SINA - Sensorintegration in Aluminiumguss
Kurzfassung:
Im Rahmen des Projektes ?SINA“ – Sensorintegration in Aluminiumguss - werden piezoresistive Sensoren zur direkten Einbettung in Bauteile aus Aluminium w?hrend des Gussprozesses entwickelt. Durch die Integration w?hrend des Gussprozesses entsteht eine formschlüssige Verbindung zwischen Sensor und Bauteil, dies erm?glicht die Messung der mechanischen Belastung direkt an relevanten Punkten im Bauteil.
Zielsetzung:
Innerhalb des Projektes werden am IMSAS neuartige Technologie- und Materialkombinationen untersucht, die es erm?glichen Sensoren zu fertigen, die thermomechanisch hoch belastbar sind, um die Integration in Aluminiumguss bei Temperaturen von ca. 700 °C zu überstehen. Dabei soll die mechanische und thermische Beeinflussung des Bauteils durch den Effekt des Fremdk?rpers untersucht und minimiert werden. Um die Sensoren vollst?ndig in Bauteile integrieren zu k?nnen, muss zus?tzlich eine Technologie entwickelt werden, um die elektrischen Leitungen vom Sensor durch das Bauteil nach au?en zu führen.
Projektbeschreibung:
Bisher werden Dehnungsmessstreifen zur Strukturüberwachung, auch bekannt als ?Structural Health Monitoring", an der Oberfl?che von Bauteilen angebracht, dort sind die Sensoren den Umwelteinflüssen ausgesetzt und müssen extra geschützt werden. In zukünftigen intelligenten Bauteilen werden die Sensoren in das Material eingebettet sein. Dadurch werden Messungen direkt aus dem Bauteil erm?glicht und die Sensoren sind vor ?u?eren Einflüssen und Sch?digungen in rauen Umgebungen, wie z. B. Steinschlag, Staub und Salzwasser geschützt.
Sensoren auf der Basis von Siliziumsubstrat haben eine sehr hohe Ausfallwahrscheinlichkeit, da der thermische Ausdehnungskoeffizient von Aluminiumlegierungen (αAl=21E-6 1/K) um den Faktor 8 gr??er ist als der von Silizium (αSi=2,6E-6 1/K). W?hrend der Abkühlung des Aluminiums kommt es dabei zu hohem Stress im Silizium, was zum Bruch der Sensoren führt. Weiterhin kommt es durch stark divergierende E-Module auch zu hohem Stress im umgebenden Aluminium und damit zur Schw?chung des Bauteils, dieser Effekt des Fremdk?rpers soll durch neuartige Technologie- und Materialkombinationen minimiert werden.
Um die Sensoren vollst?ndig zu integrieren, muss eine Aufbau- und Verbindungstechnik entwickelt werden, die ebenfalls dem Gussprozess standh?lt und temperaturstabil ist, der Effekt des Fremdk?rpers muss auch hier betrachtet werden. Das Projekt wird in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) durchgeführt. Am IFAM liegt der Fokus auf den gie?technischen Anforderungen, der Positionierung der Sensoren im Gie?werkzeug sowie der Simulation des Gussprozesses.
Partner: Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Das Projekt wird von der DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft ab Juni 2016 über drei Jahre gef?rdert.