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ERANET Herstellungsmethoden für die Integration von piezoelektrischen Sensoren in Verbundwerkstoff-Bauteilen zur vorausschauenden Wartung sowie Piezo-/ und MEMS Sensoren in Industrielagern (MANUNET-PI2MAP)

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Rollax Lager mit Sensor Rollax Lager mit Sensor

Forschungsziel: Ziel des Forschungsprojekts PI2MAP ist die Entwicklung eines Herstellungsverfahrens für die Integration von sogenannten Piezosensoren in Leichtbauteile. Durch die Piezotechnologie können Änderungen in der Struktur elektrisch messbar gemacht und weitergeleitet werden. Das erarbeitete Produktionsverfahren für Leichtbauteile soll im industriellen Maßstab anwendbar sein, um die Nutzung der Technologie in verschiedenen Schlüsselsektoren zu ebnen.

Ansprechperson Projektkoordination

Dr. Thomas Reul
+49 6151 62793-01
t_reul@fractal-technologies.com

Ansprechperson bei PTKA

Dr. Patricia Wolny
+49 721 608-24873
patricia.wolny@kit.edu

Detaillierte Projektbeschreibung

Problemstellung
Verbundwerkstoffe für Anwendungen im Automobilbereich sind im Zuge der Senkung des CO2-Ausstoßes von wachsender Bedeutung. Die Verwendung von Leichtbaukomponenten an tragenden und sicherheitskritischen Teilen, wie z.B. an der Karosserie oder an Radaufhängungen, gerät jedoch an ihre Grenzen, da die technologische Zuverlässigkeit bislang nicht konsequent überprüft werden kann. Ähnlich verhält es sich bei Lagern, die in Windrädern verbaut sind. Deren Austausch erfolgt erst bei tatsächlichem Funktionsabbruch und ist mit hohen Ausfallzeiten und Kosten verbunden. Zuverlässige, vernetzte Sensoren, die bereits in den jeweiligen Bauteilen integriert sind, haben das Potenzial, die vorausschauende Wartung von Maschinen und Bauteilen in Echtzeit und vor einem Ausfall zu ermöglichen.

Ziel
Ziel des Forschungsprojekts PI2MAP ist die Entwicklung eines Herstellungsverfahrens für die Integration von sogenannten Piezosensoren in Leichtbauteile. Durch die Piezotechnologie können Änderungen in der Struktur elektrisch messbar gemacht und weitergeleitet werden. Das erarbeitete Produktionsverfahren für Leichtbauteile soll im industriellen Maßstab anwendbar sein, um die Nutzung der Technologie in verschiedenen Schlüsselsektoren zu ebnen.

Vorgehensweise
Im Fokus der Entwicklung steht zunächst die Erarbeitung einer Gesamtmethodik zum Entwerfen und Herstellen von integrierten Sensoren, die produktspezifisch die Prozesskette vom Design bis zum Einsatz im Endprodukt abbildet. Sensoren sollen die Produkte zu „smarten“ Bauteilen machen, die in Echtzeit Daten zu ihrem Einsatz und Betrieb liefern. Zur Überprüfung der Unversehrtheit der Bauteile und um Voraussagen darüber liefern zu können, in welchem Zeitraum Verschleiß zu erwarten ist, werden unter Berücksichtigung der Parameter Zuverlässigkeit, Qualität, Leistung und Kosten geeignete Methoden zur Interpretation der Sensordaten entwickelt und getestet. Zur technischen Verwirklichung wird das Konsortium IT-Werkzeuge, wie CAD, CAE, Simulationsprogramme und computergesteuerte Messungen, entwickeln und einsetzen. Der Gebrauch der Piezosensoren sowie die Methoden zur Auslegung, Zustandsprüfung und Vorhersagen werden anhand von zwei definierten Fallstudien untersucht, einer Rad-Aufhängung von Kraftfahrzeugen und eines Federbeinlagers.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Weltweit werden ca. 100 Millionen Fahrzeuge pro Jahr gebaut, bei denen in Zukunft ein hoher Anteil an Faserverbundwerkstoff-Bauteilen zu erwarten ist, insbesondere für tragende Teile und Radaufhängungen. Ähnliche Beispiele lassen sich für die Windenergie, Luftfahrtindustrie und den allgemeinen Maschinenbau anführen. Ebenso finden Lager bei Motor-Antrieben, Turbinen, Getrieben und Pumpen breite Anwendung und damit einen potenziell großen Einsatzbereich. Zur Umsetzung des Projekts arbeiten deutsche und italienische Unternehmen mit Unterstützung eines Forschungspartners fachdisziplinübergreifend zusammen, um die Kompetenzen auf dem Gebiet der Materialüberwachung zu bündeln und international zu stärken. Die Nutzung der PI2MAP-Ergebnisse wird helfen die Wettbewerbsfähigkeit der beteiligten europäischen Unternehmen zu steigern sowie neue Marktperspektiven zu eröffnen.

Projektpartner
Publikationen
Titel: PI2MAP_Strategie Advanced Systems Engineering
Akronym: PI2MAP
Autor: Fraunhofer IEM
Herausgeber: Fraunhofer IEM
Veröffentlicht im Jahr: 2022
Am Standort Deutschland müssen Unternehmen komplexe technische und soziotechnische Systeme professionell entwickeln und schnell zum nachhaltigen Markterfolg bringen können. Dazu braucht es eine strategische Neuausrichtung des Engineerings. In der Strategie wird gezeigt, wie diese Neuausrichtung von Politik, Unternehmen und Wissenschaft eingeleitet werden kann.
Titel: PI2MAP_Advanced Systems Engineering - neue Videos aus den geförderten Verbundprojekten
Akronym: PI2MAP
Veröffentlicht im Jahr: 2023
Informieren Sie sich über neueste Erkenntnisse aus den Verbundprojekten der Förderrichtlinie "Advanced Systems Engineering" und vernetzen Sie sich auf der ASE Community Plattform. Die Kurzvideos aus den geförderten Verbundprojekten informieren über aktuelle Themen des "Advanced Systems Engineering".
Titel: PI2MAP_Expertenvideos zu "Advanced Systems Engineering" im YouTube-Kanal des Fraunhofer IEM
Akronym: PI2MAP
Autor: Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM
Veröffentlicht im Jahr: 2021
Eine neue Perspektive für die Wertschöpfung von morgen. In den Forschungsprojekten der Fördermaßnahme „Beherrschung der Komplexität soziotechnischer Systeme – Ein Beitrag zum Advanced Systems Engineering für die Wertschöpfung von morgen (PDA_ASE)“ wird das zukünftige Engineering durch eine Vernetzung und Unterstützung der Aktivitäten des Advanced Systems Engineering (ASE) in Wissenschaft und Wirtschaft erforscht und gestaltet. Advanced Systems Engineering ist ein breites Themenfeld, in dem Technologien, Methoden und Kompetenzen aus verschiedenen Domänen zusammengeführt werden müssen. In mehreren Videos sehen Sie, was unsere Experten dazu sagen. Die Themen: - Advanced Systems Engineering: Auswirkungen auf Organisation und Mensch - Advanced Systems Engineering: einfach erklärt - Advanced Systems Engineering: Ein Leitbild für das Enineering für morgen - Advanced Systems : Engineering neu denken - Advanced Systems: Marktleistungen von morgen - Systems Engineering: Komplexität managen

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