DE10146323B4 - Verfahren zur rechnergesteuerten Bestimmung von Verlaufsdaten einer Fließfront und Vorrichtung dazu - Google Patents

Verfahren zur rechnergesteuerten Bestimmung von Verlaufsdaten einer Fließfront und Vorrichtung dazu Download PDF

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Abstract

Verfahren zur rechnergesteuerten Bestimmung von Verlaufsdaten einer Fließfront (8) einer sich in einem porösen Feststoff, insbesondere in mindestens einer Lage eines Verstärkungsmaterials (3), ausbreitenden Flüssigkeit, insbesondere eines Matrixmaterials (6), bei dem der Feststoff in einem Werkzeug (1) zwischen zwei parallelen, neben- oder übereinanderliegenden Formplatten (2) angeordnet ist, wobei durch eine der Formplatten (2) die Flüssigkeit injiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlaufsdaten der Fließfront (8) der Flüssigkeit mittels mindestens einer der einen Formplatte (2) zugeordneten Ultraschallquelle (5) sowie mindestens eines der anderen Formplatte (2) zugeordneten Ultraschallempfängers (7), die akustisch gekoppelt sind, aus den ausgesendeten und erfassten Schallsignalen durch einen Rechner (12) ermittelt werden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur rechnergesteuerten Bestimmung von Verlaufsdaten einer Fließfront eines duroplastischen Matrixmaterials in mindestens einer Lage eines Verstärkungsmaterials, bei dem das Verstärkungsmaterial in einem Werkzeug zwischen zwei übereinanderliegenden Formplatten angeordnet ist, wobei durch die untere Formplatte das Matrixmaterial injiziert wird sowie eine Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens dazu.
  • Zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbundes (FKV) wird ein Verstärkungsmaterial aus einem Fasermaterial mit einem Matrixmaterial, einem Harzsystem getränkt. Dies erfolgt beispielsweise im Harzinjektionsverfahren. Bei diesem Verfahren wird ein zweiteiliges Werkzeug mit einer Kavität verwendet, in die ein trockenes textiles Verstärkungsmaterial abgelegt wird. Nach dem Schließen des Werkzeuges erfolgt die vakuum- bzw. druckunterstützte Injektion des Matrixmaterials, wobei die Füllzeit des Werkzeugs vom Injektionsdruck, der zu fertigenden Bauteilgröße, dem Angussystem und dem vom Verstärkungsmaterial aufgebrachten Fließwiderstand abhängig ist.
  • Matrixmaterials, wobei die Füllzeit des Werkzeugs vom Injektionsdruck, der zu fertigenden Bauteilgröße, dem Angussystem, der Viskosität der Matrix und dem vom Verstärkungsmaterial aufgebrachten Fließwiderstand abhängig ist. Nach der Werkzeugbefüllung härtet das Matrixmaterial aus oder erstarrt durch Abkühlung, das Werkzeug wird danach wieder geöffnet und das Bauteil entnommen.
  • Als Verstärkungsmaterial werden Fasern, in der Regel Glas-Kohlenstoff- und Aramidfasern verwendet, die in Gewirken, Gestricken, Gelegen, Geweben, Matten oder Vliesen vorliegen. Zur Charakterisierung des Verstärkungsmaterials ist dessen Fließwiderstand, welcher erstmals von D'Arcy als Permeabilität charakterisiert wurde, von Bedeutung. Die den Fließwiderstand beschreibende Permeabilitätszahl ist für die Simulation des Füllvorgangs eines Werkzeuges, insbesondere eines Werkzeugs für ein komplex geformtes Bauteil, erforderlich, um eine optimale Werkzeuggestaltung zu ermöglichen und eine gesicherte Prozessbeherrschung zu gewährleisten.
  • Zur Bestimmung der Permeabilität eines Verstärkungsmaterials wird die Ausbreitung des Matrixmaterials innerhalb der Verstärkungsstruktur ermittelt. Das Verstärkungsmaterial wird dafür zwischen zwei parallelen nebeneinanderliegenden Werkzeughälften angeordnet, wobei das Verstärkungsmaterial in der Regel in einer oder mehreren, parallelen Lagen übereinandergestapelt ist.
  • Die Permeabilität eines solchen Stapels aus textilem Verstärkungsmaterial, wie auch anderer poröser Materialien, bildet einen Vektor entsprechend der drei Raumrichtungen. Es exis tieren drei senkrecht aufeinander stehende Hauptpermeabilitäten, wobei zwei der Hauptpermeabilitäten (K1 und K2) den Fließwiderstand der Verstärkungsstruktur in der Ebene beschreiben und die dritte Hauptpermeabilität (K3) den Fließwiderstand der Verstärkungsstruktur in deren Dickenrichtung (z-Richtung). Untersuchungen zur Bestimmung der beiden Hauptpermeabilitäten für die Ebene werden seit langem betrieben und es haben sich verschiedene Messverfahren etabliert. Verfahren zur Ermittlung der Hauptpermeabilität für die Dickenrichtung von ebenen Verstärkungsstrukturen sind aufgrund der in der Vergangenheit vorherrschenden zweidimensionalen Betrachtungsweise und der schweren Zugänglichkeit einer in Dickenrichtung voranschreitenden Fließfront vergleichsweise wenig vorhanden.
  • In ersten Arbeiten wurden Permeabilitätswerte aus Messungen des Druckverlustes innerhalb eines von einer Flüssigkeit durchströmten Verstärkungstextils bestimmt. Jüngere Arbeiten zeigen, dass die Permeabilität eines trockenen porösen Mediums (ungesättigter Fall) sich von einem bereits durchtränktem (gesättigter Fall) wesentlich unterscheidet. Im Zuge dieser Erkenntnis wurden Verfahren entwickelt, die eine Verfolgung einer sich in Dickenrichtung ausbreitenden Fließfront ermöglichen. Die meisten dieser Verfahren basieren auf mehreren in der Verstärkungsstruktur eingebetteten Punktsensoren, die sowohl in der Ebene als auch in der Höhe des Stapels der Verstärkungsstruktur verteilt angeordnet sind. Strömt das Matrixmaterial durch einen in der einen Werkzeughälfte angeordneten Punktanguss in das Verstärkungsmaterial, liefern die Punktsensoren bei einer Benetzung durch das Matrixmaterial ein verändertes Signal. Aufgrund der Kenntnis der Positionen der Punktsensoren innerhalb des Verstärkungsmaterials lässt sich eine dreidimensionale Abbildung des Fließfrontverlaufes rekonstruieren, aus der mit Kenntnis einer mathematischen Formulierung der Abhängigkeit zwischen der Fließgeschwindigkeit und der Permeabilität des Verstärkungsmaterials die Permeabilitätskennwerte desselben berechnet werden können. Nach der Erstarrung des Matrixmaterials sind die eingebetteten Sensoren in der Regel einer Wiederverwendung nicht mehr zugänglich. Weitere Nachteile dieser Verfahren sind ein hoher Präparationsaufwand für die Einbettung und Verdrahtung der Sensoren sowie die Störung des Fließfrontverlaufs durch die Anordnung der Sensoren im Messraum.
  • Bei einem weiteren aus der Praxis bekannten Verfahren wird ein schnell aushärtendes Matrixmaterial in das Werkzeug injiziert und aus der Geometrie der durch die schnelle Aushärtung „eingefrorenen" Fließfront lassen sich über ein mathematisches Fließmodell Rückschlüsse auf die Permeabilität des Verstärkungsmaterials ziehen. Ein Problem bei diesem Verfahren stellt die sich durch die schnelle Aushärtung des Matrixmaterials verändernde Viskosität dar, da für die Bestimmung der Permeabilität eine konstante Viskosität vorausgesetzt wird.
  • Aus der DE 197 37 276 C2 ist ein Verfahren zur Ultraschallüberwachung der Aushärtung von Duroplasten bekannt, bei dem ein Ultraschallwandler, der mit der duroplastischen Formmasse im Inneren eines Werkzeuges in akustischem Kontakt steht, durch elektrische Nadelimpulse zum Aussenden akustischer Wellenzüge angeregt wird. Die Wellenzüge werden nach dem Durchdringen der Formmasse von einem zweiten Ultraschallwandler empfangen und bezüglich ihrer Zeitverzögerung und der Signaldämpfung ausgewertet. Bei dem Verfahren wird ein Referenzsig nal ermittelt, das in einem Rechner gespeichert und mit einem Messsignal verglichen wird. Anschließend erfolgt die Berechnung der Kreuzkorrelation des Referenzsignals mit dem Messsignal, das die Formmasse passiert hat und die Eintragung der Amplitude und der Zeitverzögerung des Korrelationspeaks in eine Kennlinie, auf deren Abszisse die Aushärtungszeit aufgetragen wird. Mit diesem Verfahren ist eine Überwachung der Aushärtung eines Formteils sowie eine Maschinensteuerung entsprechend der momentanen Aushärtung möglich.
  • Darüber hinaus sind in der DE 3822716 A1 und der DE 35 22 771 A1 Verfahren zur Überwachung der Aushärtung von Duroplasten mittels Ultraschall offenbart. Bei den bekannten Verfahren werden Ultraschallsender und Ultraschallempfänger stets an parallel nebeneinander angeordneten Formplatten des Werkzeuges angeordnet und der Verlauf einer Erstarrungsfront des Matrixmaterials kann in zwei Dimensionen, nämlich bezüglich der Länge sowie der Breite der überwachten Strecke im Werkzeug, überwacht werden.
  • Im Weiteren ist aus der DE 100 04 146 A1 eine Einrichtung zur Messung der Fließfront eines Matrixmaterials in einem Verstärkungsmaterial auf der Basis einer Kapazitätsmessung bekannt. Die Einrichtung umfasst zwei elektrisch isolierte Messkondensatorplatten eines Messkondensators, die parallel zueinander angeordnet sind und zwischen denen sich das Verstärkungsmaterial befindet. An dem Verstärkungsmaterial liegt ein Potential an, dessen Wert zwischen den Potentialen der an den Messkondensatorplatten anliegenden Potentialen liegt. Beim Einfüllen des Matrixmaterials zwischen die beiden Messkondensatorplatten ändert sich die Kapazität des Messkonden sators aufgrund einer Änderung der Dielektrizitätskonstanten an der Oberfläche des mit Matrixmaterial durchtränkten Teils des Verstärkungsmaterials. Diese Einrichtung erfasst lediglich von der Fließfront der Matrixmaterials hervorgerufene Effekte in zwei Dimensionen, nämlich der Fläche des Verstärkungsmaterials, wobei ein Fortschreiten der Fließfront in einer Dickenrichtung sich vom Verteilen des Matrixmaterials in einer Ebene wesentlich unterscheidet.
  • Ferner zeigt die DE 201 02 569 U1 eine Anordnung und eine Vorrichtung zur Herstellung eines blasenfreien Bauteils aus einem faserverstärkten Werkstoff. Die Anordnung umfasst eine einseitige Formplatte und eine gegen die Formplatte abgedichtete Vakuumfolie, mit der ein Vakuumraum hergestellt wird, in dem ein Faserhalbzeug auf der Form positioniert wird und eine Zuführungsvorrichtung für flüssiges Harz zu dem Faserhalbzeug. Zur Prozessüberwachung wird mit einer Ultraschallprüfungseinrichtung der Aushärtungsgrad des Harzes ermittelt, um Aussagen zur Werkstückqualität zu treffen.
  • Schließlich ist aus der US-A-5 951 163 eine Vorrichtung zur Überwachung einer Fließfront eines geschmolzenen Materials während des Metallgießens, -formens oder -extrudierens bekannt, die eine verschlossene Druckkammer mit einem darin angeordneten verschiebbaren Kolben umfasst, wobei der Druckkammer mehrere nebeneinander angeordnete Ultraschallprüfeinrichtungen zugeordnet sind, die nach dem Impuls-Echo-Verfahren arbeiten.
    •
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, das bzw. die die Bestimmung von Verlaufsdaten einer Fließfront eines Matrixmaterials in einem Verstärkungsmaterial mit relativ einfachen sowie kostengünstigen Mitteln zuverlässig sicherstellt.
  • Verfahrensgemäß wird die Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die Verlaufsdaten der Fließfront der Flüssigkeit mittels mindestens einer der einen Formplatte zugeordneten Ultraschallquelle sowie mindestens eines der anderen Formplatte zugeordneten Ultraschallempfängers, die akustisch gekoppelt sind, aus den ausgesendeten und erfassten Schallsignalen durch einen Rechner ermittelt werden.
  • Somit wird ein Ultraschalltransmissionsverfahren für die Fließfronterkennung eines Matrixmaterials in einem Verstärkungsmaterial verwendet, das gegenüber dem in der Prüftechnik weiter verbreitetem Impuls-Echo-Verfahren eine geringere Streuung aufweist. Die aus den Messsignalen vom Rechner ermittelten Verlaufsdaten der Fließfront der Flüssigkeit lassen sich zur Simulation der Befüllung komplexer Werkzeuge sowie zur Bestimmung werkstoffspezifischer Kennzahlen, z. B. der Permeabilität, verwenden. Die gesamte Vorrichtung mit der Ultraschallquelle sowie dem Ultraschallempfänger ist vielfach wiederverwendbar und der Präparationsaufwand ist gegenüber der Anordnung mit eingebetteten Sensoren gering, weshalb das Verfahren relativ kostengünstig durchzuführen ist. Darüber hinaus arbeitet das Verfahren mindestens quasi kontinuierlich. Das Verfahren arbeitet hauptsächlich in einem für die Ultraschalltechnik sehr niederfrequenten Bereich. Das interessierende Frequenzspektrum erstreckt sich hauptsächlich von 20 bis 1000 kHz.
  • Bevorzugt wird das von dem Ultraschallempfänger erfasste Signal von einem Digitalspeicher-Oszilloskop oder einer Analog-Digital-Wandlerkarte aufgenommen und zur Auswertung an den Rechner weitergeleitet. Die Aufnahme des von dem Ultraschallempfänger erfassten Signals erfolgt quasi kontinuierlich.
  • Zweckmäßigerweise werden die Verlaufsdaten der Fließfront der Flüssigkeit in der Dickenrichtung des ausgebildeten Feststoffes mittels der Ultraschalltransmission erfasst und durch den Rechner kontinuierlich ausgewertet. Die Koordinate der Fließfront des Flüssigkeit in der Dickenrichtung lässt sich aus der Laufzeit der Schallwelle wie folgt bestimmen:
    Figure 00080001
    • Zf
    Fließfrontkoordinate in Dickenrichtung
    tR
    gemessene Laufzeit der Schallwelle
    ZR
    Dicke des Feststoffes bzw. Verstärkungsmaterials
    T0
    Geräteoffset
    c1
    Schallgeschwindigkeit in dem mit der Flüssigkeit bzw. dem Matrixmaterial getränkten Feststoff bzw. Verstär kungsmaterial
    c2
    Schallgeschwindigkeit in dem nicht getränkten Feststoff bzw. Verstärkungsmaterial
  • Aus der Signalstreuung der Schallwelle ist die Koordinate der Fließfront der Flüssigkeit, insbesondere des Matrixmaterials in der Dickenrichtung nach der folgenden Formel abzuschätzen:
    Figure 00090001
    • α1,2
    Streuungskoeffizienten
    pR
    gemessener Schalldruck
    p
    Referenzschalldruck
    D
    Transmissionskoeffizient
  • Um ein möglichst genaues Ergebnis bezüglich der Laufzeit der Schallwelle zu erhalten, werden zweckmäßigerweise die Ultraschallquelle und der Ultraschallempfänger diametral gegenüberliegend in den Formplatten angeordnet.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Permeabilität aus den Verlaufsdaten der Fließfront durch den Rechner anhand der Schallgeschwindigkeit, der Dämpfung sowie der Frequenz der akustischen Welle bestimmt. Die Permeabilität wird über ein mathematisches Modell bestimmt. Insbesondere lässt sich die Permeabilität in Z-Richtung, also in Dickenrichtung, des Verstärkungsmaterials aus dem Gesetz von D'Arcy herleiten.
  • Zweckmäßigerweise wird die Flüssigkeit mit einem konstanten Druck in das Werkzeug injiziert. Alternativ wird die Flüssigkeit mit einem konstanten Mengenstrom in das Werkzeug injiziert. Die konstanten Parameter reduzierten den Rechen- und Messaufwand.
  • Vorteilhafterweise wird die Flüssigkeit durch das Zentrum der Ultraschallquelle oder des Ultraschallempfängers in das Werkzeug injiziert. Somit ergibt sich eine kuppelförmige Gestalt der Fließfront, die sich räumlich in dem Verstärkungsmaterial verteilt und deren Verlauf unmittelbar nach dem Injizieren der Flüssigkeit mittels des Ultraschall-Transmissionsverfahrens detektierbar ist. Der Anguss- bzw. Öffnungsquerschnitt steht in einem bestimmten Verhältnis zu den sensitiven Querschnitten der beiden Ultraschallwandler. Bei der Zuordnung des Angusses zu der Ultraschallquelle findet aufgrund der Wölbung der Fließfront eine Streuung der Schallwelle statt. Eine Fokussierung der Schallwelle kann durch die Zuordnung des Angusses zu dem Ultraschallempfänger erzielt werden.
  • Zweckmäßigerweise wird der als mindestens eine Lage Verstärkungsmaterial ausgebildete Feststoff zwischen den Formplatten komprimiert. Dies führt zur Einstellung eines gewünschten Faservolumengehaltes des betrachteten Verbundwerkstoffs.
  • Vorzugsweise wird der als mindestens eine Lage Verstärkungsmaterial ausgebildete Feststoff in einer einem Bauteil entsprechenden Geometrie zwischen den Formplatten angeordnet. Somit lassen sich umfangreiche Untersuchungen zur dreidimen sionalen Fließfront in einer sogenannten Preform anstellen. Als Verstärkungsmaterial können Glas- Kohlenstoff- und Aramidfasern sowie Kombinationen daraus verwendet werden, die in Gewirken, Gestricken, Gelegen, Geweben oder dergleichen vorliegen, wobei unterschiedliche Lagen aus unterschiedlichen Fasern unterschiedlicher Strukturen verwendet werden können. Die Preform kann sehr komplexen Bauteilen entsprechen.
  • In konstruktiver Hinsicht wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung zur Bestimmung von Verlaufsdaten einer Fließfront einer sich in einem porösen Feststoff, insbesondere in mindestens einer Lage eines Verstärkungsmaterials, ausbreitenden Flüssigkeit, insbesondere eines Matrixmaterials, bei der der Feststoff in einem Werkzeug zwischen zwei parallelen, neben- oder übereinanderliegenden Formplatten angeordnet ist, wobei eine der Formplatten eine Öffnung für die zu injizierende Flüssigkeit aufweist dadurch gelöst, dass der einen Formplatte eine Ultraschallquelle und der anderen Formplatte ein Ultraschallempfänger zugeordnet ist, die miteinander akustisch gekoppelt und zur Auswertung der ausgesendeten und empfangenen Schallsignale mit einem Rechner verbunden sind.
  • Aufgrund dieser Maßnahmen sind die Verlaufsdaten der Fließfront einer Flüssigkeit, insbesondere eines Matrixmaterials, ohne eine Störung derselben zu bestimmen, da sowohl die Ultraschallquelle als auch der Ultraschallempfänger außerhalb des Fließfrontverlaufs angeordnet sind. Im Weiteren werden sowohl die Ultraschallquelle als auch der Ultraschallempfänger nicht durch die Flüssigkeit bzw. das Matrixmaterial beschädigt und sind mehrfach verwendbar, weshalb eine relativ kostengünstige Bestimmung des Fließfrontverlaufs sicherge stellt ist.
  • Zweckmäßigerweise sind die Ultraschallquelle und der Ultraschallempfänger diametral gegenüberliegend in die Formplatten eingesetzt.
  • Bevorzugt sind die Ultraschallquelle, der Ultraschallempfänger sowie der Rechner mit einer Verstärker-/Filterschaltung sowie einer Analog-Digital-Wandlung zur Signalaufbereitung verbunden, wobei der Ultraschallquelle ein Impulsgenerator zur Schallerzeugung zugeordnet ist. Der Impulsgenerator erzeugt Impulse mit einer festen oder einer von dem Rechner vorgegebenen Wiederholrate. Die Signale des Empfängers werden durch Verstärker- und Filterschaltungen für die nachfolgende Verarbeitung aufbereitet. Die nachfolgende Verarbeitung umfasst die Analog-Digital-Wandlung, üblicherweise mit Hilfe eines von einem Rechner ansteuerbarem Digital-Speicher-Oszilloskop oder einer anderen Einrichtung für die Messwerterfassung mit Analog-Digital-Wandlung und mindestens der Speicherung der Messdaten auf einem Rechner.
  • Vorzugsweise sind die Ultraschallquelle und/oder der Ultraschallempfänger im Grenzbereich des Feststoffes zur Formplatte angeordnet. Selbstverständlich ist die Ultraschallquelle stets mit dem Ultraschallempfänger akustisch gekoppelt.
  • Zweckmäßigerweise ist die Öffnung der unteren Formplatte, der parallel übereinanderliegend angeordneten Formplatten eingelassen.
  • Um die Fließfront der Flüssigkeit bzw. des Matrixmaterials im Entstehungsbereich innerhalb des Werkzeuges zu erfassen, ist bevorzugt die Öffnung im Zentrum der Ultraschallquelle oder des Ultraschallempfänger angeordnet.
  • Damit der Feststoff bzw. das Fasermaterial infolge der Kompressionskräfte nicht in die Öffnung für die Flüssigkeitszufuhr ausweichen und es somit in diesem Bereich zu einer Verzerrung der Verstärkungsstruktur und geringerem Faservolumengehalt kommen kann, ist zweckmäßigerweise die Öffnung mit einem Sieb überdeckt.
  • Zur Komprimierung des porösen Feststoffes, der als Verstärkungsmaterial ausgebildet ist sind zweckmäßigerweise die Formplatten mittels einer Spann- und Zentriervorrichtung miteinander verbunden.
    •
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 2 eine Darstellung eines Schallwellenverlaufs der Vorrichtung gemäß 1 und
  • 3 eine Darstellung eines Schallwellenverlaufs einer Vorrichtung gemäß 1 nach einer alternativen Ausgestaltung.
  • Die Vorrichtung gemäß 1 umfasst ein Werkzeug 1, das im Wesentlichen aus zwei horizontal übereinander angeordneten Formplatten 2 besteht, zwischen denen mehrere Lagen eines Verstärkungsmaterials 3 in Gestalt einer Preform 4 komprimiert angeordnet sind. In die untere Formplatte 2 ist eine Ultraschallquelle 5 eingesetzt, in deren Zentrum ein nicht dargestellter Anguss zum Injizieren eines Matrixmaterials 6, das eine Flüssigkeit ist, in das Werkzeug 1 ausgebildet ist. Der Ultraschallquelle 5 diametral gegenüberliegend ist der oberen Formplatte 2 ein Ultraschallempfänger 7 zugeordnet, wobei die Ultraschallquelle 5 und der Ultraschallempfänger 7 akustisch miteinander verbunden sind. Die Ultraschallquelle 5. ist an einen Impulsgenerator 9 angeschlossen, der von einem Rechner 12 getaktet wird. Der Ultraschallempfänger 7 ist mit einer Verstärker/Filterschaltung 10 zur Signalaufbereitung gekoppelt. Von der Verstärker/Filterschaltung 10 wird das aufbereitete Messsignal an einen Analog-Digital-Wandler 11 weitergegeben, der vom Rechner 12 ausgelesen wird. Durch den Rechner 12 erfolgt anhand der Messwerte eine Bestimmung von Verlaufsdaten einer Fließfront 8 des Matrixmaterials 6 in dem Verstärkungsmaterial 3, wobei sich aus der Laufzeit tR einer Schallwelle Rückschlüsse über die Koordinate Zf der Fließfront 8 und wiederum daraus über eine mathematische Modellbildung Rückschlüsse über die Permeabilität des Verstärkungsmaterials 3 ziehen lassen.
  • Entsprechend den 1 und 2 ist die Ultraschallquelle 5 in die untere Formplatte 2 und der Ultraschallempfänger 7 in die obere Formplatte 2 des Werkzeuges, die parallel zueinander ausgerichtet sind, eingesetzt. Beim Injizieren des Matrixmaterials 6 durch das Zentrum der Ultraschalquelle 5 entsteht eine gewölbte Fließfront, die eine aufweitende Wirkung auf die durch sie hindurchtretende Schallwelle hat.
  • Gemäß 3 ist die Ultraschallquelle 5 in die obere Formplatte 2 und der Ultraschallempfänger 7 in die untere Formplatte 2 des Werkzeuges eingesetzt. Die gewölbte Fließfront des durch das Zentrum des Ultraschallempfängers 7 in das Werkzeug injizierten Matrixmaterials 6 hat eine die Schallwelle fokussierende Wirkung.

Claims (18)

  1. Verfahren zur rechnergesteuerten Bestimmung von Verlaufsdaten einer Fließfront (8) einer sich in einem porösen Feststoff, insbesondere in mindestens einer Lage eines Verstärkungsmaterials (3), ausbreitenden Flüssigkeit, insbesondere eines Matrixmaterials (6), bei dem der Feststoff in einem Werkzeug (1) zwischen zwei parallelen, neben- oder übereinanderliegenden Formplatten (2) angeordnet ist, wobei durch eine der Formplatten (2) die Flüssigkeit injiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlaufsdaten der Fließfront (8) der Flüssigkeit mittels mindestens einer der einen Formplatte (2) zugeordneten Ultraschallquelle (5) sowie mindestens eines der anderen Formplatte (2) zugeordneten Ultraschallempfängers (7), die akustisch gekoppelt sind, aus den ausgesendeten und erfassten Schallsignalen durch einen Rechner (12) ermittelt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Ultraschallempfänger (7) erfasste Signal von einem Digitalspeicher-Oszilloskop oder einer Analog-Digital-Wandlerkarte (11) aufgenommen und zur Auswertung an den Rechner (12) weitergeleitet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlaufsdaten der Fließfront (8) der Flüssigkeit in der Dickenrichtung des Feststoffes mittels der Ultraschalltransmission erfasst und durch den Rechner (12) kontinuierlich ausgewertet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallquelle (5) und der Ultraschallempfänger (7) diametral gegenüberliegend in den Formplatten (2) angeordnet werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Permeabilität aus den Verlaufsdaten der Fließfront (8) durch den Rechner (12) anhand der Schallgeschwindigkeit, der Dämpfung sowie der Frequenz der akustischen Welle bestimmt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit mit einem konstanten Druck in das Werkzeug (1) injiziert wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit mit einem konstanten Mengenstrom in das Werkzeug (1) injiziert wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,, dass die Flüssigkeit durch das Zentrum der Ultraschallquelle (5) oder des Ultraschallempfängers (7) in das Werkzeug (1) injiziert wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der als mindestens eine Lage Verstärkungsmaterial (3) ausgebildete Feststoff zwischen den Formplatten (2) komprimiert wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der als mindestens eine Lage Verstärkungsmaterial (3) ausgebildete Feststoff in einer einem Bauteil entsprechenden Geometrie zwischen den Formplatten (2) angeordnet wird.
  11. Vorrichtung zur Bestimmung von Verlaufsdaten einer Fließfront (8) einer sich in einem porösen Feststoff, insbesondere in mindestens einer Lage eines Verstärkungsmaterials (3), ausbreitenden Flüssigkeit, insbesondere eines Matrixmaterials (6), bei der der Feststoff in einem Werkzeug (1) zwischen zwei parallelen, neben- oder übereinanderliegenden Formplatten (2) angeordnet ist, wobei eine der Formplatten (2) eine Öffnung für die zu injizierende Flüssigkeit aufweist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der einen Formplatte (2) eine Ultraschallquelle (5) und der anderen Formplatte (2) ein Ultraschallempfänger (7) zugeordnet ist, die miteinander akustisch gekoppelt und zur Auswertung der ausgesendeten und empfangenen Schallsignale mit einem Rechner (12) verbunden sind.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallquelle (5) und der Ultraschallempfänger (7) diametral gegenüberliegend in die Formplatten (2) eingesetzt sind.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallquelle (5), der Ultraschallempfänger (7) sowie der Rechner (12) mit einer Verstärker-/Filterschaltung (10) sowie einer Analog-Digital-Wandlung (11) zur Signalaufbereitung verbunden sind, wobei der Ultraschallquelle (5) ein Impuls generator (9) zur Schallerzeugung zugeordnet ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallquelle (5) und/oder der Ultraschallempfänger (7) im Grenzbereich des Feststoffes zur Formplatte (2) angeordnet sind.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung in der unteren Formplatte (2), der parallel übereinanderliegend angeordneten Formplatten (2) eingelassen ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung im Zentrum der Ultraschallquelle (5) oder des Ultraschallempfängers (7) angeordnet ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung mit einem Sieb überdeckt ist.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Formplatten (2) mittels einer Spann- und Zentriervorrichtung miteinander verbunden sind.
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