CFK Glasfasersensoren überwachen Herstellung dickwandiger CFK-Strukturen

Große CFK-Bauteile werden im Vakuuminfusionsverfahren gefertigt. Das Fraunhofer LBF und MT Aerospace haben im Projekt Infusion 4.0 mit faseroptischen Sensoren versteckte Prozessabschnitte sichtbar und digital kontrollierbar gemacht.

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Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

MT Aerospace fertigt mit CFK-Boostergehäusen große CFK-Bauteile für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrt im Vakuuminfusionsverfahren. Bei der Vakuuminfusion wird eine trocken gewickelte Vorform in einem Vakuumsack durch Harz infiltriert. Währenddessen werden die Elemente in einem Ofen langsam gedreht. Sensoren überwachen dabei die Fließfront des einströmenden Harzes und optimieren so Prozesse. Wissenschaftler aus dem Fraunhofer LBF bringen zu diesem Zweck mit dem Industriepartner Glasfasersensoren bereits beim Wickeln in das Bauteil ein, die dann in diesem Fertigungsschritt die Harzverteilung kontrollieren.

Prozesssicherheit von Vakuuminfusionsprozessen erhöhen

Dabei enthält jede Sensorfaser mehrere der insgesamt über 60 Glasfasersensoren. Die Fließfront ist die Linie, an der das Harz zuerst mit den trockenen Fasern in Kontakt kommt. Für die Prozessüberwachung der digitalen Durchflussfronterkennung müssen die Signale vom rotierenden Teil im Ofen an einen Computer außerhalb übertragen werden. Dort zeigt ein digitaler Zwilling der Sensorposition auf dem Bauteil, wann die Fließfront den Sensor erreicht. „Erstmals erhalten wir im Herstellungsprozess solch dickwandiger Teile transparente Informationen und erhöhen die Prozesssicherheit von Vakuuminfusionsprozessen“, erklärt Martin Lehmann, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fraunhofer LBF.

Im Video erklärt Martin Lehmann, stellvertretender Leiter Leichtbaustrukuren am Fraunhofer LBF, näheres zum Projekt Infusion 4.0:

Die neue Fertigungstechnologie macht bislang versteckte Prozesse sicht- und digital kontrollierbar, was die Prozesssicherheit erhöht. Der Informationsgewinn durch die Automatisierung des Harzflusses sichert die Reproduzierbarkeit und die Qualität des neuen Produktes und ermöglicht bei Bedarf ein gezieltes Eingreifen noch während der Fertigung. Eine verbesserte Steuerung beschleunigt zudem den Serienhochlauf – die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens steigt.

Integrierte Sensoren senken Fertigungskosten

Darüber hinaus kann die neue Technologie eine künftig automatisierte Steuerung des Fertigungsprozesses im Sinne von Industrie 4.0 ermöglichen. Mit den integrierten Sensoren lässt sich eine Strukturüberwachung (Structural Health Monitoring - SHM) bereits ab der frühesten Phase des Lebenszyklus realisieren.

Das Projekt „Infusion 4.0 - Fließfronterkennung im Vakuuminfusionsprozess eines CFK-Boostergehäuses mit faseroptischen Sensoren“ wurde laut Beschluss des Deutschen Bundestages vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.

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