Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Filamentsensor

NiTi-Filament-Sensoren in einer GFK-Probe

© Fraunhofer IWU

Vakuuminfusionsverfahren zur Sensorintegration

© SKZ Das Kunststoff-Zentrum

Dünnschicht-FGL-Sensor

NiTi-Dünnschichtsensor auf CFK

© Fraunhofer IWU

Überblick

Vorteile innovativer FGL-Dehnungssensoren

Große elastische Dehnbarkeit aufgrund der spannungsinduzierten Phasenumwandlung

  • max. wiederholbare Dehnung: 8 % (80.000 µm/m)
  • Nachweis für 106 Lastwechsel bei 1 % (10.000 µm/m) Dehnung
  • geringer Nullpunktdrift (unter 200 µm/m bei 0,5 % Dehnung und nach 106 Lastwechseln)
  • ermittelter min. k-Faktor: 5 (deutlich besser als bei vielen anderen DMS-Werkstoffen)
  • Querempfindlichkeit (GFK): -0,09
     

Einfache Sensor-Integration in Kunststoff- und Faserverbunde

  • Einbettung der Sensorstruktur durch Spritzgießen, beim Laminieren sowie beim Infiltrieren
     

Geringe thermische Drift im Vergleich zu Kohlenstofffasern

Einfache Messwertaufnahme durch elektrische Widerstandsänderung

Sehr hohe Lebensdauer

Filamentsensor
Prinzipbild der Widerstandsänderung bei Dehnungssensoren aus FGL
Prinzipbild der Widerstandsänderung bei Dehnungssensoren aus FGL
elektrische Widerstandsänderung von FGL bei Dehnung
Ermüdung des FGL-Sensors im Vergleich zu DMS

Aktueller technischer Stand konventioneller Dehnungssensoren

DMS, textile Sensoren + Dünnschicht-Sensoren

  • elastisch, bis 0,2 % Dehnung (2000 µm/m)
  • begrenzte Ermüdungsfestigkeit in Kunststoffen
  • Ermüdung bei größeren Amplituden der Dehnung
     

Faser-Bragg-Gitter-Sensoren

  • teure und massive Messtechnik
  • nicht nutzbar für kleine und mobile Anwendungen
     

Kohlenstoff-Faser-Sensoren

  • geringer k-Faktor
  • starke Temperaturabhängigkeit
Konventioneller Dehnungsmessstreifen (DMS)

Vergleich der Sensoreigenschaften - FGL-Sensor, DMS und FBGS

Die Gegenüberstellung der wesentlichen Eigenschaften von FGL-Sensoren zu Dehnmesstreifen (DMS) und Faser-Bragg-Gitter-Sensoren (FBGS) zeigt die klaren Vorteile der FGL-Sensoren in Bezug auf die Elastizität, die Dauerfestigkeit, die Sensitivität, das Driftverhalten sowie auf den Preis.

Eigenschaftsvergleich zwischen FGL-Sensor, DMS und FBGS

Kriterium

FGL-Sensor

DMS

FBGS
Temperaturbereich

-40°C – 120°

-70°C – 200°C

-50°C – 130°C

max. wiederholbare Dehnung

8 %

5 %

5 %

Dauerfestigkeit

mind. 106 Lastwechsel bei 0,8 % Dehnung, 107 bei 0,5% Dehnung

106 Lastwechsel bei 0,23 % Dehnung

107 Lastwechsel bei 1 % Dehnung

k-Faktor

3 - 8

2

0,79

Temperaturkompensation

Brückenschaltung, Regression, Interpolation, Hochpass-Filter, intrinsische Beheizung

Brückenschaltung, Regression, Interpolation, Hochpass-Filter

Regression, Interpolation, Hochpass-Filter

Standard-Abmessungen +
-Widerstand

individuell

individuell + Standardgrößen

Minimum: 195 µm x 28 mm

Isolationswiderstand

0 – 10 kV, 1 - 2 GOhm

0 – 10 kV, 1 - 2 Gohm

∞ (optisches Verfahren)

Fertigungstoleranz Sensorwert

±0,17 – 0,42 %

±0,3 %

optisch

Querempfindlichkeit

geometrieabhängig

geometrieabhängig

0

Nullpunktdrift

< 200 µm/m (bei 0,5 % Dehnung + 106 Lastwechsel)

300 µm/m (0,2 % Dehnung + 106 Lastwechsel)

<30 µm/m (1% Dehnung + 107 Lastwechsel)

Kennwert  UA/UB =1/4  k ε

24 – 640 mV/V

4,6 – 100 mV/V

-

Preis

<10 €

<10 €

~100 €