In-situ Überwachung und Bewertung von Tränkungsprozessen

Abstract

In-situ Überwachung und Bewertung von Tränkungsprozessen Das kontinuierliche Überwachen und Anpassen des Tränkungsschrittes von Liquid Composite Molding Prozessen verspricht, Nacharbeiten und Ausschussraten in der Produktion von Faserverbundstrukturen zu reduzieren. Die fehlerfreie und vollständige Benetzung bei jedem Injektionsprozess einer Serie ist das Ziel. Fertigungsbedingte Abweichungen der trockenen Verstärkungsstrukturen (Preforms) erschweren die Vorhersage des zu erwartenden Fließbildes. Hierdurch bleiben Nacharbeiten und Ausschuss als Teil von Prozesskosten nicht aus. Ziel ist es, neben der Dokumentation des Fertigungsprozesses, Fertigungsabweichungen zu erkennen und frühzeitig Korrekturmaßnahmen einzuleiten. Um eine effiziente Bewertung auf Bauteilebene während der Fertigung durchzuführen, findet ein Abgleich von Online-Messdaten und Simulationsparametern mithilfe eines neuronalen Netzwerkes statt. Das Online-Messsystem erfasst während der Fertigung Injektionsdruck, Vakuumdruck und Harzankunft an zuvor definierten Positionen. Die erfassten Parameter werden mit Simulationsergebnissen korreliert, sodass Einschlüsse aus Fließfrontzusammenflüssen simulativ identifiziert werden können. Erkennt das Produktionssystem eine oder mehrere trockene Stellen, soll es in Zukunft Entscheidungen zur Selbstanpassung treffen. Diese Systemintelligenz benötigt quantifizierbare Bewertungskriterien. Ein Bewertungskriterium ist das Auflöseverhalten von trockenen Bereichen. Aufgrund der geringen Strömungsgeschwindigkeiten und der porösen Beschaffenheit der Faserhalbzeuge wird das Auflöseverhalten mit einer zweiphasigen Simulation des Luft-Harz-Systems auf dem Druck-Sättigungs-Ansatz simuliert, der nach dem Darcy-Gesetz formuliert ist. Ein modifiziertes Permeabilitätsmodell nach Brooks und Corey zeigt gute Übereinstimmung mit experimentellen Versuchsergebnissen zu vertretbaren Rechenzeiten. Das relative Permeabilitätsmodell berücksichtigt den Einfluss der Strömung jeder Phase in Gegenwart der anderen Phase. Mit dem Ziel, Nacharbeiten und Ausschussraten in der Produktion von Faserverbundstrukturen zu reduzieren, werden Korrekturmöglichkeiten und Korrekturstrategien der Gegenstand weiterführender Untersuchungen sein.