Zustandsbestimmung von Elastomerdichtungen mit integrierten Drucksensoren

Projektbeschreibung:

Dichtungen sind integrale Bestandteile vieler Systeme und die korrekte Funktionalität dieser Systeme kann maßgeblich vom Zustand der eingesetzten Dichtungen beeinflusst werden. Natürliche Alterung oder der Einsatz unter alterungsfördernden Bedingungen können zum Ausfall einer Dichtung und somit bis hin zum kompletten Versagen des Gesamtsystems führen.
Im Vorprojekt wurden erfolgreich Methoden entwickelt, um Sensoren in Elastomerdichtungen einzubringen. Anhand von zwei ausgewählten Beispielmaterialien konnte gezeigt werden, dass Dehnungsmessstreifen (DMS) geeignet sind, um durch deren Integration die Alterung von Dichtungen zu überwachen. Problematisch wird der Einsatz von DMS jedoch durch deren hohe Querempfindlichkeit zu Störgrößen. Hierbei kann es zu Änderungen des Signals kommen, die fälschlicherweise als durch Alterung des Dichtungsmaterials verursachte Veränderungen interpretiert werden. Um dieses Problem zu umgehen, ist es wesentlich sinnvoller, Drucksensoren in Dichtungen zu integrieren, deren Signal hauptsächlich durch die Kompressionskraft bestimmt wird und die nur eine geringe Querempfindlichkeit aufweisen.
Der Einsatz von Drucksensoren auf Basis von organischen Feldeffekttransistoren wurde bereits untersucht. Leider stellten sich diese Sensoren als zur Integration in Dichtungen ungeeignet heraus. Dies ist vor allem in mangelnder Temperaturresistenz als auch mangelnder Langzeitstabilität der Sensoren zu begründen. Eine vielversprechende Alternative zu den Drucksensoren aus Basis von OFETs sind im Siebdruckverfahren hergestellte Sensoren, die resistiv funktionieren. Hierbei wird eine intrinsisch drucksensitive Paste zwischen zwei Elektroden gedruckt. Bei Druckbelastung ändert diese Paste ihre Leitfähigkeit, was leicht zu erfassen ist. Ein großer Vorteil dieser Art von Drucksensoren ist die günstige Herstellung und die Einfachheit des Aufbaus. Erste Prototypen solcher Sensoren wurden bereits gefertigt und die Charakterisierung deutet auf eine gute Anwendbarkeit zur Integration in Dichtungen hin.

Im Folgeprojekt soll die Arbeit sich auf drei wesentliche Punkte fokussieren:

  • Materialcharakterisierung und Modellierung
  • Sensorentwicklung
  • Validierung des Gesamtsystems

Förderer: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. (AiF) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Förderprogramm: Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF)

Fördernummer:  20986 N

Forschungsvereinigung: Deutsche Forschungsvereinigung für Meß-, Regelungs- und Systemtechnik e.V. - DFMRS

Kooperationspartner: Universität Bremen, Institut für Mikrosensoren, -aktuatoren und -systeme (IMSAS)

Laufzeit: 01. April 2020 bis 31. März 2022


Ansprechpartner

Oliver Gehrmann

Telefon:+49 511 84201-713

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