Zerstörungsfreie Einschlagschadenserkennung an kohlefaserverstärktem Kunststoff IDD-Metro im Rahmen von BRAGECRIM

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Robert Heinrich Schmitt
• Fachliche Zuordnung: Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 262376261

Eine Produktgewichtsreduzierung durch leichten kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK) ermöglicht es der Industrie Energie zu sparen und sich der Herausforderung der internationalen Klimaziele und steigenden Energiekosten zu stellen. CFK zeichnet sich durch eine hohe Steifigkeit und Stabilität bei gleichzeitig geringem Gewicht aus. Es ist ein idealer Werkstoff für Leichtbauanwendungen in z.B. in der Luft- und Raumfahrtindustrie, Windkraftanlagen, Automobilindustrie und der Konsumgüterindustrie. Der Bedarf an CFK wird in den nächsten Jahren steigen. Die Massenproduktion von CFK-Produkten benötigt ökonomische und effiziente Reparaturprozesse. Dies erfordert zerstörungsfreie, zuverlässige, effiziente und automatisierte Messtechnik, die den Material- und Bauteilanforderungen, sowie den Werkstattbedingungen gerecht wird. Die Entwicklung portabler und zerstörungsfreier Messtechnik, die verlässlich und ganzheitlich Defekte erkennt, ist notwendig. Thermografie ist ein geeignetes Verfahren zur zerstörungsfreien Erkennung von Defekten in CFK. Thermografiesysteme sind portabel, decken ein großes Messvolumen ab und sind zeiteffizient. Die Thermografie basiert auf 2D-Bildern. Diese Bilder enthalten die Überlagerung einzelner Schichten der Probe und somit eine Tiefeninformation. Die Information über die absolute Position, Größe und insbesondere Tiefe des Defektes sind allerdings nicht ohne weiteres zugänglich. Das Ziel dieses Vorhabens ist es ein System zu entwickeln und aufzubauen, mit dem zuverlässig Einschlagschäden mit ihren entsprechenden Eigenschaften (Position, Größe, Form und Tiefe) an CFK-Komponenten erkannt werden können, um zuverlässige Reparaturprozesse von CFK in der Werkstattumgebung realisieren zu können. Um dieses Ziel zu erreichen, werden die Tiefeninformationen und die Eigenschaften eines Defektes in CFK aus den 2D-Thermografiebildern, anhand eines aus a-priori Wissen aus CT-Messungen entwickelten Modelles, extrahiert. Damit lassen sich die Defekte identifizieren und klassifizieren. CFK Proben mit Einschlagschäden werden dazu hergestellt und mit Thermografie, Shearografie und CT untersucht. Aus den Daten wird anschließend das Modell entwickelt und anhand eines Demonstrators validiert. Aus den CT-messungen wird eine Defektklassifizierung abgeleitet, die Eigenschaften wie die Tiefe und die Geometrie der Defekte berücksichtigt. Aus der Datenfusion der Thermografie-, CT- und Shearografiedaten wird das Modell entwickelt. Darüber hinaus wird dieses Forschungsprojekt vertiefende Erkenntnisse über eine verbesserte und erweiterte Defekterkennung mit Thermografie, Shearographie und CT hervorbringen (z.B. neue Messstrategien, verbesserte Messparameterwahl). Die Ergebnisse werden die Qualitätssicherung von CFK verbessern und verlässliche Reparaturprozesse ermöglichen. Weiterhin wird das Modell auf andere Materialien und Defekte erweiterbar sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Brasilien
• Kooperationspartner: Professor Dr. Armando Albertazzi Goncalves; Professor Dr. Crhistian Raffaelo Baldo