DE102019111042A1 - Structure monitoring system and structure monitoring method - Google Patents

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DE102019111042.4A
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Matthias Hegenbart
Peter Linde
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Airbus Operations GmbH
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Abstract

Um das Erkennen von Defekten (14), wie Rissen (40, 42), Brüchen oder Delaminationen, in Verbundschichtbauteilen (12) zu verbessern, wird ein Strukturüberwachungssystem (10) bzw. -verfahren vorgeschlagen. Das System (10) überwacht die Faserverbundschichtstruktur (12) mittels einer Sensorschicht (18) aus elektroaktivem Polymer (24), kurz: EAP. Die unterschiedlichen Defekte (14) haben unterschiedliche charakteristische Spannungsverläufe (U) und sind daher mittels einer Auswerteeinheit (32) unterscheidbar. Zudem kann eine Steuereinheit (36) die EAP-Sensorschicht (18) als Biegeaktor (38) betreiben, um einer Verformung der Faserverbundschichtstruktur (12) entgegenzuwirken.In order to improve the detection of defects (14), such as cracks (40, 42), breaks or delamination, in composite layer components (12), a structure monitoring system (10) or method is proposed. The system (10) monitors the fiber composite layer structure (12) by means of a sensor layer (18) made of electroactive polymer (24), in short: EAP. The different defects (14) have different characteristic voltage curves (U) and can therefore be distinguished by means of an evaluation unit (32). In addition, a control unit (36) can operate the EAP sensor layer (18) as a bending actuator (38) in order to counteract any deformation of the fiber composite layer structure (12).

Description

Die Erfindung betrifft ein Strukturüberwachungssystem zum Überwachen einer Faserverbundschichtstruktur. Ferner betrifft die Erfindung ein Strukturüberwachungsverfahren.The invention relates to a structure monitoring system for monitoring a fiber composite layer structure. The invention also relates to a structure monitoring method.

Für Verbundflugzeugzellen kommerzieller Luftfahrzeuge sind unterschiedliche Hardwaretechnologien zur Strukturüberwachung (engl. structural health monitoring, SHM) bekannt.Various hardware technologies for structural health monitoring (SHM) are known for composite airframes of commercial aircraft.

Einige bekannte Herausforderungen für SHM-Technologie sind die komplexen Abnutzungs- und Beschädigungsmechanismen, die in einem Verbundschichtstoff ablaufen, die großen Flächen, die abgedeckt werden sollen, und das Sicherstellen, dass alle kritischen Stellen abgedeckt sind. Zudem stellen die kontinuierliche Erfassung, die zuverlässige Signalsammlung und die bislang erforderliche Interpretation der Signale mittels Software große Herausforderungen dar.Some known challenges for SHM technology are the complex wear and tear mechanisms that occur in a composite laminate, the large areas to be covered, and ensuring that all critical areas are covered. In addition, the continuous acquisition, reliable signal collection and the previously required interpretation of the signals using software represent major challenges.

Als Beschädigungsmechanismen innerhalb eines Verbundschichtstoffs können Risse in der Haut, Brüche (mit anderen Worten Risse, die sich durch die gesamte Faserverbundschichtstruktur erstrecken) und Schichtablösung der Lagen in der Haut vorkommen.Damage mechanisms within a composite laminate can include cracks in the skin, breaks (in other words, cracks that extend through the entire fiber composite layer structure) and delamination of the layers in the skin.

Eine bekannte und in den letzten Jahren vieluntersuchte Technik ist die sogenannte Akusto-Ultraschalltechnik (engl. acousto ultrasonic technology). Obwohl diese Technologie vielversprechend hinsichtlich der direkten Integration der Messhardware in der Faserverbundschichtstruktur ist, ist der Aufwand zum Einbringen der erforderlichen großen Anzahl von Kabeln, Sensoren, usw. aus praktischer Sicht zu hoch.A well-known technology that has been extensively researched in recent years is what is known as acousto ultrasonic technology. Although this technology is promising with regard to the direct integration of the measurement hardware in the fiber composite layer structure, the effort required to introduce the required large number of cables, sensors, etc. is too high from a practical point of view.

Ein Ultraschalltransmitter sendet Ultraschallwellen in der Faserverbundschichtstruktur. Die Wellen breiten sich von dem Transmitter radial aus und werden von einer Anzahl Sensoren erfasst.An ultrasonic transmitter sends ultrasonic waves in the fiber composite layer structure. The waves propagate radially from the transmitter and are detected by a number of sensors.

Wenn das Verbundbauteil unbeschädigt ist, reagieren die Sensoren auf eine bekannte Weise. Sollte ein Defekt auf dem Weg von dem Transmitter zu einem der Sensoren auftreten, wie beispielsweise ein Riss, ein Bruch oder eine Schichtablösung, ist einfach erkennbar, dass sich das von dem Sensor empfangene Signal geändert hat. Sollte sich der Defekt zwischen zwei Sensoren befinden, werden beide Sensoren eine Änderung feststellen. Interpretationssoftware wurde entwickelt, die versucht den Ort des Defekts zu berechnen. Häufig werden mehrere Transmitter verwendet, um dieses Vorgehen zu vereinfachen.If the composite component is undamaged, the sensors respond in a known manner. Should a defect occur on the way from the transmitter to one of the sensors, such as, for example, a crack, a break or a delamination, it is easy to see that the signal received by the sensor has changed. If the defect is between two sensors, both sensors will detect a change. Interpretation software has been developed that tries to calculate the location of the defect. Multiple transmitters are often used to simplify this process.

Ein Vorteil dieses Systems ist, dass kaum Teile in der Faserverbundschichtstruktur integriert werden müssen. Allerdings können die große Anzahl Sensoren und auch Transmitter, die sicherstellen soll, dass alle relevanten Bereiche abgedeckt werden, kaum unkompliziert angeordnet werden.One advantage of this system is that hardly any parts have to be integrated into the fiber composite layer structure. However, the large number of sensors and transmitters, which are supposed to ensure that all relevant areas are covered, can hardly be arranged in an uncomplicated manner.

Eine weitere Herausforderung ist die korrekte Anbringung dieser Geräte, meist per Bonding. Hierfür wurden Verfahren mit speziellen Oberflächenbehandlungen entwickelt, die sehr exakt ausgeführt werden müssen. Auch die Langzeitstabilität spielt eine Rolle. Noch eine Herausforderung ist es, die korrekte Versorgung aller Sensoren und Transmitter und die zuverlässige Signalsammlung zu bewerkstelligen. Ein selbsttestendes System ist hierfür erforderlich.Another challenge is the correct attachment of these devices, usually by bonding. For this purpose, processes with special surface treatments have been developed that must be carried out very precisely. Long-term stability also plays a role. Another challenge is to manage the correct supply of all sensors and transmitters and the reliable collection of signals. A self-testing system is required for this.

Andere Technologien wurden vorgeschlagen, die auf verschiedenen miniaturisierten Sensoren, die in der Faserverbundschichtstruktur eingebaut werden, oder optischen Fasern basieren. Alle diese bekannten Technologien fügen jedoch „Fremdobjekte“ in der Faserverbundschichtstruktur ein, was zum Einen die Fertigung erschwert und zum Anderen die Komplexität des Bauteils erhöht.Other technologies have been proposed based on various miniaturized sensors built into the fiber composite layer structure or optical fibers. All these known technologies, however, insert “foreign objects” into the fiber composite layer structure, which on the one hand makes production more difficult and on the other hand increases the complexity of the component.

Für den Stand der Technik wird zudem auf folgende Dokumente verwiesen:

  • US 2010/0 201 384 A1
  • EP 3 222 514 A1
  • • WO 2001 / 0 039 253 A2
  • US 2006/0 123 918A1
  • US 8 384 398 B2
  • • US 2011 / 0 089 958 A1
  • US 2012/0 197 482 A1
  • • US 2009 / 0 246 892 A1
  • DE 11 2015 003 110 T5
  • US 5 869 189 A
  • WO 2010/0 004 324 A1
  • • WO 2017 / 0 141 207 A2
  • US 5 305 507 A
  • US 2017/0 168 021 A1
  • EP 2 559 656 A1
  • US 9 329 021 B1
  • US 9 358 757 B2
  • DE 10 2011 122 481 B4
  • US 6 809 462 B2
For the state of the art, reference is also made to the following documents:
  • US 2010/0 201 384 A1
  • EP 3 222 514 A1
  • • WO 2001/0 039 253 A2
  • US 2006/0 123 918A1
  • US 8 384 398 B2
  • • US 2011/0 089 958 A1
  • US 2012/0 197 482 A1
  • • US 2009/0 246 892 A1
  • DE 11 2015 003 110 T5
  • U.S. 5,869,189 A
  • WO 2010/0 004 324 A1
  • • WO 2017/0 141 207 A2
  • U.S. 5,305,507 A
  • US 2017/0 168 021 A1
  • EP 2 559 656 A1
  • US 9 329 021 B1
  • US 9 358 757 B2
  • DE 10 2011 122 481 B4
  • US 6,809,462 B2

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde Verbundschichtbauteile zu verbessern, insbesondere hinsichtlich mögliche Defekte, wie Riss, Bruch oder Delamination.The invention is based on the object of improving composite layer components, especially with regard to possible defects such as cracks, breaks or delamination.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object is achieved by the subject matter of the independent claims. Preferred developments are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung schafft ein Strukturüberwachungssystem zum Überwachen einer Faserverbundschichtstruktur, wobei das Strukturüberwachungssystem eine zu überwachende Faserverbundschichtstruktur, die wenigstens eine faserverstärkte Polymerschicht und eine daran anlaminierte Sensorschicht, die ein elektroaktives Polymer enthält, aufweist, wobei die Sensorschicht ausgebildet ist, bei einer Änderung ihrer Sensorschichtdicke eine Spannungsänderung hervorzurufen, und eine Auswerteeinheit umfasst, die ausgebildet ist, eine von der Sensorschicht hervorgerufene Spannungsänderung zu erfassen und darauf basierend zu ermitteln, ob die Faserverbundschichtstruktur einen Defekt aufweist.The invention creates a structure monitoring system for monitoring a fiber composite layer structure, the structure monitoring system having a fiber composite layer structure to be monitored, the at least one fiber-reinforced polymer layer and a sensor layer laminated to it, which contains an electroactive polymer, the sensor layer being formed with a voltage change when its sensor layer thickness changes and comprises an evaluation unit which is designed to detect a voltage change caused by the sensor layer and to determine based thereon whether the fiber composite layer structure has a defect.

Es ist bevorzugt, dass die Sensorschicht zwischen zwei faserverstärkten Polymerschichten eingebettet ist.It is preferred that the sensor layer is embedded between two fiber-reinforced polymer layers.

Es ist bevorzugt, dass die Sensorschicht als eine Deckschicht der Faserverbundschichtstruktur ausgebildet ist.It is preferred that the sensor layer is designed as a cover layer of the fiber composite layer structure.

Es ist bevorzugt, dass die Sensorschicht ausgebildet ist, beim Biegen der Faserverbundschichtstruktur eine Spannungsänderung in Abhängigkeit von der Biegerichtung zu erzeugen.It is preferred that the sensor layer is designed to generate a change in tension as a function of the bending direction when the fiber composite layer structure is bent.

Es ist bevorzugt, dass die Sensorschicht ausgebildet ist, beim Biegen der Faserverbundschichtstruktur mit einer lediglich eine elastische Verformung hervorrufenden Biegelast in eine Richtung weg von der Sensorschicht eine positive Spannungsänderung zu erzeugen.It is preferred that the sensor layer is designed to generate a positive change in tension when the fiber composite layer structure is bent with a bending load that only causes elastic deformation in a direction away from the sensor layer.

Es ist bevorzugt, dass die Sensorschicht ausgebildet ist, beim Biegen der Faserverbundschichtstruktur mit einer lediglich eine elastische Verformung hervorrufenden Biegelast in eine Richtung auf die Sensorschicht eine negative Spannungsänderung zu erzeugen.It is preferred that the sensor layer is designed to generate a negative voltage change when the fiber composite layer structure is bent with a bending load that only causes elastic deformation in one direction towards the sensor layer.

Es ist bevorzugt, dass die Sensorschicht ausgebildet ist, beim Biegen der Faserverbundschichtstruktur mit einer den Defekt hervorrufenden Biegelast eine größere Spannungsänderung als bei elastischem Biegen zu erzeugen.It is preferred that the sensor layer is designed to produce a greater change in tension when the fiber composite layer structure is bent with a bending load that causes the defect than when it is bent elastically.

Es ist bevorzugt, dass die Sensorschicht ausgebildet ist, beim Biegen der Faserverbundschichtstruktur mit einer einen Mikroriss, Riss oder einen Bruch als den Defekt hervorrufenden Biegelast eine größere Spannungsänderung mit selbem Vorzeichen als bei elastischem Biegen in die gleiche Richtung zu erzeugen.It is preferred that the sensor layer is designed to generate a greater change in tension with the same sign than with elastic bending in the same direction when the fiber composite layer structure is bent with a bending load causing a microcrack, crack or break as the defect.

Es ist bevorzugt, dass die Sensorschicht ausgebildet ist, beim Biegen der Faserverbundschichtstruktur mit einer eine Delamination als den Defekt hervorrufenden Biegelast eine Spannungsänderung mit umgekehrtem Vorzeichen als bei elastischem Biegen in die gleiche Richtung zu erzeugen.It is preferred that the sensor layer is designed to generate a stress change with the opposite sign than with elastic bending in the same direction when the fiber composite layer structure is bent with a bending load causing delamination as the defect.

Es ist bevorzugt, dass die Sensorschicht wenigstens zwei Elektrodenschichten und eine dazwischen angeordnete elektroaktive Polymerschicht aufweist, wobei die Elektroden mit der Auswerteeinheit elektrisch verbunden sind.It is preferred that the sensor layer has at least two electrode layers and an electroactive polymer layer arranged between them, the electrodes being electrically connected to the evaluation unit.

Es ist bevorzugt, dass die Auswerteeinheit ausgebildet ist, die Art des Defekts aufgrund der Spannungsänderungen der Sensorschicht zu ermitteln.It is preferred that the evaluation unit is designed to determine the type of defect based on the voltage changes in the sensor layer.

Vorzugsweise umfasst das Strukturüberwachungssystem eine Speichereinrichtung zum Speichern der von der Sensorschicht gemessenen Spannung und/oder der von der Auswerteeinheit ermittelten Daten.The structure monitoring system preferably comprises a memory device for storing the voltage measured by the sensor layer and / or the data determined by the evaluation unit.

Vorzugsweise umfasst das Strukturüberwachungssystem eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, an die Sensorschicht elektrische Spannung derart anzulegen, dass die Sensorschicht als Biegeaktor fungiert, um der Verformung der Faserverbundschichtstruktur entgegenzuwirken.The structure monitoring system preferably comprises a control unit which is designed to apply electrical voltage to the sensor layer in such a way that the sensor layer functions as a bending actuator in order to counteract the deformation of the fiber composite layer structure.

Die Erfindung schafft ein Luftfahrzeug mit einem Faserverbundbauteil und einem bevorzugten Strukturüberwachungssystem zum Überwachen des Faserverbundbauteils, insbesondere der Primärstruktur und/oder der Sekundärstruktur des Luftfahrzeugs.The invention creates an aircraft with a fiber composite component and a preferred structure monitoring system for monitoring the fiber composite component, in particular the primary structure and / or the secondary structure of the aircraft.

Die Erfindung schafft ein Strukturüberwachungsverfahren zum Überwachen einer Faserverbundschichtstruktur, insbesondere eines Luftfahrzeugs, mittels eines bevorzugten Strukturüberwachungssystems, indem die Auswerteeinheit eine durch eine Biegelast verursachte Verformung der Faserverbundschichtstruktur anhand der Folge der Spannungsänderungen der Sensorschicht ermittelt, ob und wenn ja welche Art von Defekt in der Faserverbundschichtstruktur aufgrund der Biegelast entstanden ist.The invention creates a structure monitoring method for monitoring a fiber composite layer structure, in particular an aircraft, by means of a preferred structure monitoring system, in which the evaluation unit determines a deformation of the fiber composite layer structure caused by a bending load on the basis of the tension changes in the sensor layer, whether and, if so, what type of defect in the fiber composite layer structure caused by the bending load.

Es ist bevorzugt, dass die Steuereinheit eine elektrische Spannung an die Sensorschicht derart anlegt, dass die Sensorschicht als Biegeaktor fungiert, um der Verformung der Faserverbundschichtstruktur entgegenzuwirken.It is preferred that the control unit applies an electrical voltage to the sensor layer in such a way that the sensor layer functions as a bending actuator in order to counteract the deformation of the fiber composite layer structure.

Ausführungsbeispiele werden anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

  • 1 eine Ansicht eines Verbundschichtbauteils bei Verformung;
  • 2 eine Ansicht des Verbundschichtbauteils aus 1 bei Defektbildung;
  • 3 eine Ansicht des Verbundschichtbauteils aus 1 bei Verformung; und
  • 4 eine Ansicht des Verbundschichtbauteils aus 1 bei Delamination.
Embodiments are explained in more detail with reference to the accompanying schematic drawings. It shows:
  • 1 a view of a composite layer component during deformation;
  • 2 a view of the composite layer component 1 with defect formation;
  • 3 a view of the composite layer component 1 at deformation; and
  • 4th a view of the composite layer component 1 with delamination.

Es wird auf 1 bis 4 Bezug genommen, die ein Ausführungsbeispiel eines Strukturüberwachungssystems 10 zeigen. Das Strukturüberwachungssystem 10 umfasst eine Faserverbundschichtstruktur 12, die von dem Strukturüberwachungssystem 10 auf das Auftreten eines Defekts 14 überwacht werden soll.It will be on 1 to 4th Referring to one embodiment of a structural monitoring system 10 demonstrate. The structure monitoring system 10 comprises a fiber composite layer structure 12 by the structural monitoring system 10 on the occurrence of a defect 14th should be monitored.

Die Faserverbundschichtstruktur 12 umfasst eine Mehrzahl von faserverstärkten Polymerschichten 16 und eine Sensorschicht 18. Die Sensorschicht 18 ist beispielsweise als eine untere Deckschicht 20 ausgebildet. Die Sensorschicht 18 kann alternativ auch als obere Deckschicht 22 ausgebildet sein oder zwischen zwei Polymerschichten 16 eingebettet sein.The fiber composite layer structure 12 comprises a plurality of fiber reinforced polymer layers 16 and a sensor layer 18th . The sensor layer 18th is for example as a lower cover layer 20th educated. The sensor layer 18th can alternatively also be used as an upper cover layer 22nd be formed or between two polymer layers 16 be embedded.

Die Polymerschicht 16 ist auf herkömmliche Weise ausgebildet und kann beispielsweise eine glasfaserverstärkte Polymerschicht (GFRP), kohlefaserverstärkte Polymerschicht (CFRP), aramidfaserverstärkte Polymerschicht (AFRP) oder dergleichen sein.The polymer layer 16 is formed in a conventional manner and can, for example, be a glass fiber reinforced polymer layer (GFRP), carbon fiber reinforced polymer layer (CFRP), aramid fiber reinforced polymer layer (AFRP) or the like.

Die Sensorschicht 18 besteht aus elektroaktivem Polymer 24. Die Sensorschicht 18 ist daher ausgebildet aufgrund einer Verformung eine Spannungsänderung ΔU in Abhängigkeit von der Verformung der Polymerschicht 16 hervorzurufen.The sensor layer 18th consists of electroactive polymer 24 . The sensor layer 18th a voltage change is therefore formed due to a deformation ΔU depending on the deformation of the polymer layer 16 to evoke.

Die Sensorschicht 18 enthält eine anlaminierte Elektrodenschicht 26, die an die unterste Polymerschicht 16 anlaminiert ist, eine elektroaktive Polymerschicht 28, die dickenveränderlich ist, und eine freie Elektrodenschicht 30, die freiliegt. Im Fall, dass die Sensorschicht 18 eingebettet ist, ist auch die freie Elektrodenschicht 30 an der benachbarten Polymerschicht 16 anlaminiert.The sensor layer 18th contains a laminated electrode layer 26th attached to the bottom polymer layer 16 is laminated, an electroactive polymer layer 28 , which is variable in thickness, and a free electrode layer 30th that is exposed. In the case that the sensor layer 18th is embedded, is also the free electrode layer 30th on the adjacent polymer layer 16 laminated on.

Das Strukturüberwachungssystem 10 umfasst ferner eine Auswerteeinheit 32, die ausgebildet ist, die Spannungsänderung ΔU zu erfassen und auszuwerten. Die Auswerteeinheit 32 kann beispielsweise ein Computer 34 sein.The structure monitoring system 10 further comprises an evaluation unit 32 that is formed, the voltage change ΔU to record and evaluate. The evaluation unit 32 for example a computer 34 be.

Das Strukturüberwachungssystem 10 umfasst weiter eine Steuereinheit 36, die ebenfalls durch den Computer 34 gebildet sein kann. Die Steuereinheit 36 ist ausgebildet, eine elektrische Spannung an die Sensorschicht 18 derart anzulegen, sodass die Sensorschicht 18 als Biegeaktor 38 fungiert, der eine Verformung der Faserverbundschichtstruktur 12 entgegenwirkt.The structure monitoring system 10 further comprises a control unit 36 that also through the computer 34 can be formed. The control unit 36 is designed to apply an electrical voltage to the sensor layer 18th in such a way that the sensor layer 18th as a bending actuator 38 acts that a deformation of the fiber composite layer structure 12 counteracts.

Nachfolgend wird die Funktionsweise des Strukturüberwachungssystems 10 näher erläutert.The following is how the structure monitoring system works 10 explained in more detail.

Wie in 1 dargestellt verformt sich die Faserverbundschichtstruktur 12, wenn daran eine Biegelast F angelegt wird. Die Biegelast F wirkt in Richtung auf die Sensorschicht 18. Die Biegelast F ist so gewählt, dass lediglich eine elastische Verformung auftritt.As in 1 The fiber composite layer structure is shown deforming 12 when a bending load F is applied to it. The bending load F acts in the direction of the sensor layer 18th . The bending load F is chosen so that only elastic deformation occurs.

Dabei werden die oberen Polymerschichten 16 gestaucht, während die unteren Polymerschichten 16 und die Sensorschicht 18 gedehnt werden. Die Verlängerung der Sensorschicht 18 ruft eine Verkleinerung der Dicke der Sensorschicht 18 hervor, die eine elektrische Messspannung U verursacht. Der Verlauf der Messspannung U ist beispielhaft an der Auswerteeinheit 32 dargestellt.The top polymer layers are thereby 16 compressed while the lower polymer layers 16 and the sensor layer 18th be stretched. The extension of the sensor layer 18th calls for a reduction in the thickness of the sensor layer 18th out that an electrical measurement voltage U caused. The course of the measurement voltage U is an example on the evaluation unit 32 shown.

Die Spannungsänderung ΔU der Messspannung U ist vorliegend positiv. Mit anderen Worten steigt die Messspannung U an. Die Auswerteeinheit 32 kann auf die Spannungsänderung ΔU und/oder die Messspannung U eingelernt werden, sodass die Auswerteeinheit den Spannungsverlauf aus 1 als defektfrei erkennt.The voltage change ΔU the measuring voltage U is positive in the present case. In other words, the measurement voltage increases U on. The evaluation unit 32 can affect the voltage change ΔU and / or the measurement voltage U can be taught in so that the evaluation unit outputs the voltage curve 1 recognizes as free of defects.

Wie in 2 dargestellt können sich in der Faserverbundschichtstruktur 12, bei zu hoher Biegelast F oder durch häufige Wiederholung der Beanspruchung, zunächst Mikrorisse 40 in den inneren Polymerschichten 16 innerhalb der Faserverbundschichtstruktur 12 bilden. Ein Mikroriss 40 ist ein Beispiel für einen Defekt 14. Bei einem Mikroriss 40 wirkt die betroffene Polymerschicht 16 nach außen hin intakt, obwohl bereits eine innere Schwächung eingetreten ist.As in 2 can be represented in the fiber composite layer structure 12 , if the bending load F is too high or if the stress is repeated frequently, micro-cracks initially 40 in the inner polymer layers 16 within the fiber composite layer structure 12 form. A micro crack 40 is an example of a defect 14th . With a micro-crack 40 the affected polymer layer works 16 outwardly intact, although an internal weakening has already occurred.

Aufgrund der Schwächung der von den Mikrorissen 40 betroffenen Polymerschichten 16 verformt sich die Faserverbundschichtstruktur 12 in der Nähe der Mikrorisse 40 mehr, sodass auch die Längenänderung der Sensorschicht 18 zunimmt. Somit steigt die Messspannung U aufgrund der größeren Änderungsgeschwindigkeit schneller an als bei einer intakten Faserverbundschichtstruktur 12. Mit anderen Worten ist die Spannungsänderung ΔU der Messspannung U größer als bei einer elastischen Verformung. Der Verlauf der Messspannung U ist beispielhaft an der Auswerteeinheit 32 dargestellt.Due to the weakening of the microcracks 40 affected polymer layers 16 the fiber composite layer structure deforms 12 near the micro-cracks 40 more, so that the change in length of the sensor layer 18th increases. Thus the measuring voltage increases U due to the greater rate of change, it increases faster than with an intact fiber composite layer structure 12 . In other words is the voltage change ΔU the measuring voltage U greater than with elastic deformation. The course of the measurement voltage U is an example on the evaluation unit 32 shown.

Steigt die Biegelast F weiter an, wie in 2 unten dargestellt, können sich die Mikrorisse 40 zu Rissen 42 erweitern. Ein Riss 42 ist ebenfalls ein Beispiel für den Defekt 14. Der Riss 42 zeichnet sich dadurch aus, dass die betroffene Polymerschicht 16 in zumindest einer Richtung (Dicke oder entlang einer Linie) ihren strukturellen Zusammenhalt verloren hat. Der Verlauf der Messspannung U ist beispielhaft an der Auswerteeinheit 32 dargestellt.If the bending load F increases further, as in 2 shown below, the microcracks can develop 40 to Cracks 42 expand. A crack 42 is also an example of the defect 14th . The crack 42 is characterized by the fact that the affected polymer layer 16 has lost its structural integrity in at least one direction (thickness or along a line). The course of the measurement voltage U is an example on the evaluation unit 32 shown.

Es sollte beachtet werden dass der Riss 42 sich zu einem Bruch ausweiten kann. Beim Bruch ist die Faserverbundschichtstruktur 12 vollständig zerstört und hat keine strukturelle Integrität mehr.It should be noted that the crack 42 can expand to a fracture. When the break is the fiber composite layer structure 12 completely destroyed and no longer has any structural integrity.

Aufgrund der weiteren Schwächung der Faserverbundschichtstruktur 12 ist die Verformung der Sensorschicht 18 noch größer; mit anderen Worten nimmt die Größe der Spannungsänderung ΔU noch weiter zu.Due to the further weakening of the fiber composite layer structure 12 is the deformation of the sensor layer 18th even bigger; in other words, the size of the voltage change increases ΔU even further to.

Anhand des beschriebenen Verhaltens der Messspannung U kann die Auswerteeinheit 32 so eingelernt werden, dass die Auswerteeinheit 32 Mikrorisse 40 und Risse 42 unterscheiden kann.Based on the behavior of the measurement voltage described U can the evaluation unit 32 be taught in so that the evaluation unit 32 Micro cracks 40 and cracks 42 can distinguish.

Wie in 3 dargestellt verformt sich die Faserverbundschichtstruktur 12, wenn daran eine Biegelast F angelegt wird. Die Biegelast F wirkt in Richtung weg von der Sensorschicht 18. Die Biegelast F ist so gewählt, dass lediglich eine elastische Verformung auftritt.As in 3 The fiber composite layer structure is shown deforming 12 when a bending load F is applied to it. The bending load F acts in the direction away from the sensor layer 18th . The bending load F is chosen so that only elastic deformation occurs.

Dabei werden die oberen Polymerschichten 16 gedehnt, während die unteren Polymerschichten 16 und die Sensorschicht 18 gestaucht werden. Die Verkürzung der Sensorschicht 18 ruft eine Erhöhung der Dicke der Sensorschicht 18 hervor, die eine elektrische Messspannung U verursacht. Der zeitliche Verlauf der Messspannung U ist beispielhaft an der Auswerteeinheit 32 dargestellt.The top polymer layers are thereby 16 stretched while the lower polymer layers 16 and the sensor layer 18th be compressed. The shortening of the sensor layer 18th calls for an increase in the thickness of the sensor layer 18th out that an electrical measurement voltage U caused. The course of the measurement voltage over time U is an example on the evaluation unit 32 shown.

Die Spannungsänderung ΔU der Messspannung U ist negativ. Mit anderen Worten sinkt die Messspannung U ab. Die Auswerteeinheit 32 kann auf die Spannungsänderung ΔU und/oder die Messspannung U eingelernt werden, sodass die Auswerteeinheit den Spannungsverlauf aus 3 als defektfreie Biegung in die Gegenrichtung erkennt.The voltage change ΔU the measuring voltage U is negative. In other words, the measurement voltage drops U from. The evaluation unit 32 can affect the voltage change ΔU and / or the measurement voltage U can be taught in so that the evaluation unit outputs the voltage curve 3 recognizes as a defect-free bend in the opposite direction.

4 zeigt eine Delamination 44 der Sensorschicht 18 als den Defekt 14. Es könnte aber auch eine andere Schicht bzw. Polymerschicht 16 delaminiert sein. Aufgrund der Stauchung der Sensorschicht 18 löst sich die Sensorschicht 18 von der Polymerschicht 16 und wölbt sich. 4th shows delamination 44 the sensor layer 18th than the defect 14th . But it could also be another layer or polymer layer 16 be delaminated. Due to the compression of the sensor layer 18th the sensor layer comes off 18th from the polymer layer 16 and bulges.

Die plötzliche Änderung der Geometrie der Sensorschicht 18 verursacht eine abrupte Änderung der Messspannung U. Insbesondere kehrt sich das Vorzeichen der Spannungsänderung ΔU abrupt um. Dadurch wird die Delamination 44 durch einen Knick 46 im Verlauf der Messspannung U an der Auswerteeinheit 32 sichtbar. Somit hat auch die Delamination 44 eine von der Auswerteeinheit 32 erkennbare Signatur.The sudden change in the geometry of the sensor layer 18th causes an abrupt change in the measurement voltage U . In particular, the sign of the voltage change is reversed ΔU abruptly around. This causes the delamination 44 by a kink 46 in the course of the measuring voltage U on the evaluation unit 32 visible. Thus, the delamination also has 44 one from the evaluation unit 32 recognizable signature.

Zusätzlich kann die Steuereinheit 36 eine Spannung an die Sensorschicht 18 anlegen, damit diese als Biegeaktor 38 fungiert und der Biegelast F entgegenwirkt. Die Steuereinheit 36 veranlasst das Anlegen der Spannung insbesondere dann, wenn eine vorgegebene Grenzbiegelast überschritten worden ist. Somit kann der Bildung von Mikrorissen 40 besser entgegengewirkt werden.In addition, the control unit 36 a voltage on the sensor layer 18th create it as a bending actuator 38 acts and the bending load F counteracts. The control unit 36 initiates the application of the voltage in particular when a specified limit bending load has been exceeded. Thus, the formation of microcracks can occur 40 better counteracted.

Ein elektroaktives Polymer (EAP) kann beispielsweise ein Schichtverbund sein, der zwei Elektroden und eine dazwischen befindliche elastische Polymerschicht aufweist. Für die Elektroden (leitende Schicht) kann ein elektrisch leitfähiges Polymer, wie Poly(3, 4 ethylen-dioxithiophen)/polystyren sulfonat, auch bekannt als PEDOT/PSS verwendet werden.An electroactive polymer (EAP) can be, for example, a layer composite that has two electrodes and an elastic polymer layer located between them. For the electrodes (conductive layer), an electrically conductive polymer such as poly (3, 4 ethylene-dioxithiophene) / polystyrene sulfonate, also known as PEDOT / PSS, can be used.

Für das elastische Polymer kann ein thermoplastisches Polyurethan-Elastomer (TPU) verwendet werden, wie etwa Epurex LPT 4207 CU-T. Dieses Polymer zeigt eine Druckfestigkeit von 50 MPa und kann daher grundsätzlich als Schicht in einem Strukturverbundbauteil verwendet werden.A thermoplastic polyurethane elastomer (TPU) such as Epurex LPT 4207 CU-T can be used for the elastic polymer. This polymer shows a compressive strength of 50 MPa and can therefore basically be used as a layer in a structural composite component.

Ein spezieller Typ von EAP mit einem flachen Polymer und dünnen elastischen Elektroden wird als dielektrisches Polymer bezeichnet. Wenn die beiden Elektroden von einer Spannungsquelle getrennt werden, ist die Dicke des EAP in einem ausgedehnten Zustand, auch genannt „inaktiver Zustand“. Wenn die Elektroden mit einer Spannungsquelle verbunden werden, ziehen diese durch elektrostatischen Druck (Coulombkräfte) einander an, und drücken die dazwischen befindliche Polymerschicht, sodass das EAP sich in Dickenrichtung zusammenzieht. Die Stauchung kann zwischen 10% und 35% liegen und kann für andere EAP noch größer sein. Gleichzeitig findet in der Ebene eine Ausdehnung aufgrund der Poissonzahl statt.A special type of EAP with a flat polymer and thin elastic electrodes is called a dielectric polymer. When the two electrodes are disconnected from a voltage source, the thickness of the EAP is in an expanded state, also called an "inactive state". When the electrodes are connected to a voltage source, they attract each other through electrostatic pressure (Coulomb forces) and press the polymer layer between them, so that the EAP contracts in the direction of its thickness. The compression can be between 10% and 35% and can be even greater for other EAP. At the same time there is an expansion in the plane due to the Poisson's number.

Die Grundidee ist eine Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen von Defekten in Verbundschichten, wie etwa Risse, Brüche und Delaminationen. Dabei wird die bislang ungenutzte Eigenschaft von EAP verwendet, dass eine Längenänderung einer EAP-Schicht in einer Dickenänderung der EAP-Schicht resultiert. Dies wiederum kann eine Spannungsänderung zwischen den EAP-Elektroden verursachen.The basic idea is a device and method for detecting defects in composite layers, such as cracks, breaks and delaminations. The previously unused property of EAP is used here, namely that a change in length of an EAP layer results in a change in thickness of the EAP layer. This in turn can cause a voltage change between the EAP electrodes.

Auf diese Weise kann ein Anbringen fremder Objekte an der Struktur vermieden werden. Ferner brauchen keine Schallwellen gesendet, empfangen und interpretiert zu werden. Die EAP-Schicht ist sehr dünn und Materialkompatibel mit typischen Verbundschichten.In this way, attaching foreign objects to the structure can be avoided. Furthermore, no sound waves need to be sent, received and interpreted. The EAP layer is very thin and material compatible with typical composite layers.

Wenn die Faserverbundschichtstruktur keiner mechanischen Spannung unterworfen ist, ist die Faserverbundschichtstruktur unverformt. Dies entspricht einem bestimmten elektrischen Potential zwischen den EAP Elektroden. Das elektrische Potential ist daher zeitlich konstant.If the fiber composite layer structure is not subjected to any mechanical stress, the fiber composite layer structure is undeformed. This corresponds to a certain electrical potential between the EAP electrodes. The electrical potential is therefore constant over time.

Wenn an der Faserverbundschichtstruktur eine Biegelast angelegt wird, wird eine Biegedeformation verursacht. Dies ergibt ein Stauchen der oberen faserverstärkten Schichten und ein Dehnen der unteren faserverstärkten Schichten sowie der EAP Schicht. Somit ergibt sich eine Längenänderung der EAP Schicht verglichen mit dem nicht deformierten Zustand. Diese Längenänderung verursacht auch eine Dickenänderung der EAP Schicht, die mechanisch zwar sehr klein ist, aber als Spannungsänderung voll messbar ist. Dabei steigt die elektrische Spannung an.When a bending load is applied to the fiber composite layer structure, bending deformation is caused. This results in a compression of the upper fiber reinforced layers and a stretching of the lower fiber reinforced layers as well as the EAP layer. This results in a change in length of the EAP layer compared to the undeformed state. This change in length also causes a change in thickness of the EAP layer, which is mechanically very small, but is fully measurable as a change in stress. The electrical voltage increases.

Bei größerer Deformation des Verbundschichtstoffs können sich in der Faserverbundschichtstruktur erste Mikrorisse bilden. Diese sind keine offenen Risse und zeigen den Beginn des Reißens an. Eine entsprechende Längenänderung der EAP Schicht erzeugt ein weiteres Ansteigen der elektrischen Spannung.In the event of major deformation of the composite laminate, the first microcracks can form in the fiber composite layer structure. These are not open cracks and indicate the beginning of the crack. A corresponding change in length of the EAP layer generates a further increase in the electrical voltage.

Bei wiederholter oder gesteigerter Beanspruchung können sich schließlich offene Risse in der faserverstärkten Schicht neben der EAP Schicht bilden. Dies kennzeichnet den Beginn eines Bruchs. Ein entsprechend steilerer Anstieg der von der EAP Schicht erzeugten Spannung ist messbar. Die EAP Schicht wird hierbei noch nicht beeinträchtigt.With repeated or increased stress, open cracks can eventually form in the fiber-reinforced layer next to the EAP layer. This marks the beginning of a break. A correspondingly steeper rise in the voltage generated by the EAP layer can be measured. The EAP layer is not yet affected.

Wenn an der Faserverbundschichtstruktur eine Biegelast in die andere Richtung angelegt wird, wird eine Biegedeformation in der anderen Richtung verursacht. Dies ergibt ein Dehnen der oberen faserverstärkten Schichten und eine Kompression der unteren faserverstärkten Schichten sowie der EAP Schicht. Somit ergibt sich eine Längenänderung der EAP Schicht verglichen mit dem nicht deformierten Zustand. Diese Längenänderung verursacht auch eine Dickenänderung der EAP Schicht, die mechanisch zwar sehr klein ist, aber als Spannungsänderung voll messbar ist. Dabei sinkt die elektrische Spannung ab.When a bending load is applied to the fiber composite layer structure in the other direction, bending deformation is caused in the other direction. This results in stretching of the upper fiber reinforced layers and compression of the lower fiber reinforced layers as well as the EAP layer. This results in a change in length of the EAP layer compared to the undeformed state. This change in length also causes a change in thickness of the EAP layer, which is mechanically very small, but is fully measurable as a change in stress. The electrical voltage drops in the process.

Bei zu großer Deformation des Verbundschichtstoffs können Schichten delaminieren, wie etwa die EAP Schicht. Hierdurch wird ebenfalls die Länge der EAP Schicht geändert. Ein ähnlicher Vorgang ergibt sich, wenn eine der faserverstärkten Schichten neben der EAP Schicht sich ablösten. Dabei folgt auf das bisherige Sinken der elektrischen Spannung eine scharfer Anstieg, der an Anzeichen für eine Delamination ist.If the composite laminate is deformed too much, layers such as the EAP layer can delaminate. This also changes the length of the EAP layer. A similar process occurs if one of the fiber-reinforced layers next to the EAP layer peeled off. The previous drop in electrical voltage is followed by a sharp rise, which is an indication of delamination.

Die EAP Schicht ist vollkompatibel mit kohlefaserverstärkten und glasfaserverstärkten Verbundstoffen und kann in den Verbundschichtstoff mittels Streifenplatzierung oder Faserlegeköpfen integriert werden. Ferner kann die EAP Schicht in Streifen unterteilt werden, um eine Ortsauflösung zu ermöglichen.The EAP layer is fully compatible with carbon fiber reinforced and glass fiber reinforced composites and can be integrated into the composite laminate by placing strips or fiber laying heads. Furthermore, the EAP layer can be divided into strips in order to enable spatial resolution.

Vorteilhaft erlaubt die Erfindung Riss-, Bruch- und Delaminationserfassung mit demselben Gerät und ohne Bonden von Geräten auf der Haut bzw. dem Bauteil. Die EAP Schicht erlaubt eine Gewichtsverringerung und ist ständig aktiv. Ferner ist die EAP Schicht kompatibel mit Verbundbauteilen.The invention advantageously allows crack, breakage and delamination detection with the same device and without bonding devices to the skin or the component. The EAP layer allows weight reduction and is always active. Furthermore, the EAP layer is compatible with composite components.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
StrukturüberwachungssystemStructural monitoring system
1212
FaserverbundschichtstrukturFiber composite layer structure
1414th
Defektmalfunction
1616
PolymerschichtPolymer layer
1818th
SensorschichtSensor layer
2020th
untere Deckschichtlower top layer
2222nd
obere Deckschichtupper cover layer
2424
elektroaktives Polymerelectroactive polymer
2626th
anlaminierte Elektrodenschichtlaminated electrode layer
2828
elektroaktive Polymerschichtelectroactive polymer layer
3030th
freie Elektrodenschichtfree electrode layer
3232
AuswerteeinheitEvaluation unit
3434
Computercomputer
3636
SteuereinheitControl unit
3838
BiegeaktorBending actuator
4040
MikrorissMicro crack
4242
RissCrack
4444
DelaminationDelamination
4646
Knick Kink
FF.
BiegelastBending load
UU
MessspannungMeasuring voltage
ΔUΔU
SpannungsänderungVoltage change

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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  • DE 102011122481 B4 [0011]DE 102011122481 B4 [0011]
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Claims (15)

Strukturüberwachungssystem (10) zum Überwachen einer Faserverbundschichtstruktur (12), wobei das Strukturüberwachungssystem (10) eine zu überwachende Faserverbundschichtstruktur (12), die wenigstens eine faserverstärkte Polymerschicht (16) und eine daran anlaminierte Sensorschicht (18) aufweist, die ein elektroaktives Polymer (24) enthält, wobei die Sensorschicht (18) ausgebildet ist, bei einer Änderung ihrer Sensorschichtdicke eine Spannungsänderung (ΔU) hervorzurufen, und eine Auswerteeinheit (32) umfasst, die ausgebildet ist, eine von der Sensorschicht (18) hervorgerufene Spannungsänderung (ΔU) zu erfassen und darauf basierend zu ermitteln, ob die Faserverbundschichtstruktur (12) einen Defekt (14) aufweist.Structure monitoring system (10) for monitoring a fiber composite layer structure (12), the structure monitoring system (10) having a fiber composite layer structure (12) to be monitored, the at least one fiber-reinforced polymer layer (16) and a sensor layer (18) laminated to it, which has an electroactive polymer (24 ), the sensor layer (18) being designed to cause a change in voltage (ΔU) when its sensor layer thickness changes, and comprising an evaluation unit (32) designed to detect a change in voltage (ΔU) caused by the sensor layer (18) and to determine based thereon whether the fiber composite layer structure (12) has a defect (14). Strukturüberwachungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorschicht (18) zwischen zwei faserverstärkten Polymerschichten (16) eingebettet ist oder dass die Sensorschicht (18) als eine Deckschicht (22) der Faserverbundschichtstruktur (12) ausgebildet ist.Structure monitoring system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor layer (18) is embedded between two fiber-reinforced polymer layers (16) or that the sensor layer (18) is designed as a cover layer (22) of the fiber composite layer structure (12). Strukturüberwachungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorschicht (18) ausgebildet ist, beim Biegen der Faserverbundschichtstruktur (12) eine Spannungsänderung (ΔU) in Abhängigkeit von der Biegerichtung zu erzeugen.Structure monitoring system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor layer (18) is designed to generate a tension change (ΔU) as a function of the bending direction when the fiber composite layer structure (12) is bent. Strukturüberwachungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorschicht (18) ausgebildet ist, beim Biegen der Faserverbundschichtstruktur (12) mit einer lediglich eine elastische Verformung hervorrufenden Biegelast (F) in eine Richtung weg von der Sensorschicht (18) eine positive Spannungsänderung (ΔU) zu erzeugen.Structure monitoring system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor layer (18) is designed, when the fiber composite layer structure (12) is bent, with a bending load (F) causing only an elastic deformation in a direction away from the sensor layer (18) to generate a positive voltage change (ΔU). Strukturüberwachungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorschicht (18) ausgebildet ist, beim Biegen der Faserverbundschichtstruktur (12) mit einer lediglich eine elastische Verformung hervorrufenden Biegelast (F) in eine Richtung auf die Sensorschicht (18) eine negative Spannungsänderung (ΔU) zu erzeugen.Structure monitoring system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor layer (18) is formed when bending the fiber composite layer structure (12) with a bending load (F) causing only elastic deformation in one direction towards the sensor layer (18) to generate negative voltage change (ΔU). Strukturüberwachungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorschicht (18) ausgebildet ist, beim Biegen der Faserverbundschichtstruktur (12) mit einer den Defekt (14) hervorrufenden Biegelast (F) eine größere Spannungsänderung (ΔU) als bei elastischem Biegen zu erzeugen.Structure monitoring system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor layer (18) is designed, when bending the fiber composite layer structure (12) with a bending load (F) causing the defect (14), a greater stress change (ΔU) than with elastic To produce bending. Strukturüberwachungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorschicht (18) ausgebildet ist, beim Biegen der Faserverbundschichtstruktur (12) mit einer einen Mikroriss (40), einen Riss (42) oder einen Bruch (43) als den Defekt (14) hervorrufenden Biegelast (F) eine größere Spannungsänderung (ΔU) mit selbem Vorzeichen als bei elastischem Biegen in die gleiche Richtung zu erzeugen.Structure monitoring system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor layer (18) is formed when bending the fiber composite layer structure (12) with a micro-crack (40), a crack (42) or a break (43) as the Defect (14) causing the bending load (F) to generate a greater change in tension (ΔU) with the same sign than with elastic bending in the same direction. Strukturüberwachungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorschicht (18) ausgebildet ist, beim Biegen der Faserverbundschichtstruktur (12) mit einer eine Delamination (44) als den Defekt (14) hervorrufenden Biegelast (F) eine Spannungsänderung (ΔU) mit umgekehrtem Vorzeichen als bei elastischem Biegen in die gleiche Richtung zu erzeugen.Structure monitoring system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor layer (18) is designed to cause a change in tension (F) when the fiber composite layer structure (12) is bent with a delamination (44) causing the defect (14). ΔU) with the opposite sign than with elastic bending in the same direction. Strukturüberwachungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorschicht (18) wenigstens zwei Elektrodenschichten (26, 30) und eine dazwischen angeordnete elektroaktive Polymerschicht (28) aufweist, wobei die Elektrodenschichten (26, 30) mit der Auswerteeinheit (32) elektrisch verbunden sind.Structure monitoring system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor layer (18) has at least two electrode layers (26, 30) and an electroactive polymer layer (28) arranged between them, the electrode layers (26, 30) being connected to the evaluation unit ( 32) are electrically connected. Strukturüberwachungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (32) ausgebildet ist, die Art des Defekts (14) aufgrund der charakteristischen Spannungsänderungen (ΔU) der Sensorschicht (18) zu ermitteln.Structure monitoring system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (32) is designed to determine the type of defect (14) based on the characteristic voltage changes (ΔU) of the sensor layer (18). Strukturüberwachungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Speichereinrichtung zum Speichern der von der Sensorschicht (18) gemessenen Spannung und/oder der von der Auswerteeinheit (32) ermittelten Daten.Structure monitoring system (10) according to one of the preceding claims, characterized by a memory device for storing the voltage measured by the sensor layer (18) and / or the data determined by the evaluation unit (32). Strukturüberwachungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (36), die ausgebildet ist, an die Sensorschicht (18) elektrische Spannung derart anzulegen, dass die Sensorschicht (18) als Biegeaktor (38) fungiert, um der Verformung der Faserverbundschichtstruktur (12) entgegenzuwirken.Structure monitoring system (10) according to one of the preceding claims, characterized by a control unit (36) which is designed to apply electrical voltage to the sensor layer (18) in such a way that the sensor layer (18) functions as a bending actuator (38) to prevent the deformation of the To counteract fiber composite layer structure (12). Luftfahrzeug mit einem Faserverbundbauteil, das eine Faserverbundschichtstruktur (12) enthält, und einem Strukturüberwachungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Überwachen des Faserverbundbauteils, insbesondere der Primärstruktur und/oder der Sekundärstruktur des Luftfahrzeugs.Aircraft with a fiber composite component which contains a fiber composite layer structure (12) and a structure monitoring system (10) according to one of the preceding claims for monitoring the fiber composite component, in particular the primary structure and / or the secondary structure of the aircraft. Strukturüberwachungsverfahren zum Überwachen einer Faserverbundschichtstruktur (12), insbesondere eines Luftfahrzeugs, mittels eines Strukturüberwachungssystems (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, indem die Auswerteeinheit (32) eine durch eine Biegelast (F) verursachte Verformung der Faserverbundschichtstruktur (12) anhand der Folge der Spannungsänderungen (ΔU) der Sensorschicht (18) ermittelt, ob und wenn ja welche Art von Defekt (14) in der Faserverbundschichtstruktur (12) aufgrund der Biegelast (F) entstanden ist.Structure monitoring method for monitoring a fiber composite layer structure (12), in particular of an aircraft, by means of a structure monitoring system (10) according to one of the preceding claims, in which the evaluation unit (32) determines a deformation of the fiber composite layer structure (12) caused by a bending load (F) on the basis of the sequence of stress changes (ΔU) of the sensor layer (18) whether and, if so, what type of defect (14) has arisen in the fiber composite layer structure (12) due to the bending load (F). Strukturüberwachungsverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (36) eine elektrische Spannung an die Sensorschicht (18) derart anlegt, dass die Sensorschicht (18) als Biegeaktor (38) fungiert, um der Verformung der Faserverbundschichtstruktur (12) entgegenzuwirken.Structural monitoring procedure according to Claim 14 , characterized in that the control unit (36) applies an electrical voltage to the sensor layer (18) in such a way that the sensor layer (18) functions as a bending actuator (38) to counteract the deformation of the fiber composite layer structure (12).
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