DE102006035274A1

DE102006035274A1 - Faserverbundbauteil mit einer Sensor- und Anzeigeeinheit

Info

Publication number: DE102006035274A1
Application number: DE200610035274
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Landgraf; Eric Dipl.-Ing. Starke
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2026-08-01
Also published as: DE102006035274B4

Abstract

Bei einem Faserverbundbauteil mit mindestens einer seinen Belastungszustand überwachenden Sensoreinheit, welche im Bauteil zwischen dessen Faserverbundlagen beim Laminieren oder Verpressen mit mindestens einem Sensor, einer Energieversorgung und einer Signalverarbeitung vollständig integriert wird, weist die Sensoreinheit im Bereich des oder der Sensoren (3) zusätzlich eine oder mehrere am hierfür transparent gehaltenen Bauteil (1) direkt ablesbare Leuchtdiodenanzeige(n) (5) für eine Zustandsüberwachung oder Zustandsbeschreibung des Bauteils (1) auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Faserverbundbauteil mit einer seinen Belastungszustand überwachenden Sensoreinheit, welche im Bauteil zwischen dessen Faserverbundlagen beim Laminieren oder Verpressen mit mindestens einem Sensor, einer Energieversorgung und einer Signalverarbeitung vollständig integriert wird.
Es ist bekannt, Sensoren oder Sensornetzwerke zur Feststellung von Belastungszuständen mitsamt der dazugehörigen Signalverarbeitung in Bauteile zu integrieren, um durch drahtlose oder drahtgebundene Methoden von außen den Belastungszustand der Bauteile abzufragen. Dies bedarf jedoch zusätzlicher Komponenten bis zur Messwertanzeige.
So wird nach WO 2005/071383 A1 ein in eine am Außenende eines Rotorblatts einer Windkraftturbine eingesetzte Sensorbaueinheit über zum Wellenende des Rotorblatts geführte Leiter abgefragt, wobei die Leiter zu Senderboxen führen, deren Signale von einem feststehendem Empfänger aufgenommen werden.
Aus EP 0 162 372 B1 ist es bekannt, einen Druck- oder Beschleunigungssensor an oder in einer Aussparung nahe der Lauffläche eines Ski anzuordnen, wobei eine elektronische Steuereinrichtung einen Antriebsmechanismus für einen Verstellmechanismus zur Änderung der Biegeeigenschaften des Ski steuert. Anzeigen sind nicht vorgesehen.
Ferner ist es bekannt, eine komplette Sensoreinheit in einer Schuhsohle einschließlich einer Batterie im Absatz des Schuhs einzubauen, welche Sensoreinheit beim Auftreffen der Sohle auf dem Untergrund Licht oder Schall emittiert ( EP 0516 703 B1 , EP 522 882 A2 ). Die entfernt vom Sensor der Sensoreinheit an das Absatzende verlegten Signalgeber, wie lichtemittierende Dioden (LEDs), zeigen zwar ein Ereignis an, aber nicht an der Stelle, wo dieses Ereignis im Bauteil stattfindet und auch nicht die Stärke des Ereignisses.
Die oben genannten Sensoreinheiten sind außerdem in Kammern oder Boxen eines hierzu ausgeformten Bauteils untergebracht, was die Bauteile schwächt.
Nach WO 2005/043107 A2 ist eine Vorrichtung zur Feststellung von Belastungen an Faserverbund-Bauteilen mittels in das Faserverbundbauteil integrierter Dehnungsmessstreifens an den schadensrelevanten Bauteilflächen bekannt. Hierbei sind lediglich die Dehnungsmessstreifen in das Fasermaterial des Bauteils eingelegt, wobei Anschlussstifte aus dem Faserverbund-Bauteil herausragen, die zu einer entfernten abgeschirmten Auswerteeinheit mit einer elektronischen Recheneinrichtung und einer Stromversorgung führen. Eine Anzeige am Bauteil selbst fehlt, erst recht eine Anzeige des graduellen Belastungszustandes.
In G. Pfeifer, J. Landgraf, S. Folprecht, E. Starke. Integrierte Sensornetzwerke, Teilprojekt im SFB 639. 2005. Jahresbericht 2004, Berichtszeitraum 1.1.2004 bis 31.12.2004, Technische Universität Dresden, Institut für Akustik und Sprachkommunikation, ist gleichfalls die Integration eines Sensornetzwerkes in sicherheitsrelevante textilverstärkte Bauteile aus Glasfaser-Polypropylen-Verbunden beschrieben, wobei eine integrierte Antenne für eine drahtlose Datenübertragung sorgt. Zum Zwecke der Schonung der eingebauten Stromquelle ist ein piezoelektrischer Aktivierungssensor vorgesehen, der die Elektronik im Ereignisfall aus einem nahezu stromfreien Zustand in den Einschaltzustand aktiviert.
Der Erfindung liegt ausgehend vom letztgenannten Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, sämtliche zur Messwerterfassung einer Bauteilbelastung benötigten Komponenten bis hin zur Messwertanzeige komplett in ein ungeschwächtes festigkeitsbestimmendes Faserverbundbauteil eines Leichtbauerzeugnisses zu integrieren, wobei der Belastungszustand des Bauteils unmittelbar im Bereich der Messstelle angezeigt werden soll. Es versteht sich, dass die Messstellen bevorzugt in denjenigen statisch oder dynamisch hochbelasteten Zonen der Bauteile liegen, die im Betrieb einer besonderen Beobachtung bedürfen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Sensorsignale direkt vom Bauteil in Form einer optischen Anzeige ausgesendet werden und zwar in vorteilhafter Weise unmittelbar in einer sensorisch überwachten Bauteilzone selbst, und dass keine weiteren äußeren Komponenten erforderlich sind, womit das Bauteil autark bleibt.
Bauteilintegrierte Sensoren zur Überwachung seines Belastungszustandes sind Dehnungs-, Beschleunigungs- und Temperatursensoren. Die Sensoren sind in Verbindung mit der Elektronik zur Energieversorgung, Signalverarbeitung und optischen Anzeigeansteuerung, sowie der optischen Anzeigeelemente selbst, wie Leuchtdioden, z. B. auf einer flexiblen Leiter platte angeordnet, so dass die komplette Sensoreinheit eine geringe Fläche und ein geringes Volumen aufweist. Dadurch ist sie ohne größere technologischen Schwierigkeiten in Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen integrierbar, wobei die Bauteile selbst nur unwesentlich geschwächt werden.
In Faserverbundwerkstoffen, welche aus mehreren Schichten aufgebaut werden, sind sie einfach zwischen zwei oder mehreren Lagen vor der Bauteilkonsolidierung platziert. Dabei sind sowohl Laminier- als auch Verpresstechniken zur Konsolidierung möglich. Die Matrizes der Verbundwerkstoffe können aus Kunstharzen oder Thermoplasten bestehen. Bei der Technologie der Bauteilkonsolidierung können überraschenderweise Temperaturen bis über 200°C und Drücke von über 5 bar angewendet werden, ohne dass die erfindungsgemäße Einheit aus ausgewählten Dehnungs-, Beschleunigungs- oder Temperatursensoren, der Elektronik zur Signalverarbeitung, die Leuchtdiodenansteuerung sowie der Leuchtdioden selbst, in ihrer Funktion beeinträchtigt wird. Für die Energieversorgung können ebenfalls vollständig in das Bauteil integrierbare Batterien oder Akkumulatoren vorgesehen sein. Bei Bauteilen, deren Herstellungsprozess eine Integration von Batterien oder Akkumulatoren nicht zulässt, wird die Sensoreinheit über eine Schnittstelle von außerhalb mit Energie versorgt. In diesem Falle bildet die Elektronik für die Energieversorgung und ihre Schnittstelle nach außen die in die Sensoreinheit integrierte Energieversorgung.
Erst ein zumindest partiell transparentes Bauteil oder eine oder mehrere zumindest partiell transparente Decklagen erlauben die Verwendung einer im Bauteil eingebetteter Sensoreinheit mit Leuchtdioden zur direkten Messwertanzeige. Dabei hat es sich überraschend gezeigt, dass auf die Oberfläche aufge brachte so genannte Transparentlacke, sogar schwarzer Transparentlack, das Licht von Leuchtdioden hinreichend durchlassen, weshalb lackierte Faserverbundbauteile ohne weiteres verwendet werden können.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Diese Weiterbildung besteht darin, dass die Messwertanzeige der Sensoreinheit den Belastungszustand des Bauteils graduell anzeigt. Beispielsweise wird dies durch eine unterschiedliche Helligkeit einer Leuchtdiode realisiert, durch unterschiedliche Leuchtdioden-Farben, durch Aufleuchten an unterschiedlichen Stellen oder durch eine unterschiedliche Anzahl gleichzeitig aufleuchtender Leuchtdioden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist im Patentanspruch 3 angegeben. Durch die Integration von einer Einheit aus einer Ansteuerschaltung und einem Leuchtdiodenfeld, entsteht eine bauteilintegrierte Lösung zur Informationsübertragung aus dem Bauteil selbst. Beispielsweise kann ein Piktogramm aufleuchten oder ein kurzer Schriftzug.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 4 angegeben. Diese Weiterbildung ermöglicht es, die erfindungsgemäße Einheit erst durch die Anwendung eines Aktivierungssensors zu aktivieren, um im Ruhezustand eine extrem geringe Stromaufnahme zu ermöglichen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 5 angegeben. Diese Weiterbildung ermöglicht es, die Sensoreinheit komplett vorzufertigen, indem sämtliche Bauteile mitsamt den Leuchtdioden auf einer Folienleiterplatte angeordnet werden. Hierbei kann vorteilhaft SMT-Technik (Surface Mount Technology) zum Einsatz kommen. Die Folienleiterplatte kann auch die Batterie für die Energieversorgung tragen, beispielsweise eine besonders flache Folienbatterie oder Knopfzelle. Andernfalls kann vorgesehen sein, lediglich die Anschlüsse für die Energie auf der Folienleiterplatte anzuordnen und die Batterie örtlich hierzu versetzt und ggf. leicht zugänglich anzubringen.
Gemäß einer weiteren Fortbildung ist der Sensor als Dehnungsmesselement, wie Dehnungsmessstreifen aus Widerstandswerkstoff, ausgebildet, um Überlastungen durch Verformung anzuzeigen.
Gemäß einer weiteren Fortbildung ist der Sensor als Stoß- oder Beschleunigungssensor ausgebildet, um Überlastungen durch Stöße oder Schwingungen anzuzeigen. Hierzu geeignet ist beispielsweise eine piezoelektrische Biegeplatte oder ein piezoelektrischer Beschleunigungssensor.
Nach einer anderen Ausgestaltung ist der Sensor ein Temperatursensor, der beim Auftreten unzulässiger Temperaturen am Bauteil anspricht.
Das erfindungsgemäße Faserverbundbauteil mit einer Sensoreinheit ist prädestiniert, integrierter Bestandteil faserverstärkter Bauteile einer Maschine, eines Tragwerks, eines Druckbehälters oder einer mobilen Brücke zu sein und zwar insbesondere solcher Objekte, von denen beim Versagen Gefahren ausgehen können und die deshalb regelmäßig visuell kontrolliert werden müssen.
Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1 eine Dehnungsmesseinheit für ein biegebelastetes Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff, bestehend aus Glasfasern als Verstärkung und Polypropylen als Matrixfasern,
2 eine integrierte Überwachungseinheit des Spannungszustandes für druckbeaufschlagte Behälter aus Glasfaserverbundwerkstoff,
3 eine integrierte Überwachungseinheit von Stoßbelastungen an delaminationsgefährdeten plattenförmigen Glasfaserverbundstrukturen,
4 eine integrierte Verformungsanzeige an Skiern und
5 eine Anwendung in einem Gleichgewichtstrainingsgerät im Rehabilitationsbereich.
1 zeigt, wie oben erläutert, ein erstes Ausführungsbeispiel einer Sensoreinheit, bestehend aus einem Dehnungssensor 3, mehreren SMT-Bauelementen 4 als Brückenergänzungsschaltung, einer nicht näher dargestellten Signalverstärkung und Leuchtdiodenansteuerung, der SMD-Leuchtdiodenanzeige 5 selbst und einer Folienbatterie 6. Alle zu dieser Sensoreinheit gehörenden Komponenten sind auf einer flexiblen Leiterplatte 2 auf geeignete Weise in SMT-Technik aufgeklebt und/oder aufgelötet. Elektrische Schaltungen, wie z. B. eine Brückenschaltung, eine Signalverstärkerschaltung oder eine Ansteuerschaltung für Leuchtdioden, wie oben beschrieben, sind aus der elektrischen Schaltungstechnik hinreichend bekannt. Der Dehnungssensor 3, kann ein auf die flexible Leiterplatte 2 applizierter Dehnungsmessstreifen sein oder die Struktur des Dehnungssensors 3 ist direkt aus der flexiblen Leiterplatte 2 herausgeätzt oder aber mit Hilfe von Beschichtungstechniken auf die flexible Leiterplatte 2 aufgebracht. Als Anzeige der verformungsabhängigen Ausgangsspannung des Dehnungssensors 3 sind mehrere Leuchtdioden 5 auf die flexible Leiterplatte 2 in SMT-Technik aufgelötet. Eine ebenfalls zur Sensoreinheit gehörende und im gezeigten Ausführungsbeispiel auf die flexible Leiterplatte 2 aufgebrachte Folienbatterie 6 dient zur Versorgung der Schaltung mit elektrischer Energie.
Die gesamte Sensoreinheit 2 bis 6 ist im Ausführungsbeispiel nach 1 zwischen mehreren textilen Lagen aus einem Glasfaser-Polypropylen-Flachgestrick 1 integriert. Derartige textile Lagen können großtechnisch und kostengünstig hergestellt werden. Sie beinhalten beide zur Bauteilkonsolidierung erforderlichen Komponenten der Glasfaserverstärkung und der Polypropylenmatrix in Faserform. Das Bauteil entsteht durch die Konsolidierung von mehreren übereinander geschichteten textilen Lagen 1 durch Druck und Temperatur in einer geeigneten Heißpresse oder einem Autoklaven. Im Ausführungsbeispiel nach 1 beträgt die Konsolidierungstemperatur 200°C und der Konsolidierungsdruck 5 bar. Infolge der Schichtungstechnologie ist es sehr einfach, die gesamte Einheit vom Sensor 3 bis hin zur Messwertanzeige mittels Leuchtdioden 5 an geeigneter Stelle zu platzieren. Im Ausführungsbeispiel nach 1 wird die Sensoreinheit zwischen der zweiten und dritten Faserverbundlage von insgesamt sieben Faserverbundlagen vor der Konsolidierung eingelegt. Wird das konsolidierte Bauteil einer Biegebelastung ausgesetzt, befindet sich der Dehnungssensor 3 außerhalb der neutralen Faser, so dass er durch die Biegeverformung gestreckt oder gestaucht wird. Die Anordnung nach 1 ist so gewählt, dass eine Bauteildehnung in einer Richtung mit fünf Leuchtdioden 5 dargestellt wird. Die elektrische Schaltung 4 ist so ausgelegt, dass alle fünf Leuchtdi oden 5 bei einer vorher definierten Grenzdehnung leuchten und bei jeweils 20 % geringerer Dehnung eine Leuchtdiode 5 weniger angesteuert wird. So ist es in sehr einfacher Weise möglich, dass das Bauteil selbst seinen Belastungszustand anzeigt.
Bei Ausführungen dieser Erfindung, bei denen eine Batterie oder ein Akkumulator für die Energieversorgung nicht integrierfähig ist oder die Batteriekapazität der Anwendung nicht genügt, endet die Schnittstelle der Sensoreinheit nach außen mit zwei Kontakten zum Anschluss einer externen Stromversorgung.
2 beschreibt eine Ausführung der Erfindung, welche geeignet ist Druckbehälter 7 aus Faserverbundwerkstoffen hinsichtlich ihres Belastungszustandes zu überwachen. Derartige Druckbehälter 7 verlangen häufig erhöhte Sicherheitsstandards. Die Sensoreinheit nach 2 erlaubt es auf sehr einfache Weise, den Belastungszustand des Behälters permanent anzuzeigen oder nach Bedarf abzufragen. Gegenüber der Anwendung nach 1 ist die Sensoreinheit in 2 um einen Aktivierungssensor 8 und eine Leuchtdiode 9 als Bereitschaftsanzeige erweitert. Diese Erweiterung reduziert die benötigten Energieressourcen erheblich. Im Ruhezustand besitzt die Sensoreinheit nur einen sehr geringen Energiebedarf. Der Aktivierungssensor 8 aktiviert die Messeinheit 3 bis 6 der Sensoreinheit erst durch ein bestimmtes Ereignis. Dieses Ereignis kann eine stoßartige äußere Belastung sein, welche von der Person, die die Überwachung durchführt, durch einfaches Anklopfen am Behälter 7 ausgelöst wird. Zum Erkennen der so aktivierten Messeinheit 3 bis 6 leuchtet beispielsweise eine zusätzliche grüne Leuchtdiode 9 auf. Ab diesem Zeitpunkt wird über einen einstellbaren Zeitbereich die Behälterbelastung über eine n-stufige Anzeige von z. B. roten Leuchtdioden realisiert. Der Aktivierungssensor 8 ist als piezoelektrischer Uni- oder Bimorph auf die flexible Leiterplatte 2 geeignet aufgebracht. Ebenso wie in der Ausführung aus 1 wird die komplette Anordnung nach 2 mit oder ohne Batterie für die Energieversorgung während der Behälterfertigung in den Faserverbundwerkstoff des Druckbehälters 7 eingebracht. In vielen Fällen werden Druckbehälter 7 durch verschiedene Wickelverfahren hergestellt, wobei die Sensoreinheit 2 bis 6 und 9 bis 9 mit eingewickelt wird.
Die Ausführung der Erfindung nach 3 beschreibt eine integrierte Überwachungseinheit von Stoßbelastungen an delaminationsgefährdeten plattenartigen Glasfaserverbundstrukturen 11. Im konstruktiven Leichtbau werden zunehmend mehrlagige Platten aus Faserverbundwerkstoffen eingesetzt. Grenzen bestehen bezüglich der Erkennung von Delaminationen bei stoßbelasteten Bauteilen z. B. im Fahrzeugbau. Die Delamination durch stoßartige Ereignisse ab einer bestimmten Stoßenergie erfolgt häufig auf der stoßabgewandten Seite des Bauteiles durch aufreißen vorzugsweise der Randfasern. Besonders bei Fahrzeugen ist diese innere Plattenseite umbaut, wodurch die Schädigung nur aufwändig zu detektieren ist. Entweder das Bauteil wird zur Prüfung ausgebaut oder mit relativ aufwändigen Verfahren der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung untersucht. Eine kostengünstige Alternative stellt die Sensoreinheit gemäß 3 dar.
Abweichend von der Sensoreinheit nach 2 kommt hier ein Sensor zur Erfassung der Beschleunigung 10 zum Einsatz. Die in 3 dargestellte Sensoreinheit ist in der Lage, nach einer Aktivierung mit einem Aktivierungssensor 8 die Bauteilbeschleunigung an der Stelle des Sensors 10 zu erfassen. Die Triggerschwelle des piezoelektrischen Aktivierungssensors 8 ist so eingestellt, dass nur Stöße mit überkritischer Stoßenergie zur Auslösung führen. Welche Stoßenergie überkritisch ist, muss bauteilspezifisch durch Voruntersuchungen bestimmt werden. Ab dieser schadensverursachenden Stoßenergie werden die Anzahl der Stöße und/oder deren Größe über die Leuchtdioden 5 zur Anzeige gebracht. In anderen Ausführungen kann die Stoßenergie, statt mit einem Beschleunigungssensor 10, auch mit einem piezoelektrischen Uni- oder Bimorph über die Biegeverformung aus der vom Stoß erzeugten Biegewelle ermittelt werden. Die erfindungsgemäße Anordnung nach 3 gestattet es also, mögliche schadensverursachende Ereignisse anzuzeigen und daraus Maßnahmen zur Instandsetzung abzuleiten.
Die in der Ausführung in 3 beschriebene Anordnung ist in der Lage, Stöße mit Stoßenergien über 10 J Stoßenergie unbeschadet zu überstehen, was eine Vorraussetzung für eine praxistaugliche Anwendung ist.
4 beschreibt eine Ausführung der Erfindung zur integrierten Verformungsanzeige an Skiern. Bei der Skiproduktion werden vielfältig Faserverbundwerkstoffe eingesetzt. Insbesondere die oberen Decklagen bestehen häufig aus zwei oder mehreren Lagen faserverstärkter Kunststoffe, welche über einem Kern aus Holz oder anderen Werkstoffen auflaminiert oder aufgepresst werden. Die obere Randzone wird bei der Belastung des Skis 13 in Abhängigkeit seiner Steifigkeit ortsabhängig gestaucht. 4 beschreibt eine Sensoreinheit zur integrierten Anzeige der Skiverformung durch Messung der Dehnung mittels eines Dehnungssensors 3, einer Signalverarbeitung mit Leuchtdiodenansteuerung 4 und einer mehrstufigen Leuchtdiodenanzeige 5. Bei ihrer Ansteuerung leuchten die Leuchtdioden 5 deutlich sichtbar durch die darüber liegenden Schicht(en) 14 hindurch. Die Elemente 3, 4 und 5 sind auf einer flexiblen Leiterplatte 2 angeordnet, welche im Bindungsbereich mit Kontakten zur Batterieankopplung 12 endet. Diese erfindungsgemäße Sensoreinheit stellt eine sehr einfache und kostengünstige Lösung zur Skiverformungsanzeige dar. Sie kann vorteilhaft angewendet werden beim Test von Skiern, beim Verkauf, um einen geeigneten Ski für ein bestimmtes Körpergewicht auszusuchen und natürlich bei der Benutzung. Hier bietet sie für den Läufer und für andere eine Anzeige eines mehr oder minder dynamischen Fahrstils. Eine Batterie oder ein Akkumulator kann problemlos in einem Batteriefach im Bindungsbereich untergebracht werden. Eine vorteilhafte Energieeinsparung kann durch einen Schalter in der Bindung erreicht werden, welcher erst nach dem Einrasten des Skistiefels in die Bindung betätigt wird.
Die erfindungsgemäße Ausführung nach 4 kann gleichermaßen für eine Verformungsanzeige an Snowboards eingesetzt werden. Hier kann in vorteilhafter Weise auch eine Verformung in Folge einer Torsionsbelastung zur Anzeige kommen.
5 stellt eine Sensoreinheit zur Anwendung in einem Gleichgewichtstrainingsgerät im Rehabilitationsbereich dar. Das Trainingsgerät kann aus einer Standfläche 17 mit vier angekoppelten Biegestreifen 15 und einem Rahmen zur äußeren Einspannung 16 der Biegestreifen 15 bestehen. In die vier Biegestreifen 15 aus einem mehrlagigen Faserverbundwerkstoff sind ein Dehnungssensor 3, eine Bauelementeanordnung zur Signalverarbeitung und Leuchtdiodenansteuerung 4 und beispielsweise je drei Leuchtdioden 5 integriert. Die Trainingsaufgabe besteht darin, sich so auf die Standfläche zu platzieren, dass in jedem Biegestreifen 15 zwei Leuchtdioden 5 zur Anzeige kommen. Das variable Gewicht des Rehabilitanden kann einfach durch Änderung der Einspannlänge der Biegestreifen 15 oder durch eine einstellbare Feder unter der Standfläche kompensiert werden.
Eine weitere Anwendung betrifft den mobilen Brückenbau, wobei jeweils eine Leuchtanzeige bei Überlastung eines Brückenelementes aus faserverstärkten Werkstoffen in Funktion tritt. Die Erfindung schließt selbstverständlich weitere Anwendungen ein, die sich einem Fachmann mit durchschnittlichem Wissen und Können beim Durcharbeiten des Offenbarten erschließen.
Bei allen Ausführungen ist die optische Anzeige im Bereich der zugehörigen Messstelle platziert, wodurch diejenige Zone des Bauteils im Ereignisfall belastungsabhängig leuchtet, an der das Ereignis gemessen wird. Von besonderem Vorteil ist dabei eine Anzeige der aktuellen Belastungshöhe mittels Aufleuchten einer oder mehrerer Leuchtdioden, verschiedenfarbiger Leuchtdioden oder Leuchtdiodenmuster.

1: Faserverbundlagen aus Glasfaser-Polypropylen-Flachgestrick
2: flexible Leiterplatte
3: Dehnungssensor
4: SMT-Bauelemente
5: SMD-Leuchtdiodenanzeige
6: Folienbatterie
7: Druckbehälter
8: Aktivierungssensor, piezoelektrischer Sensor
9: weitere Leuchtdiode
10: Beschleunigungssensor, piezoelektrischer Sensor
11: Faserverbundlagen aus Glasfaserverbundstruktur
12: Batterieankopplung
13: Ski mit Kern und Faserverbundlagen
14: obere Faserverbundlage(n) des Skis
15: Biegestreifen
16: Einspannung der Biegestreifen
17: Standfläche

Claims

Faserverbundbauteil mit mindestens einer seinen Belastungszustand überwachenden Sensoreinheit, welche im Bauteil zwischen dessen Faserverbundlagen beim Laminieren oder Verpressen mit mindestens einem Sensor, einer Energieversorgung und einer Signalverarbeitung vollständig integriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit im Bereich des oder der Sensoren (3; 10;) zusätzlich eine oder mehrere am hierfür transparent gehaltenen Bauteil (1; 7; 13;) direkt ablesbare Leuchtdiodenanzeige(n) (5) für eine Zustandsüberwachung oder Zustandsbeschreibung des Bauteils (1; 7; 13) aufweist.
Faserverbundbauteil mit einer Sensoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdiodenanzeige (5) einer Sensoreinheit den Belastungszustand eines Bauteils (1; 7; 13;) graduell anzeigt.
Faserverbundbauteil mit einer Sensoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdiodenanzeige (5) aus einem Leuchtdiodenfeld besteht.
Faserverbundbauteil mit einer Sensoreinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit einen integrierten hilfsenergiefreien piezoelektrischen Aktivierungssensor (8) für einen Anzeigefall aufweist.
Faserverbundbauteil mit einer Sensoreinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit, ggf. mit Ausnahme einer Batterie (6) für die Energieversorgung, komplett auf einer flexiblen Leiterplatte (2) angeordnet ist.
Faserverbundbauteil mit einer Sensoreinheit nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Dehnungssensor (3) ist.
Faserverbundbauteil mit einer Sensoreinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnungssensor (3) einen Dehnungsmessstreifen aus Widerstandswerkstoff aufweist.
Faserverbundbauteil mit einer Sensoreinheit nach Anspruch mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Beschleunigungssensor (10) ist.
Faserverbundbauteil mit einer Sensoreinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (10) ein piezoelektrischer Sensor ist.
Faserverbundbauteil mit einer Sensoreinheit nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Temperatursensor ist.
Faserverbundbauteil mit einer Sensoreinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit integrierter Bestandteil faserverstärkter Bauteile eines Arbeits-, Sport-, Spiel- oder Übungsgerätes (13), einer Maschine, eines Tragwerks, eines Druckbehälters (7) oder einer mobilen Brücke ist.