Giesstechnisch integrierte Piezo-Sensoren

F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R F E R T I g U N G S T E C H N I K U N D A N G E W A N D T E M AT E R I A L F O R S C H U N G I F A M
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1 Druckguss-Tretkurbel mit integrierter Piezosensorik zur Messung
von Druck- und Zugkräften.
GieSStechnisch integrierte
Piezo-Sensoren
Die CAST TRONICS®-Technologie ermöglicht das
teten Druck- und Zugkräfte. Diese Daten
direkte Eingießen elektronischer und
werden elektronisch aufbereitet, digitalisiert
Fraunhofer - Institut für
adaptronischer Funktionselemente im Druck-
und drahtlos an ein Auswertungssystem
Fertigungstechnik und
gussprozess. Die bedeutendste Fertigungs-
übertragen. Das Besondere bei der Tret-
Angewandte Materialforschung IFAM
technologie zur direkten Herstellung end-
kurbel ist, dass die Sensoren direkt in die
Formgebung und Funktionswerkstoffe
formnaher Bauteile ist die Gießereitechnik.
Bauteilstruktur eingegossen wurden und
Durch eine gießtechnische Integration
somit eine Messung der Belastungen direkt
Prof. Dr.- Ing. Matthias Busse
elektronischer und adaptronischer Funktions-
am Ort ihrer Wirkung ermöglichen – in der
Wiener Straße 12
elemente bieten CAST
Bauteilstruktur selbst.
28359 Bremen
zu konventionellen Gussteilen erweiterte
Kontakt:
TRONICS®
im Gegensatz
elektronische, sensorische oder aktorische
Bei der Tretkurbel werden die Piezosensoren
Funktionalitäten.
direkt in die Bauteilstruktur eingegossen
und sind somit verlust- und beschädigungs-
Dipl.-Wi.-Ing. Christoph Pille
frei mit dem Bauteil verbunden. Die inteTelefon +49 421 2246 -227
Demonstrator:
grierte Elektronik ist vor Verschmutzung,
Telefax +49 421 2246 -77227
Funktionsintegrierte Tretkurbel
Staub und Flüssigkeiten während der Fertigung und Montage sowie im betrieblichen
christoph.pille @ ifam.fraunhofer.de
www.ifam.fraunhofer.de
© Fraunhofer IFAM
Bei der funktionsintegrierten Tretkurbel
Einsatz geschützt. Darüber hinaus wird die
messen zwei integrierte Piezosensoren die
Anbindung der Sensor- bzw. Aktorelemen-
während des Betriebes ins Bauteil eingelei-
te an die Materialstruktur verbessert.
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Unser Angebot
Durch die gießtechnische Integration der
Structure Health Monitoring
Funktionselemente entfallen zusätzliche Be-
Durch die Kenntnis der in einem Bauteil
arbeitungs- sowie Fügeprozesse und bieten
herrschenden Belastungen kann eine
Die Abteilung Gießereitechnik und Kom-
Potenzial zur Kostenreduzierung in der Fer-
Zustandsüberwachung von Gussbauteilen
ponentenentwicklung am Fraunhofer IFAM
tigung metallischer Bauteile mit integrierter
realisiert werden. Beispielsweise können die
unterstützt Sie in der gesamten Prozessket-
Sensorik.
Sensordaten in Echtzeit ermittelt werden
te zur CAST TRONICS®-Technologie:
und somit vor aktueller Überlastung und
Schädigung der Bauteile warnen (Beispiel:
• Ideenfindung und Projektberatung
Sicherheitsbauteile). Alternativ können die
• Auswahl der Piezokeramiken
Sensordaten über einen erforderlichen Zeit-
• Auslegung von Isolationsmaterial und
Das technische Funktionsprinzip der Piezo-
raum gespeichert werden, um den Lebens-
sensorik basiert auf dem piezoelektrischen
zyklus eines Bauteils termingerecht auszu-
• Konzeptentwicklung zur Positionierung
Effekt. Durch mechanische Verformung
werten (Beispiel: Optimierte Wartungszyklen).
Funktionsprinzip der Piezosensorik
-geometrie
im Formwerkzeug
• Simulation des Gießprozesses
piezoelektrischer Werkstoffe (z. B. durch
Druck- oder Zugkräfte oder Vibration)
Structure Health Control
• Versuche / Testgießreihen
entstehen elektrische Ladungen in der
Durch eine Kombination aktueller Belas-
• Röntgendurchleuchtung und
Kristallstruktur, die als Sensorsignal für die
tungsdaten eines Bauteils und der Möglich-
entsprechende Belastung abgeleitet werden
keit, das Verhalten eines Bauteils oder
können. Dabei sind äußerst geringe An-
dessen System aktiv zu beeinflussen, können
Weiterführende Informationen erhalten Sie
sprechzeiten von wenigen Mikrosekunden
Überlastungen erkannt und Beschädigungen
auf unserer Website
realisierbar. Im der Umkehrung dieses
vermieden werden (Beispiel: Aktive
Effektes können piezoelektrische Werk-
Schwingungsdämpfung, Eingriff in die Bau-
stoffe durch Anlegen einer elektrischen
teilakustik).
Computertomographie
www.casttronics.de
Spannung aktiv verformt werden.
Anwendungspotenzial
Sensorik von Druck- / Zugkräften
Bauteilintegrierte Piezokeramiken bieten
sowohl Ansätze für sensorische als auch
aktorische Funktionen. Ihre sensorischen
Eigenschaften ermöglichen das Detektieren
mechanischer Belastungen der Bauteil-
2 Röntgenaufnahme des Gussbau-
struktur durch Druck- und Zugkräfte sowie
teils mit eingegossenen Sensoren.
im Bauteil herrschende Schwingungen.
3 Messung der mechanischen
Belastung eines Druckgussbauteils
und drahtlose Übertragung der
Sensordaten.