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Entwicklung eines drahtlosen multifunktionalen Sensorsystems zur Erfassung der Prozessparameter während der Herstellung von Faserverbundbauteilen

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. G. Ziegmann

Förderzeitraum: 03/2014 - 02/2016
Förderstelle: DFG
Förderkennzeichen: DFG Zi 648/34-1

Ansprechpartner: M.Sc. Mehdi Javdanitehran

Die Qualität und die mechanischen Eigenschaften von Faserverbundkunststoffe (FVK) hängen wesentlich vom Verarbeitungsverlauf der Matrix während des Aushärtungsprozesses ab. Die genaue analytische Prozessführung gestaltet sich aufgrund der komplexen Zusammenhänge zwischen der Geometrie des Bauteils und der Reaktionskinetik des verwendeten Harzsystems schwierig. Insbesondere bei realen Systemen, wie z. B. bei dickwandigen Bauteilen ist die Übertragbarkeit nur begrenzt möglich. Daher ist eine on-line Überwachung der Prozesse notwendig. Die dielektrische Methode hat sich als eine zuverlässige, integrierbare Variante etabliert. Aktuelle Messsysteme finden allerdings aufgrund der kabelgeführten Sensoren nur eine eingeschränkte Anwendung.

Die Entwicklung eines drahtlosen Sensorsystems zur zerstörungsfreien Echtzeiterfassung des Aushärtungsgrades und der Reaktionstemperatur während der Herstellung von Faserverbundkunststoffen ist das Ziel dieses Projektes. Im Rahmen einer Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Hochfrequenztechnik der Universität Erlangen werden die relevanten Messgrößen mit einem neuartigen Mikrowellenresonator (für die elektrischen Größen und auch die Temperatur) in Form eines passiven RFID-Sensors erfasst und mit dem tatsächlichen Aushärtegrad korreliert. Bisherige Einschränkungen (Kabelführungen in Werkzeug und Bauteil, Schwachstellen durch Kabeldurchgänge) können mit einer derartigen kompakten Anordnung umgangen werden. Auf Basis der Signale der Sensoren und der Kenntnisse über den Zusammenhang der Reaktionschemie und den dielektrischen Eigenschaften kann der Prozess über die lokale Regelung des Temperierungssystems gezielt on-line modifiziert werden. Dadurch kann eine ungünstige Aushärtung vermieden und die Zykluszeit optimiert werden.

Diese Sensoren können weiterhin für die Überwachung der Imprägnierungssphase eingesetzt werden. Die weiterführende Nutzung des Sensors nach der Aushärtung als ein multifunktionales System zur Dehnungsmessung für das Structural-Health-Monitoring (SHM) wird im Rahmen dieses Projektes untersucht. Dieses System kann als ein ganzheitliches, multifunktionales Überwachungssystem während der gesamten Lebensdauer eines Bauteils von der Herstellung bis zum Betrieb eingesetzt werden.

 

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