Fraunhofer ISC, Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL, Bayreuth
Projektcluster DiMaWert
Digitalisierung der Materialentwicklung entlang der Wertschöpfungsketten
Abgeschlossenes Förderprojekt
Motivation
Funktionsschema eines kapazitiven Elastomersensors zur Dehnungsmessung
Thermoprozessanlagen unterliegen durch die stark wechselnden Temperaturen erheblichen Belastungen. Durch thermische und mechanische Spannungen sowie Korrosionsprozesse können sich Risse und Ausbrüche in der Ofenisolierung bilden. Die Ofenzustellung muss deshalb regelmäßig erneuert werden. Werden größere Fehler in der Zustellung nicht rechtzeitig erkannt und beseitigt, treten Folgeschäden sowie Beeinträchtigungen in der Produktqualität des Erwärmungsgutes auf. Im schlimmsten Fall können Havarien von Thermoprozessanlagen zu sehr hohen Schäden führen und Menschenleben gefährden, wenn z. B. dadurch heiße Metallschmelzen freigesetzt werden.
Zielsetzung
Kapazitive Elastomersensoren zur Dehnungsmessung
Ziel dieses Teilprojektes war eine permanente Zustandsüberwachung der Ofenzustellung. Das dafür zu entwickelnde Sensor-Netzwerk muss robust und kostengünstig sein und große Flächen von einigen Quadratmetern überwachen, dabei aber auch sehr kleine Dehnungen der Ofenisolierung zuverlässig erkennen. Zusätzlich zur Dehnung sollten auch die Temperatur lokal erfasst und der Einfluss der Temperatur auf die Messung kompensiert werden. Zudem muss die Montage so einfach sein, dass sie auch von ungelernten Arbeitskräften ausgeführt werden kann.
Ergebnisse
Schema der modularen Sensorelektronik mit Umgebungskompensation
in Aufsicht (oben) und Seitenansicht (unten)
Fertige Modellwand im Betrieb: Im Bildeinschub ist die aktuelle Verschiebung visualisiert, welche anhand einer live-Messung ermittelt wird
- Kapazitiver Dehnungssensor mit besonders hoher Messempfindlichkeit
- Modularer Sensormodul mit zusätzlichem Referenz- und Temperatursensor zur Umgebungskompensation
- Elektronikhardware und Software zur Steuerung des Sensor-Netzwerkes und zur Datenauswertung
- Optimierung der Dehnungssensor-Eigenschaften mit KI-Methoden
- Aufbau und Demonstration eines zweidimensionalen Dehnungssensor-Netzwerkes