In-Situ Laminatdickenmessung während der Infusion und Aushärtung von Faserverbundkunststoffen

Abstract

Zur kostengünstigen Herstellung von großen Faserverbundstrukturen bieten sich Infusionsverfahren an, da hier nur eine feste, formgebende Formhälfte benötigt wird, während die zweite Formhälfte wird durch eine flexible Membran realisiert wird. Aufgrund vieler variierender Parameter wie u.a. dem lokal schwankenden Flächengewichts des Faserhalbzeugs, Fließeigenschaften des Harzes, Temperaturverteilung, können große Dickenschwankungen im Bauteil selbst bzw. von einem Prozess zum nächsten auftreten, somit auch das Bauteilgewicht. Diese großen Fertigungstoleranzen wirken sich negativ auf spätere Fügeprozesse und der Strukturauslegung und Leichtbaugüte der Struktur aus, da die Toleranzen hier berücksichtigt werden müssen. Die Dicke ist u.a. durch Regulieren der Menge des in das Fasermaterial infiltrierten Harzes und durch Druck beeinflussbar. Konventionelle Methoden zur Dickenmessung lassen sich häufig nicht in das industrielle Fertigungsumfeld, wie beispielsweise in einen Autoklaven, integrieren. Nach derzeitigem Stand der Technik kann die Dicke erst nach Durchlaufen des Infusions- und Aushärtungssprozesses am fertigen Bauteil gemessen werden. Die optimalen Prozessparameter zum Erreichen einer gezielten Bauteildicke muss also in einer aufwendigen Versuchsreihe gefunden werden. Aufgrund der unvermeidbaren Prozessschwankungen, welche nicht im laufenden Prozess erfasst und berücksichtigt werden können, werden die fertigungsbedingten Dickentoleranzen nicht vermindert, dies ist nur durch eine in-situ-Dickenmessung möglich. Es wird bereits Ultraschall verwendet, um die Aushärtung während des Prozesses zu überwachen. Dabei wird das Bauteil über seine Dicke durchschallt und aus der Laufzeit die aktuelle Schallgeschwindigkeit des Harzes berechnet, die mit zunehmender Vernetzung steigt. Bei den Infusionsprozessen wird jedoch die Schalllaufzeit ebenfalls von der variablen Laminatdicke beeinflusst, so dass aus dem Messsignal die Dickenänderung und Aushärtungsfortschritt nicht voneinander getrennt ermittelt werden können. In diesem Beitrag wird eine Methode vorgestellt, mit deren Hilfe beide Parameter während des gesamten Herstellungsprozesses gemessen bzw. berechnet werden können und erste Versuchsergebnisse vorgestellt.