Sensorfolie spürt Risse in Verbundmaterialien auf

Mit einer Sensorfolie von Würzburger Forschern lässt sich permanent überwachen, wie gut etwa Verbundmaterialien in Flugzeugen Belastungen aushalten.

Große Freude ist am Lehrstuhl für Informationstechnik für Luft- und Raumfahrt der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg, denn zwei Wissenschaftler haben im internationalen Wettbewerb Innospace Masters den zweiten Preis für die Idee einer Sensorfolie erhalten, die auch für Verbundmaterialien interessant ist. Mit der Folie können die Bauteile von Luft- und Raumfahrzeugen beklebt und während des Flugs überwacht werden.

Die Sensorfolie kann letztlich den Wartungsaufwand in der Luft- und Raumfahrt verkleinern und die Wiederverwendbarkeit von Raumfahrzeugen wahrscheinlicher machen, erklärt Elektrotechniker Alexander Hilgarth: „Nur die Wiederverwendbarkeit von Trägersystemen und Bauteilen stellt die Wirtschaftlichkeit sicher, um Raumfahrt im Sinne des ‚New Space‘ betreiben zu können. Die mögliche Kostenersparnis wird aber derzeit noch durch einen hohen Wartungsaufwand begrenzt.“

Das Schlagwort „New Space“ beschreibt den Trend, dass auch private Unternehmen Raumfahrtaktivitäten entfalten. Zum Beispiel die Firma Spacex des amerikanischen Unternehmers Elon Musk. Sie hat Ende 2020 im Auftrag der NASA mit einer Raumkapsel Astronauten erst zur internationalen Raumstation ISS und Monate später zur Erde zurückgebracht.

Außerdem kann die Sensorfolie Materialfehler aufdecken, die nur unter mechanischer Belastung auftreten, bei Kontrollen im Hangar aber verborgen bleiben. „Ein Beispiel dafür sind Risse, deren Bruchkanten sich im unbelasteten Zustand wieder perfekt ineinander fügen“, sagt Hilgarth. Solche Fehler wurden zum Beispiel in Verbundmaterialien aus Kunststoffen beobachtet.Folie verschaltet ein drahtloses Sensor-NetzwerkAktuell ist es nicht praktikabel, Luft- und Raumfahrzeuge im Flug mit einer umfassenden Installation von Messsonden zu überwachen. „Dafür ist die herkömmliche Messtechnik zu groß und zu schwer“, erklärt der Elektrotechniker.

Mit der Sensorfolie Tomoplex (Tomographischer Plexus) aus Würzburg könnte sich das ändern: Sie soll eine kontinuierliche Echtzeitüberwachung ermöglichen. In der Folie kommen tomographische Messverfahren zum Einsatz, die in der Luft- und Raumfahrt bislang nicht üblich sind. Die Folie funktioniert dabei als Schaltungsträger für ein drahtloses Sensornetzwerk. Den JMU-Forschern zufolge ist sie platzsparend und flexibel. Sie könne auch an schwer zugänglichen Stellen von Luft- und Raumfahrzeugen angebracht werden.

Die Auszeichnung mit dem Innospace Masters Preis ist mit einer Fördersumme von bis zu 400.000 EUR verknüpft. Mit dem Geld wollen die beiden Würzburger Forscher – Hilgarth und Professor Sergio Montenegro – die Sensorfolie nun für eine erste Anwendung reif machen. Dass ihre Idee grundsätzlich funktioniert, haben sie in Vorstudien gezeigt. Die Folgearbeiten starten im Spätherbst 2021. Nach zwei Jahren sollen sie abgeschlossen sein.

sk