Der Blick aus dem Flugzeugfenster zeigt, welch hohe Beanspruchungen das Material aushalten muss. Der Flügel wippt, der Rumpf wird bei jedem Flug stark belastet. Da ist es nicht verwunderlich, dass sich allmählich Risse bilden. Um die Sicherheit zu gewährleisten, kommt es darauf an, sie schnell zu finden. Dafür sorgen hohe internationale Standards. Sie schreiben vor, dass der Flugzeugrumpf – je nach Flugzeugtyp – alle 15 bis 18 Monate einer gründlichen Prüfung unterzogen werden muss.
Um auch schwer erreichbare Bereiche zu kontrollieren, muss derzeit auch die Innenverkleidung oft demontiert werden. Die Prüfung durch die Techniker erfolgt oft per Hand und ist sehr zeitintensiv. Das Flugzeug parkt während dieser Zeit mehrere Tage im Hangar und es geht viel Geld verloren.
Das Fraunhofer Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) in Darmstadt forscht nun an einer schnelleren und einfacheren Lösung. Die Forscher vernetzen den Flugzeugrumpf mit Sensoren, um das Bauteil stetig und permanent untersuchen zu können. Die Sensoren werden direkt auf der Oberfläche angebracht, eine Demontage der Verkleidung ist nicht nötig. „So können wir Schäden und Risse erkennen, bevor sie entstehen“, erklärt Dirk Mayer vom LBF.
Genutzt werden piezokeramische Sensoren, die mechanischen Druck in elektrische Spannung umwandeln und umgekehrt. Wird einer der Sensoren elektrisch angeregt, versetzt er den Teil des Rumpfes unter ihm in leichte Schwingung. Diese lokale Schwingung breitet sich aus und wird von anderen Sensoren aufgenommen. Der Empfänger-Sensor wandelt die Schwingung wieder in ein elektrisches Signal um. Dieser Ablauf setzt sich im gesamten Netzwerk fort, dadurch können größere Flächen untersucht werden.
Die Analyse der empfangenen elektrischen Signale zeigt, ob das Material Risse aufweist oder nicht. Grund dafür ist, dass die Schwingungen durch Risse gebremst werden und sich so intakte von defekten Arealen unterscheiden lassen. „Es ist wie bei einem verstimmten Musikinstrument“, sagt Ingenieur Mayer. Defektes Material des Flugzeugrumpfes „klingt“ anders.
Das Forscherteam will somit Schäden frühzeitig ausmachen und das Wartungsintervall verkürzen. Bauteile könnten in Zukunft sogar im Stundentakt überprüft werden und nicht erst nach vielen Monaten. Derzeit werden dem Test-Rumpf noch künstliche Risse zugefügt, um das System zu erproben. Wichtige Faktoren wie „unterschiedliche Betriebsbedingungen oder Temperaturunterschiede müssen noch untersucht werden“, erklärt Dirk Mayer. Den Zeitpunkt der Marktreife kann er allerdings noch nicht abschätzen.
Die Kontrolltechnik hat viel Potenzial. Sie könnte nicht nur Schäden an Flugzeugen, sondern auch an Fahrzeugen frühzeitig erkennen. Karosserie, Räder und Bremsen könnten in der Zukunft permanent auf Materialermüdung oder Risse untersucht werden. Auch im Fahrzeugbau gilt „Vertrauen ist gut, Kontrolle ist besser“.
Stephan Struve
Rissen auf der Spur
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