für Faser-Kunststoff-Verbundbauteile auf Basis passiver RFID-Sensortags

Das übergeordnete Forschungsziel des Projektes READSET besteht darin drahtlose Sensorik auf Basis von RFID-Technologie reproduzierbar und automatisiert bauteilspezifisch in Bauteile aus Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV), zu integrieren. Die Sensorik soll dabei in der Lage sein die Temperatur während des Fertigungsprozess von FKV-Bauteilen zu überwachen und darüber hinaus die mechanische Dehnung in den Bauteil während der Nutzungsphase (SHM) zu erfassen.

Das Projekt gliedert sich insgesamt in sechs aufeinander aufbauende Arbeitspakete. Zu Beginn werden die Anforderungen in enger Zusammenarbeit mit dem projektbegleitenden Ausschuss bezüglich Sensorik und deren Applikation in einem (teil)automatisierten Fertigungsprozesses festgelegt. Daraus aufbauend werden Konzepte für die Sensorik und Handhabung während des Fertigungsprozesses erarbeitet sowie die hard- und softwareseitigen Schnittstellen festgelegt. Anschließend erfolgt die Entwicklung einer entsprechenden Handhabungseinheit sowie der drahtlosen Sensorik. Abschließend werden Sensorfunktion, Applikationsprozess sowie die mechanische Integrität von Bauteilen mit integrierter Sensorik validiert und die Ergebnisse in einem gemeinsamen Abschlussbericht zusammengefasst.

Durch das Projekt werden zum einen neue Erkenntnisse und Technologien für den Einsatz von drahtloser Sensorik in FKV-Bauteilen entstehen. Zum anderen wird ein Verfahren entwickelt, welches eine prozesssichere und intelligente Fertigung von FKV-Bauteilen mit integrierter Sensorik ermöglicht. Die im Projekt gewonnenen Lösungen werden in sämtlichen Branchen, die FKV-Bauteile herstellen und nutzen, Einsatzmöglichkeiten finden. Insbesondere KMU aus den Bereichen FKV-Fertigung sowie RFID-Technologie werden von dem beantragten Projekt profitieren.

Ergebniszusammenfassung:

Innerhalb des Forschungsprojektes konnte ein draht- und batterieloser Sensor ("Sensortag") auf Basis von passiver RFID-Technik entwickelt und aufgebaut werden, welcher in Bauteile aus Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) eingebettet werden kann. Durch die Möglichkeit, das Sensortag im Lagenaufbau zu positionieren, ist mit dem integrierten Temperatursensor eine genauere Prozessüberwachung beim Vakuuminfusionsverfahren möglich.

Durch Verwendung der Sensortags ist eine Verkürzung der Aushärtezeit erreichbar, indem durch Temperaturüberwachung im Inneren der tatsächliche Härtungszustand besser geschätzt werden kann. Dies ermöglicht eine Senkung der durch lange Härtezeiten entstehenden Kosten sowie eine Senkung des Energieverbrauchs bei der Herstellung von FKV.

Zudem lässt sich durch Überwachung der Fließfront im Inneren des Bauteils mit den eingebetteten Sensoren eine verbesserte Produktqualität erreichen. Dies trägt gleichermaßen zur Reduktion von Ausschuss bei und verbessert so die Nachhaltigkeit.

Zudem können die integrierten Dehnungsmessstreifen (DMS) auf dem Sensortag für ein späteres Strucuture Health Monitoring (SHM) des sensorintegrierten Bauteils genutzt werden. Dies wurde durch Biegeversuch an FKV-Proben mit integrierten Sensortags gezeigt.

Um die Sensortags in einer automatisierten FKV-Fertigung zu applizieren, wurde im Forschungsprozess außerdem eine Handhabungseinheit für eine automatisierte Applikation der Sensortags auf technische Textilien entwickelt, aufgebaut und in Betrieb genommen. Innerhalb von Applikationsversuchen konnte gezeigt werden, dass eine positionsgenaue Applikation der Sensortags durchführbar ist. Zudem ist durch einen integrierten RFID-Reader an der Handhabungseinheit eine direkte Kommunikation der Fertigungsanlage mit den Sensortags realisierbar. Dies bereitet den Weg für fortschreitende Automatisierung der FKV-Produktionsprozesse und damit eine kostengünstige Anwendbarkeit der Sensorintegration im Rahmen von automatisierter Fertigung.