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Dehnungssensoren für komplexe Oberflächen an Motoren

Das Laser-Zentrum Hannover (LZH) hat laserstrukturierte Dehnungsmessstreifen (DMS) entwickelt, die direkt auf komplexe Oberflächen von Maschinen, Lagern oder Motoren angebracht werden können. Nach der vollflächigen Beschichtung des Bauteils mit einer Isolations- und einer Sensorschicht arbeitet ein Laser Sensorstrukturen mit lateralen Auflösungen von 10 bis 100 Mikrometer heraus, ohne die empfindliche Schicht durch Wärmeeintrag zu beschädigen. Vorteile dieses Verfahrens seien, dass aufwändige Maskenprozesse entfallen und sich die Sensoren direkt auf komplexe, dreidimensionale Geometrien applizieren lassen könnten. Darüber hinaus soll die Herstellung der Sensorstrukturen mittels ultrakurzer Laserimpulse die Fertigung von Dünnschichtsensoren auch für kleine und mittlere Stückzahlen wirtschaftlich attraktiv machen.

Bisherige Sensorlösungen zeigen laut LZH deutliche Schwachstellen. So werden häufig geklebte Folien-DMS verwendet, bei denen unter anderem der Kleber kriechen oder quellen und so die Messergebnisse verfälschen kann. Gerade in rauen Umgebungen beeinträchtige dies die Langzeitstabilität der Sensoren. Daher kämen bevorzugt Dehnungssensoren zum Einsatz, die auf der Dünnschichttechnik basieren. Das dabei eingesetzte photolithographische Strukturieren der Sensoren sei sehr aufwändig und gerade bei kleinen und mittleren Stückzahlen meist nicht kosteneffizient. Zudem eigne sich die ursprünglich in der Elektronikfertigung angewandte Maskentechnik nicht für die Bearbeitung komplexer Bauteile mit zylindrischen, sphärischen oder Freiformflächen. Der Einsatz der Dehnungssensoren sei somit auf ebene Bauteile beschränkt.

Die Entwicklung des LZH ist Teil des Sonderforschungsbereichs "Gentelligente Bauteile im Lebenszyklus", der durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert wird.
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