SINA - Sensorintegration in Aluminiumguss
Kurzfassung:
Im Rahmen des Projektes „SINA“ – Sensorintegration in Aluminiumguss - werden piezoresistive Sensoren zur direkten Einbettung in Bauteile aus Aluminium während des Gussprozesses entwickelt. Durch die Integration während des Gussprozesses entsteht eine formschlüssige Verbindung zwischen Sensor und Bauteil, dies ermöglicht 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 ermöglichen 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 Fremdkörpers untersucht und minimiert werden. Um die Sensoren vollständig in Bauteile integrieren zu können, muss zusätzlich eine Technologie entwickelt werden, um die elektrischen Leitungen vom Sensor durch das Bauteil nach außen zu führen.
Projektbeschreibung:
Bisher werden Dehnungsmessstreifen zur Strukturüberwachung, auch bekannt als „Structural Health Monitoring", an der Oberfläche 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 ermöglicht und die Sensoren sind vor äußeren Einflüssen und Schädigungen 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 größer ist als der von Silizium (αSi=2,6E-6 1/K). Während 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 Schwächung des Bauteils, dieser Effekt des Fremdkörpers soll durch neuartige Technologie- und Materialkombinationen minimiert werden.
Um die Sensoren vollständig zu integrieren, muss eine Aufbau- und Verbindungstechnik entwickelt werden, die ebenfalls dem Gussprozess standhält und temperaturstabil ist, der Effekt des Fremdkörpers 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 gießtechnischen Anforderungen, der Positionierung der Sensoren im Gießwerkzeug sowie der Simulation des Gussprozesses.
Partner: Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Ansprechpartner:
M.Sc. Rico Tiedemann
IMSAS, NW1, Raum O2100
Tel: +49 421 218 62599
E-mail: rtiedemannprotect me ?!imsas.uni-bremenprotect me ?!.de
Prof. Dr.-Ing. WalterLang
IMSAS, NW1, Raum O2120
Tel: +49 421 218 62602
E-mail: wlangprotect me ?!imsas.uni-bremenprotect me ?!.de
Das Projekt wird von der DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft ab Juni 2016 über drei Jahre gefördert.