TWI: SurFlow™

Datenübertragung dreimal schneller als über Internetkabel


SurFlow™ ist ein innovatives System zur Übertragung von Daten auf der Oberfläche von faserverstärkten Verbundwerkstoffen, das von Paul Burling am TWI erfunden und patentiert wurde. Die patentierte SurFlow™- Technologie (Patent GB 2522344A) verwendet elektromagnetische Oberflächenwellen, um Daten direkt durch Verbundstrukturen zu übertragen. Daten können mit einer Geschwindigkeit von bis zu 3 Gbit/s übertragen werden - dreimal schneller als mit Internetkabeln. Im Gegensatz zur drahtlosen Datenübertragung wird unter anderem ausgeschlossen, dass das System durch eine fremde Fernsteuerung manipuliert wird.

 

Paul Burling: SurFlow™


Die Hersteller von Produkten aus Faserverbundwerkstoffen, insbesondere von militärischen und zivilen Drohnen und Flugzeugen, suchen zurzeit nach Methoden, um Verkabelung zur Datenübertragung zu reduzieren. Daher wurden bisher meist metallische Drähte oder Geflechte in den Verbundwerkstoff eingebettet. Das kann aber zu Hohlräumen im Verbundwerkstoff führen, die während des Betriebes zu einem Bruchversagen führen können.


Daher suchte Paul Burling am TWI nach einer Technologie, mit der elektromagnetische Wellen entlang der Außenhaut des Verbundwerkstoffs übertragen werden können. Er kam auf die Idee, eine Beschichtung einzusetzen, die bisher verwendet wurde, um Flugzeuge vor Blitzeinschlägen zu schützen. Der von ihm entwickelte Verbundwerkstoff enthält eine Harzschicht, die als Dielektrikum - also als elektrischer Isolator - wirkt und anschließend mit einer elektrisch leitfähigen metallischen Beschichtung beschichtet wird.


Durch die Kombination von isolierenden und leitfähigen Materialien ermöglicht die SurFlow™-Technologie die Übertragung elektromagnetischer Wellen entlang der Oberfläche der Verbundfaserbauteile. Die Technologie verwendet Oberflächenwellen, das sind elektromagnetische Wellen, die sich entlang der Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichen Eigenschaften ausbreiten. Diese Oberflächenwellen wandern entlang der Innenseite des Laminats auf der Oberfläche der nichtmetallischen Schicht. Im Schnitt besteht das Bauteil außen aus einer metallischen Oberfläche, darunter einer harzreichen Schicht, dann der Faserverstärkung, und innen einer weiteren Harzschicht.

Luft- u. Raumfahrt: Datenübertragung in Drohnen

SurFlow™: Datenübertragung in Verbundwerkstoffen

1:21 min, © TWI Ltd, 10. Januar 2018

Dieses Video zeigt die Datenübertragung durch Verbundwerkstoffe, um Fly-by-Wire-Systeme in ferngesteuerten Flugzeugen zu ersetzen. 


Es gibt keine interne Verkabelung in den Verbundwerkstoff-Flügeln oder dem Verbundwerkstoff-Rumpf. Der Fernsteuerungssender wird, ohne die Antenne auszuziehen, mit dem Übertrager verbunden. Die jeweiligen Stromversorgungen der Quer- und Höhenruder werden eingeschaltet. Das Signal wird über eine Oberflächenwelle in der Oberflächenbeschichtung des Verbundwerkstoffs übertragen.

Elektronik: Videosignalübertragung

SurFlow™: Datenübertragung in Verbundwerkstoffen

1:04 min, © TWI Ltd, 12. Januar 2018

Mit SurFlow™ können auch Videosignale übertragen werden. Wie im Video gezeigt wird, findet das Signal einen Weg um einzelne Finger. Nur wenn die gesamte Oberfläche des Verbundfaser-Bauteils mit der Hand abgedeckt wird, wird das Signal unterbrochen.


Die Stromquellen versorgen die Kamera und den Bildschirm. Die elektromagnetische Oberflächenwelle wandert durch den Verbundwerkstoff zum empfangsseitigen Übertrager. Die Live-Übertragung kann auf dem Bildschirm betrachtet werden. Die Oberflächenwelle findet ihren Weg um die Finger herum, so dass das Bild ungestört übertragen wird. Die Ausbreitung der Oberflächenwelle wird nur dann verhindert, wenn die gesamte Breite des Verbundwerkstoffbauteils abgedeckt wird. Jedes elektromagnetische Signal kann mit SurFlow übertragen werden.  

Robotik und Medizintechnik

SurFlow™: Datenübertragung in Verbundwerkstoffen

1:05 min, © TWI Ltd, 10. Januar 2018

Über  SurFlow™ lassen sich mehrere Signale gleichzeitig übertragen, wie hier am Beispiel der unabhängig voneinander gesteuerten Finger einer Hand gezeigt wird. Anwendungen in der Robotik und Medizintechnik sind daher denkbar.


Die Fernsteuerung wird eingeschaltet. Ein elektromagnetisches Signal wird zu dem SurFlow-Übertrager übertragen. Das Signal wir durch eine Oberflächenwelle auf der Oberfläche des Verbundwerkstoffbauteils übertragen. Die Oberflächenwelle steuert den Daumen und die einzelnen Finger der künstlichen Hand. Mehrere Signale werden gleichzeitig von der Oberflächenwelle übertragen. 

Anwendungen

Der Einsatz von SurFlow™ könnte der Verwendung von Datenübertragungs-Kabeln in Flugzeugen, Automobilen, Robotern und Geräten der Unterhaltungselektronik ein Ende setzen.

Industriesektoren

• Luft- und Raumfahrt

   - Drohen

   - Militärflugzeuge

   - Zivile Luftfahrt

• Öl- und Gasindustrie

  - Smarte CFK-Raiser 

Energiegewinnung

   - Windturbinen

   - Rotorblätter

Automobilbau

Robotertechnik

Medizintechnik

Unterhaltungselektronik

Lizenzen

In Süddeutschland, Österreich und der Schweiz sind Informationen über  Lizenzen zum Einsatz der patentierten Technologie auch über AluStir erhältlich.


Verbundforschungsprojekt

Aufgabenstellung und Zielsetzung

Das TWI führt ein Verbundforschungsprojekt durch, zu dem AluStir auf Anfrage gerne weitere Informationen bereitstellt. Das Projekt besteht aus zwei Phasen:

 

  • Phase 1: Charakterisierung der SurFlow™-Technologie hinsichtlich des Frequenzbereichs und der Datenübertragungsraten in Werkstoffen, die typischerweise industriell in mehreren Industriesektoren für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden. Die Untersuchung basiert auf zwei Szenarien:
    • Ein Senderpunkt und viele Empfängerpunkte im Verbundwerkstoff 
    • Viele Senderpunkte und ein Empfängerpunkt im Verbundwerkstoff

  • Phase 2: Entwicklung von SurFlow™-Technologielösungen für bestimmte Geometrien oder Produkte, die für sie Sponsoren des Projektes von Bedeutung sind. Für jeden Einsatzfall wird eine Anpassungsstudie bezüglich der erforderlichen Herstellungs- oder Nachbearbeitungsprozesse des Verbundwerkstoffs durchgeführt. Das Projekt wird in Abhängigkeit der Geometrie des Bauteils auch geeignete Sender und Empfänger bezüglich der Datenübertragungsanforderungen und etwaiger Frequenzbeschränkungen untersuchen.

Leistungsumfang

  • Konstruktionsregeln für die erforderlichen Materialeigenschaften, um die SurFlow™-Technologie in Verbundwerkstoffstrukturen zu realisieren. Die Konstruktionsregeln beinhalten folgendes:
    • Anleitung zur Materialauswahl, wenn die erforderliche Geometrie, Datenübertragungsrate und Operationshäufigkeit bekannt sind.
    • Definition des Betriebsumfangs (Datenübertragungsrate bei bestimmten Frequenzen), wenn die Materialien bekannt sind oder ausgewählt werden.
  • Gezielte Lösungen für das Design bestehender oder neuer Produkte, die von den Sponsoren bereitgestellt werden.

Preis und Dauer

Der geschätzte Gesamtbudget für das Projekt beläuft sich auf 340.000 £, d.h. circa 387.000 € (ohne Mehrwertsteuer), was über die Projektlaufzeit von zwei Jahren jeweils 34.000, d.h. circa £ 38.700 €  pro Jahr von jedem der 5 Projektteilnehmer erfordert.

 

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Patent und Veröffentlichungen

Weitere Informationen

Für Unternehmen in Süddeutschland, Österreich und der Schweiz stellt AluStir Ihnen auf Anfrage gerne weitere Informationen zur Verfügung. Bitte kontaktieren Sie uns per Telefon (+49 6024 636 0123) oder E-Mail (stephan.kallee@alustir.com).