Berührungslose Prozesskontrolle im Impuls-Echo-Verfahren zur Überwachung der Aushärtung von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen

Grasse Zur Composite Testing entwickelt gemeinsam mit dem DLR e.V. im Rahmen eines vom BMWi geförderten ZIM-Forschungsprojektes eine berührungslose Prozesskontrolle im Impuls-Echo-Verfahren. Durch die zunehmende Vernetzung von Steuerungs- und Anlagensystemen ist die Echtzeit-Information der Aushärtung bei der Verarbeitung von faserverstärkten Kunststoffen von immer größerem Interesse.

Bereits seit ca. zwanzig Jahren ist die berührungslose Prozesskontrolle GZ US-Plus® erfolgreich im Markt vertreten. Gegenüber konkurrierenden Verfahren wie die di-elektrische Analyse (DEA) hat sie den Vorteil, berührungslos messen zu können. Dabei sendet das ultraschall-basierte System über einen Piezo-Sensor Schallwellen aus, die ein zweiter Sensor empfängt. Eine Rechnereinheit berechnet aus der Laufzeit den Aushärteverlauf. Diese Methode der Prozesskontrolle ist insbesondere für die Luftfahrtindustrie von Bedeutung, da keine Durchgangsbohrungen in die Formen eingebracht werden müssen und somit die aufwendig bearbeiteten Oberflächen der geschlossenen Formen nicht beschädigt werden.

Die Grenzen der bisherigen Referenz-Technologie werden bei Rotorblättern von Windenergieanlagen deutlich. Diese Bauteile werden in sog. Open-mold-Bauweise gefertigt und sind heutzutage bis zu 80 m lang. Unter den oftmals rauen Produktionsbedingungen ist es nicht möglich, mittels zweier Sensoren (Sender und Empfänger) die Aushärtung in Durchschallung zu messen. Die Praxis zeigt, daß nur eine fest installierte Sensorik, die die Arbeitsabläufe in der Fertigung nicht behindert, sondern unterstützt, in der Produktion umsetzbar ist.

Aus diesem Grund wurde die Entwicklung von OPtimus® angestoßen, bei der die Aushärtekontrolle mittels gekoppelter Sender-Empfänger-Einheit im Impuls-Echo-Verfahren realisiert wird. Bei dieser Technologie entfällt ein zweiter Sensor, weshalb die Sensorik dauerhaft in der Form integriert verbleiben kann. Dadurch ist sowohl eine enorme Effizienzsteigerung bei der Aushärtung als auch eine Sicherstellung der Vernetzung im Rahmen der QS möglich. Eine Fließfrontenerkennung ist ebenfalls Stand der aktuellen Entwicklung, die voraussichtlich 2022 marktreif sein wird.

Kontakt

Grasse Zur Composite Testing GmbH, Dr. Fabian Grasse, fabian.grasse@grassezur.de, +49 30 7790791-50

DLR e.V., Hakan Ucan, hakan.ucan@dlr.de, +49 531 295-3709



Im Februar berichtete die Redaktion der Fachzeitschrift LIGHTWEIGHT DESIGN über das Schubprüfverfahren von GRASSE ZUR COMPOSITE TESTING (GZI), welches seit Januar 2014 als DIN SPEC 4885:2014 standardisiert ist. Der Artikel „Neuer Prüfstandard für die Schubprüfung von faserverstärkten Kunststoffen“ trifft in der Fachwelt auf großes Interesse und schafft es auf Platz Eins der am meisten geklickten Nachrichten von LIGHTWEIGHT DESIGN.

Das neuartige Prüfverfahren für die Schubkennwertbestimmung an Composites wurde von der GZI zur Anwendung im industriellen Umfeld entwickelt. Zuvor wurde das Verfahren an der Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung  (BAM) erdacht und im Rahmen einer Dissertation wissenschaftlich bewertet. Das durch die GZI weiterentwickelte, praxistaugliche Schubprüfverfahren zum composite testing erlaubt eine schnellere und präzisere Werkstoffcharakterisierung als zuvor. Die GZI erhielt für diese Innovation den DIN Innovationspreis 2014 sowie den Innovationspreis Berlin-Brandenburg 2014.

Das Magazin LIGHTWEIGHT DESIGN (Springer Vieweg Verlag) ist die anerkannte Fachzeitschrift für den Leichtbau und den Einsatz faserverstärkter Kunststoffe im deutschsprachigen Raum. LIGHTWEIGHT DESIGN berichtet mit praxisorientierten Informationen zur Umsetzung von Leichtbauprinzipien bei der Entwicklung und Herstellung neuer Produkte entlang der gesamten Wertschöpfungskette von der Werkstoff- über die Konstruktionstechnik sowie Simulations- und Optimierungsverfahren bis hin zur Fertigungstechnik, Qualitätssicherung und zum Recycling.