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1 Einleitung 1
1 Einleitung
Um Betriebssicherheit zu gewährleisten, werden technische Strukturen derzeit nach
festgelegten Zeitintervallen oder aufgelaufenen Betriebsstunden mit Hilfe visueller Prüfungen
oder zerstörungsfreier Prüftechniken, wie z.B. Ultraschall, manuell inspiziert [BOLLER 2001].
Da diese Untersuchungen sehr personal- und zeitintensiv sind, entstehen durch ihren Einsatz
in den meisten Fällen hohe Kosten. Neben den finanziellen sprechen jedoch auch
sicherheitstechnische Aspekte für ein Überdenken der eingesetzten Routinen. Der „Faktor
Mensch“ kann bei der Prüfung sicherheitsrelevanter Bauteile eine nicht unerhebliche Rolle
spielen, wenn er aufgrund von Ermüdung, Unkonzentriertheit, mangelnder Erfahrung oder
schlechter Zugänglichkeit Schäden übersieht oder das Prüfergebnis falsch interpretiert. Ferner
lassen sich Strukturen heutzutage in den meisten Fällen nur diskontinuierlich überwachen,
was nicht mit dem Wissen und den Erfahrungen auf dem Gebiet der Bruchmechanik
vereinbar ist [SURESH 2003]. Die festgelegten Zeitintervalle für Schäden, die sich nach
bruchmechanischen Gesetzmäßigkeiten progressiv entwickeln, können durch
unvorhersehbare Lastfälle zu groß sein, so dass die Struktur bereits vor einer erneuten
routinemäßigen Inspektion versagt.
In der Luftfahrtindustrie werden heutzutage vermehrt Faserverbundstrukturen eingesetzt, weil
diese Werkstoffe im Vergleich zu konventionellen Materialien über einige positive
Eigenschaften verfügen. Hier sind z.B. das vorteilhafte Verhältnis von Beanspruchbarkeit zu
Gewicht oder auch eine höhere Korrosionsbeständigkeit zu nennen. Demgegenüber sind diese
Werkstoffe äußerst empfindlich für Schlagschädigungen. Durch die an der Oberfläche oftmals
nicht sichtbaren Defekte kommt es zu einer lokalen Schwächung der Struktur, welche zum
Bauteilversagen führen kann.
Mit der kontinuierlichen Überwachung der „Gesundheit“ bzw. der Integrität von Strukturen
beschäftigt sich das im englischen Sprachraum bezeichnete „Structural Health Monitoring“
(SHM). Ein entscheidendes Merkmal ist, dass das Sensornetzwerk als integraler Bestandteil
der Struktur permanent installiert bleibt. Durch die geeignete Analyse der Sensorsignale
lassen sich potenzielle Strukturschäden aufspüren. Im folgenden Abschnitt wird zunächst der
aktuelle Forschungsstand präsentiert, ehe in Kapitel 1.2 die Ziele und der Beitrag dieser
Arbeit vorgestellt werden.