Christopher Reinhardt, M.Sc.

M. Sc. Maschinenbau 

Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der AG Mueller am Institut für Mechanik

Institut für Mechanik  AG Mueller

Serenity - Space Launcher Advanced Monitoring Systems

Technologien für wiederverwendbare Trägerraketen zielen darauf ab, die Wettbewerbsfähigkeit Europas im Bereich des „New Space“-Transports zu stärken, indem sie geringere Kosten, eine höhere betriebliche Flexibilität und minimale Umweltauswirkungen ermöglichen. Ihre Anwendbarkeit muss jedoch noch unter Beweis gestellt werden. Ein entscheidender Faktor ist die Strukturzustandsüberwachung (Structural Health Monitoring, SHM), die hohe Auslastungsraten der Trägerraketen und die erforderliche Flugfrequenz gewährleistet. Durch den Übergang von herkömmlichen Inspektionen zu integrierter Echtzeit-Erfassung verringert SERENITY die Abhängigkeit von umfangreichen zerstörungsfreien Prüfungen nach dem Flug und senkt so die Durchlaufzeiten und Betriebskosten für wiederverwendbare Trägerraketen.

Im Rahmen des Projekts werden zwei sich ergänzende SHM-Ansätze entwickelt:
1. Schadenserkennungssysteme unter Verwendung von Ultraschall-Leitwellenüberwachung mit piezoelektrischen (PZT) Sensoren für Messungen am Boden.
2. Thermomechanische Überwachungssysteme auf Basis von optischen Fasern mit Bragg-Gitter (FBG) für Messungen während des Fluges.
SERENITY deckt die gesamte technologische Kette ab – Sensoren, Auswerteeinheiten, Elektronik, Datenverarbeitung und Software – und gewährleistet so einen nahtlosen Transfer in Weltraumanwendungen. Ausgehend von bewährten Technologien (TRL 4–5) strebt das Projekt durch Qualifizierungstests am Boden an zwei repräsentativen Anwendungsfällen (Ariane- und Vega-Trägerraketen) das TRL-Niveau 7 an.

Das 36-monatige Projekt bringt 12 Partner aus 6 Ländern zusammen, darunter die europäischen Marktführer ArianeGroup und Avio, um eine vollständig europäische Lieferkette für kosteneffiziente SHM-Lösungen aufzubauen. Durch die Abstimmung der Technologien auf die vielfältigen Bedürfnisse der Endnutzer und die Erschließung neuer Anwendungsbereiche in anderen Hightech-Sektoren stärkt SERENITY das Marktpotenzial und trägt zur europäischen Autonomie im Bereich SHM bei.
Der Einsatz fortschrittlicher PZT- und FBG-Netzwerke wird die Wettbewerbsfähigkeit europäischer Trägerraketen verbessern und eine schnellere und sicherere Wiederverwendung ermöglichen. Damit sichert SERENITY Europas technologische Führungsrolle im Bereich SHM für den Weltraumtransport.

CalibrAEte: Entwicklung einer Standardprozedur zur Kalibrierung und Verifizierung von Schallemissionssensoren

Eine aktuelle Problematik der Schallemissionsprüfung ist die Vergleichbarkeit von Schallemissionssensoren unterschiedlicher Hersteller und die Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Sensorik im Labor- und Feldeinsatz.
Im Rahmen des Vorhabens sollen zwei Bereiche adressiert werden. Im Bereich der Sensorkalibrierung sollen Vergleiche der verschiedenen favorisierten Verfahren durchgeführt werden. Hierzu sollen Untersuchungen zur Kalibrierung mittels eines Laservibrometers als Referenzmesssystem durchgeführt werden und Untersuchungen mittels direkt angekoppelter Sensoren. Auf Basis dieser Untersuchungen soll eine Spezifikation/Norm vorbereitet werden, die aufzeigt, wie Schallemissionssensoren praktikabel vergleichbar kalibriert und charakterisiert werden können.
Für den Bereich der Sensorverifizierung liegt der Fokus in der Identifikation einer praktikablen Vorgehensweise zur einfachen Nutzung im Labor und im Feld. Der Schwerpunkt liegt auf der Bestimmung der wesentlichen Einflussgrößen auf das Prüfergebnis und die Gestaltung eines Verfahrensprotokolls zur Prüfung der Funktionalität in einem wellenbasierten Ansatz oder in einem Ansatz unter Nutzung der elektromechanischen Impedanz. Dies soll ebenfalls als Grundlage für die Erarbeitung einer Spezifikation/Norm dienen.
Insbesondere soll damit die Marktdurchdringung der Schallemissionsprüfung durch die Entwicklung von einheitlichen Schnittstellen, Merkblättern, Spezifikationen und Normen unterstützt werden. Gleichsam sollen damit Wege aufgezeigt werden, wie die prekäre Situation der Sensorkalibrierung auf internationaler Ebene überwunden werden kann.
Die Arbeitspakete der Hochschule Bochum liegen im Bereich der Sensorverifizierung mithilfe der elektromechanischen Impedanz.

2025

Reinhardt, C.; Fernandes, A.; Merzkirch, M.; Sause, M.G.R.; Mueller, I. (2025). Self-Diagnosis of Acoustic Emission Sensors: Electromechanical Impedance-Based Damage Detection. Proceedings of the 15th International Workshop on Structural Health Monitoring, 09. – 11. September 2025, Stanford, USA. https://doi.org/10.12783/shm2025/37335

Reinhardt, C.; Priebe, S.; Mueller, I. (2025). Detection of Adhesive Layer Degradation in Acoustic Emission Sensors using the Electromechanical Impedance for Self-Diagnosis. SCHALL 25 – Schallemissionsanalyse und Zustandsüberwachung mit geführten Wellen, 27. – 28. März 2025, Dresden, Germany. doi.org/10.58286/30965

2024

Reinhardt, C.; Priebe, S.; Mueller, I. (2024). The Influence of Coupling-Specific Parameters and Structural Parameters on the Electromechanical Impedance of Acoustic Emission Sensors. 36th Conference of the European Working Group on Acoustic Emission, 18-20 September 2024, Potsdam, Germany. e-Journal of Nondestructive Testing Vol. 29(10). doi.org/10.58286/30268

Priebe, S.; Reinhardt, C.; Fernandes, A.; Trattnig, H.; Sause, M.; Mueller, I. (2024). Electromechanical Impedance of Acoustic Emission Sensors used for Self-Diagnosis. Proceedings of the 10th European Workshop on Structural Health Monitoring (EWSHM 2024), June 10-13, 2024 in Potsdam, Germany. e-Journal of Nondestructive Testing . doi.org/10.58286/29632