Thema des Monats Juli 2009


Bild1: Modell des Unterwasserroboters mit Tastsinn. Quelle: DFKI Bremen

In der Erdölindustrie haben Oil Country Tubular Goods, Bohrer und Leitungen aber auch Gehäuse, Seile und Drähte eine zentrale Bedeutung für die realisierbaren Fördermengen, den ökologisch verantwortungsvollen Verfahrensablauf sowie für den verlustfreien Transport und die sichere Lagerung.

Die häufig rauen Umgebungsbedingungen, die mangelnde Infrastruktur, der abrasive Charakter der geologischen Gegebenheiten und der Wunsch nach maximaler Prozess-Effizienz machen es daher notwendig, störende und zerstörende Mechanismen für Materialien und Bauteile frühzeitig zu erkennen, gegebenenfalls zu beobachten und letztlich zu beheben. Die ganze Branche ist daher ständig auf der Suche nach innovativen Technologieentwicklungen, um die Verfügbarkeit an den Basis-Rohstoffen Erdöl und Erdgas verantwortungsbewusst sicherzustellen.

Mit Sinn: Tastende Roboter

Die Tragkonstruktion von Bohrinseln zu warten, Unterwasserkabel auf Beschädigungen zu prüfen oder in Rohren Leckagen zu entdecken – so vielfältig kann das Tätigkeitsspektrum von intelligenten Unterwasserrobotern in der Tiefsee sein. Nun wollen Ingenieure solche Roboter zusätzlich mit einem Tastsinn ausstatten, damit sich diese Gehilfen selbstständig in den dunklen Tiefen bewegen und orientieren können. Projektleiter Marcus Maiwald vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, IFAM in Bremen entwickelt dazu gemeinsam mit seinen Kollegen vom Deutschen Forschungszentrum für künstliche Intelligenz, DKFI eine innovative Sensortechnologie, die auf der Verwendung von neuartigen Dehnungsmessstreifen basiert. Im Gegensatz zu konventionellen Dehnungsmessstreifen – die in der Regel aufgeklebt werden – nutzen die Entwickler eine spezielle Drucktechnologie, mit der es gelingt, den Sensor auch auf gewölbten Oberflächenbereichen des Roboters gezielt zu positionieren. Eine einzelne gedruckte Bahn ist nur wenige zehn Mikrometer breit, dies ermöglicht es zahlreiche Messstreifen dicht nebeneinander aufbringen und dadurch eine hohe Empfindlichkeit beziehungsweise Ortsauflösung sicherzustellen. Der „fühlende“ Roboter kann somit genau feststellen, wo er beispielsweise ein Hindernis berührt oder wo kein Weiterkommen möglich ist. Zusätzlich wird der Sensor durch eine dichte Verkapselung vor dem aggressiven Salzwasser geschützt. Weitere Arbeiten haben nun die Lernfähigkeit des Systems im Fokus – so sollte es zukünftig auch möglich sein, dass der Sensor zwischen einer Strömung und einem Hindernis unterscheiden kann.

Transferpotenzial: RFIDs funken durch Metall

Metalle schirmen Strahlung gut ab – das ist eine altbekannte Tatsache. Dass das aber nicht immer der Fall sein muss zeigen aktuelle Forschungsresultate. Mit einem cleveren Trick gelingt es jetzt RFID-Chips Information zu entlocken, auch wenn sie in Metall stecken. Doch wozu braucht man das?

In der Fertigung zum Beispiel – hier kommt es auf höchste Genauigkeit an und häufig entscheiden hundertstel Millimeter über Eignung oder Ausschuss eines Produktes. Sind die Werkzeuge abgenutzt, ist es mit der geforderten Genauigkeit vorbei. Daher müssen die Mitarbeiter Bohrer, Fräser und weitere Schneidwerkzeuge regelmäßig überprüfen und die Dimensionen vermessen. Bisher ist dieser Prozess mühsame und zeitaufwändige Handarbeit. Die Werkzeuge werden dazu mit einem passenden Adapter in eine Halterung, die Spindel, eingesetzt. Sowohl das Werkzeug als auch der Adapter sind mit einer Seriennummer versehen – diese und weitere Daten wie beispielsweise die Abmessungen werden per Hand abgetippt, hierbei können sich leicht Übertragungsfehler einschleichen.

Dieser ganze Ablauf wird sich zukünftig leichter, zeitsparender und sicherer gestalten lassen. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS in Duisburg haben in Kooperation mit der Kelch & Links GmbH aus Schorndorf erstmalig eine Lösung gefunden, RFID-Chips in metallische Werkzeuge zu integrieren und für den kommunikativen Datenaustausch zu nutzen. Denn diese kleinen Datenspeicher sind in der Lage, die benötigten Informationen an ein Lesegerät außerhalb der metallischen Spindel zu senden.

Nach Aussage von Dr. Gerd vom Bögel, Gruppenleiter am IMS basiert diese Technologieentwicklung auf einer Unterteilung des Übertragungsweges. Der RFID-Chip, der sich im Adapter befindet, überträgt dazu die Daten zunächst mit einem Kabel bis an die Grenzfläche zwischen Adapter und Spindel. Von dort werden die Daten dann drahtlos mit Antennenspulen weitergeleitet. Die Entwickler sehen zahlreiche Einsatzbereiche für diese Technologie, denn das Übertragungsprinzip kann überall dort genutzt werden, wo Informationen über mehrere und unterschiedliche Strecken hinweg drahtlos übermittelt werden müssen.

Kurz gemeldet: Kräfte sichtbar machen


Bild2: Anzeige von Belastungszuständen an Kunststoffproben durch mechanophore Moleküle. Quelle: Photo Beckman Institute ITG, Darren Stevenson and Alex Jerez.

Materialwissenschaftler aus dem Team von Professor Nancy Sottos von der University of Illinois at Urbana-Champaign haben eine neuartige Methode entwickelt, um kritische Kräfte oder Überlastungen in Kunststoffbauteilen direkt durch Farbeffekte anzuzeigen. Die Forscher nutzen dazu sogenannte mechanophore Moleküle, die in diverse Kunststoffmaterialien eingearbeitet werden können und bei bestimmten Krafteinwirkungen bestimmte Farbübergängen induzieren. Lacke, Halbzeuge und Bauteile könnten durch diese Entwicklung zukünftig mit einem zuverlässigen Indikator gegen mechanische Beschädigung ausgestattet werden.

Dr.-Ing. Christoph Konetschny
Material- und Nanoexperte
www.materialsgate.de


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