Anwendung von piezoelektrischer Sensorik zur Überwachung von Schraubenverbindungen

Abstrakt Die Zustandsüberwachung von Schraubenverbindungen, die durch zyklische Lasten und Umwelteinflüsse beansprucht werden, reicht von händischen Kontrollen in definierten Intervallen bis hin zur kontinuierlichen Messung mit Sensoren im Rahmen des Structural Health Monitorings. Piezoelektrische Sensorik, die auf der Fähigkeit bestimmter Kristallmaterialien beruht, mechanische Deformation in elektrische Signale und umgekehrt elektrische Felder in mechanische Bewegung umzuwandeln (Doppelfunktion: Aktor und Sensor in einem Element), eignet sich zur Detektion verschiedener Schadenstypen wie Vorspannkraftverlust, Rissbildung und Korrosion. Dabei werden schadenssensitive Merkmale für jeden Schadenstyp ermittelt, um die Schadenstypen voneinander abzugrenzen. Im Rahmen anwendungsnaher Forschungsprojekte wurden sowohl numerische Simulationen als auch experimentelle Untersuchungen zur Detektion dieser typischen Schädigungsmechanismen an Schraubenverbindungen durchgeführt. Die eingesetzten Methoden basieren auf der elektromechanischen Impedanzmessung sowie auf Ultraschallverfahren. Die Untersuchungen zielten auf die Identifikation und Quantifizierung von Vorspannkraftverlusten, Rissbildung sowie korrosiven Schädigungen ab. Die Ergebnisse belegen eine hohe Sensitivität der piezoelektrischen Sensorik gegenüber den betrachteten Schadensszenarien und eröffnen neue Perspektiven für ein zuverlässiges, echtzeitfähiges Monitoring von Schraubenverbindungen, das verschiedene Schadensmechanismen simultan erfasst und bewertet.