Bauteilintegrierte Uberwachung Variothermer Faserverbundfertigungsprozesse Mittels Minimalinvasiver Foliensensoren Auf Loslichem Substrat

Um bei der Fertigung von Faserverbundkunststoffen Zeit, Energie und Kosten sparen zu konnen, werden moglichst viele Informationen uber die Vorgange wahrend des Fertigungsprozesses benotigt. Die Integration von Foliensensoren in die hergestellten Bauteile ist eine von mehreren Moglichkeiten, diese Informationen zu erhalten. Foliensensoren bestehen aus einer thermoplastischen Folie, auf der metallische Elektroden strukturiert sind. Ihre Integration in das Bauteil bringt unterschiedliche Vor- und Nachteile mit sich. Einerseits sind bauteilintegrierte Sensoren flexibler einsetzbar als werkzeugintegrierte Sensoren und ermoglichen eine feinere raumliche Auflosung der Aushartevorgange. Andererseits werden sie bei der Fertigung zum Produktbestandteil. Sie sollten deswegen einfach und kostengunstig sein, sowie die Lasttragfahigkeit nicht beeintrachtigen. Aus mechanischer Sicht bringen Foliensensoren vor allem ein Delaminationsrisiko mit sich. Die Wahl des thermoplastischen Substratmaterials macht dabei den entscheidenden Einflussfaktor aus. Wahrend Sensoren auf Basis des haufig verwendeten Materials Polyimid ein erhebliches Delaminationsrisiko mit sich bringen, ist der Einfluss von Polyetherimid weit weniger schadlich oder verbessert sogar einzelne Festigkeitskennwerte. Neben dem Substratmaterial wirken sich auch die metallischen Sensorstrukturen auf die Belastbarkeit aus. Zur Gestaltung minimalinvasiver Sensoren sollte ein moglichst geringer Metallisierungsgrad angestrebt werden. Das verbreitetste Design fur Foliensensoren zur Ausharteuberwachung sind sogenannte Interdigitalelektroden, die eine elektrische Kapazitat bilden, deren Impedanz von der direkten Umgebung beeinflusst wird. In variothermen Fertigungsprozessen besteht eine Herausforderung darin, den Einfluss der Temperatur von dem des Aushartegrades zu trennen. Die an integrierten Sensoren gemessenen Impedanzinformationen mussen dazu eine Verarbeitung durchlaufen, in deren Verlauf die Frequenzabhangigkeit und die Einflusse von Temperatur und Sensorgeometrie aus den Daten entfernt werden. Fur eine variotherme Ausharteuberwachung ist daher die Verwendung eines zusatzlichen Temperatursensors unverzichtbar. Die Sensordaten bieten daruber hinaus Potential fur die Ermittlung des Faservolumengehalts oder zur Detektion von Harzfehlanmischungen.