-
Die
Erfindung betrifft eine Vakuum Sensor-Applikation für die Umsetzung
eines „Structural Health
Monitoring" (SHM)
gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1. Es wird eine Vakuum-Sensor-Applikation realisiert,
mit der eine sichere und reproduzierbare Anwendung der Vakuum-Sensortechnologie mit
Vakuum-Sensoren zur Rissdetektion bei mechanischen Tests an „coupon"-, „component-" und „full scale"-Prüfkörpern) sowie
ein „Structural
Health Monitoring" (SHM)
an Strukturen umgesetzt wird, um beispielsweise im Flugzeugbetrieb
eine Rissfindung in Verbindungsnähten
zu kontrollieren, welche ohne zusätzlichen Aufwand an Nacharbeit
auf rationelle Weise realisiert wird. Die Vakuum-Sensor-Applikation wird
einen fehlerfreien und reproduzierbaren Einsatz garantieren, der
durch stark verbesserte Klebeigenschaften der strukturüberwachenden
Vakuumsensoren unterstützt
wird.
-
Die
bisherige Applikation der Vakuum-Sensoren zur Rissfindung in Verbindungsnähten an Strukturen
(Strukturoberflächen)
wird folgendermaßen
umgesetzt. Zuerst werden die Vakuum- und Luftgalerien nach dem Vorbild
der 1a, 1b mit
Hilfe von Laser-Lithographie in das Sensor-Werkstück (Sensormaterial),
also in die Oberfläche
des Sensormaterials, eingebracht. Im Anschluss daran wird die Applikation
des unvernetzten Haftklebstoffes nach dem Vorbild der 1c in
einem Sprühverfahren
auf die lithographierte Oberfläche
aufgetragen. Dadurch werden die Galerien (Vakuum- und Luftgalerien)
zu einem guten Teil mit Klebstoff belegt. Durch die Klebstoffapplikation
im Sprühverfahren
ist nur die Verwendung eines unvernetzten Haftklebstoffes möglich. Außerdem limitiert
der Klebstoffauftrag nach der Lithographie die maximale Klebschichtdicke,
da ansonsten die Vakuum- und
Luftgalerien verstopfen würden.
Das Verkleben des Sensors mit der Prüfteiloberfläche wird in der 1d dargestellt, das allerdings nur unter
einem undefinierten und nicht reproduzierbaren Anpressdruck erfolgt
kann.
-
In
der Anwendungsphase werden die Vakuum-Sensoren in den Verbindungsnähten in
komplexer Weise dynamisch-mechanisch belastet. Dabei kommt es in
den Klebverbindungen zwischen Sensor und Prüfkörperoberfläche häufig zu Leckagen und zu Blockaden
der Vakuum- und Luftgalerien. Das Auftreten von Leckagen ist zurückzuführen auf
a) die zu geringe Schichtdicke des Haftklebstoffes, was bei der anfallenden
Belastung die dynamische Adhäsion
des Haftklebstoffes auf der Fügeteiloberfläche verringert, b)
auf die verstärkte
Kriechneigung des unvernetzten Sprühklebstoffes, c) auf den undefinierten
und nicht reproduzierbaren Anpressdruck, der eine zu schwache und
undefinierte Adhäsion
des Haftklebstoffes auf der Fügeteiloberfläche verursacht.
Die Blockaden werden ausgelöst
durch a) das Fließen
des unvernetzten Haftklebstoffes in die Vakuum- und Luftgalerien
und b) durch den bereits vorhandenen Klebstoff in den Vakuum- und
Luftgalerien unter dem Einwirken der Nietkräfte oder eines zu hohen Anpressdruckes
während
des Verklebens der Sensoren.
-
Außerdem geht
aus der Druckschrift: „
DE 101 05 893 A1 " ein Verfahren hervor,
womit in eine zu klebende Fläche
durch Laserbestrahlung mikrostrukturierte Ausnehmungen eingebracht
werden. Diese werden jedoch dann im Rahmen des Klebeprozesses mit
Klebstoff befüllt.
-
Weiterhin
beschreiben die Druckschriften: „
DE 100 56 908 A1 " und „
US 5,571,410 A " beide Verfahren,
die mit Laserstrahlung kanalartige Strukturen in Bauteilen herstellen
und diese dann durch auflaminieren oder aufschweißen einer
Folie verschließen.
-
Bei
näherer
Betrachtung wird durch die Druckschrift: „
DE 100 56 908 A1 " ein mikrostrukturiertes
Bauteil angegeben, bei welchem ein Klebstoff auf eine Folie aufgetragen
wird, um diesen nach geschehener Bauteil-Strukturierung im Stempeldruck dann
nur auf die erhabenen Teile dieses zu verklebenden Bauteils transferieren
zu können,
so dass nach der Verklebung mit einem zweiten Bauteil kein Klebstoff
in den Kanälen
zu Problemen führen
dürfte. Auch
ist es aus den Druckschriften: „
US 5,571,410 A " und „
DE 101 05 893 A1 " bekannt, Mikrostrukturen
in polymeren Bauteilen per Laser herzustellen.
-
Diese
beiden Verfahren unterbreiten jeweils Lösungen zur Herstellung kanalartiger
Strukturen, deren fehlerfreier und reproduzierbarer Einsatz zur Umsetzung
eines „Structural
Health Monitoring" an Strukturen
nicht zweifelsfrei sein wird. Auch aus technologischen Aspekten
betrachtet wird keine rationelle Umsetzung einer Vakuum-Sensor-Applikation
vermutet.
-
Demzufolge
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lösung für die Realisierung
einer Vakuum-Sensor-Applikation anzugeben, mit der eine Rissfindung
in Verbindungsnähten
an einer Struktur ständig
kontrollierbar wird. Jene Vakuum-Sensor-Applikation soll sich auf
rationelle Weise und ohne zusätzlichen
Aufwand an Nacharbeit realisieren lassen, wobei mit ihr ein fehlerfreier
und reproduzierbarer Einsatz zur Umsetzung eines „Structural Health
Monitoring" an Strukturen
erreicht werden soll.
-
Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen
gelöst.
In den weiteren Ansprüchen
werden zweckmäßige Ausgestaltungen und
Weiterbildungen dieser Maßnahmen
angegeben.
-
Die
Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel
anhand der beigefügten
Zeichnungen näher
beschrieben. Es zeigen
-
2a den Längsschnitt eines einzelnen Sensor-Werkstückes (abgerollten
Sensormaterials gestreckter Ausführung);
-
2b das Sensor-Werkstück nach der 1 mit
einem auf der Sensor-Auflagefläche
laminierten Haftklebwerkstoff;
-
2c das klebstofflaminierte Sensor-Werkstück nach 2b mit ausgenommenen Galerien;
-
2d das einem Körperbauteil positionierte klebstofflaminierte
Sensor-Werkstück
mit der Architektur ausgenommener Galerien nach 2c;
-
3 das
klebstofflaminierte Sensor-Werkstück nach 2b mit
der Anordnung verschiedenartig ausgenommener Galerien;
-
4 das
klebstofflaminierte Sensor-Werkstück nach 2b mit
der modifizierten Anordnung verschiedenartig ausgenommener Galerien.
-
Es
wird eine Vakuum-Sensor-Applikation zur Überwachung der Strukturintegrität, eben
für ein
(den Fachkreisen unter der Bezeichnung bekanntes – sogenanntes) „Structural
Health Monitoring",
vorgestellt, bei dem ein Sensor-Werkstück 1 auf einem Körperbauteil-Oberflächenbereich 3 eines
Körperbauteiles 2 positioniert
wird. Dieses Sensor-Werkstück 1 ist
jenem Körperbauteil 2 innerhalb
einem definierten Bereich der Körperbauteil-Oberfläche stoffschlüssig verbunden.
Das Sensor-Werkstück 1,
das in der 2a gezeigt wird, besteht
aus einem Sensorwerkstoff, der für
die Umsetzung der Sensorfunktionen eines Vakuumsensors geeignet
ist.
-
Der
Aufbau jener Vakuum-Sensor-Applikation umfasst – mit einem Blick auf die 2d – demnach
(allgemein betrachtet) jenes erwähnte
Körperbauteil 2,
an dem ein Sensor-Werkstück 1 innerhalb einem
definierten Bereich des ebenflächig
gestalteten Körperbauteil-Oberflächenbereiches 3 (einer ebenflächigen Körperbauteil-Oberfläche) positioniert ist
und dem Körperbauteil 2 stoffschlüssig gefügt ist. Dem
Sensor-Werkstück 1 ist
auf einer ebenflächigen Sensor-Auflagefläche 4 eine
Klebschicht 5 laminiert. Diese Klebschicht 5 wird
auf der Sensor-Auflagefläche 4 homogen
verteilt aufgelegt. Ferner wird man in Korrelation der 2c aus der 2d entnehmen, dass
dem Sensor-Werkstück 1 die
geometrischen Muster von mehreren Galerien 6 eingebracht
(ausgenommen) sind, welche deckungsgleich mit den in das klebstofflaminierte
Sensor-Werkstück 1 eingebrachten
Strukturen der Klebschicht 5 entfernt sind. Diese Galerien 6 sind
nebeneinander liegend laminar angeordnet. Sie werden unter Verwendung
bekannter Strahlungsmethoden, vorzugsweise mit Hilfe der Laser-Lithographie, mit
einem Lichtstrahl, vorzugsweise einem Laserstrahl, realisiert.
-
Das
Sensor-Werkstück 1,
das in der 1 einzeln dargestellt wird,
ist quader- oder schichtenartig ausgebildet, wobei eine Quaderform
respektive eine (nicht gesondert dargestellte) Würfelform [als Sonderform eines
Quaders] realitätsnah
sein wird.
-
Die
unterhalb des Sensor-Werkstückes 1 angeordnete
Sensor-Auflagefläche 4 wird
demnach eine rechteckförmige
oder quadratische Form besitzen. Nach dem Vorbild der 2c ist der Sensor-Auflagefläche 4 des Sensor-Werkstückes 1 jene
Klebeschicht 5 geschichtet. Die Klebeschicht 5 wird
der Sensor-Auflagefläche 4 mit
einem dafür
geeigneten Werkzeug aufgetragen, wobei die klebefähige Oberfläche der
Klebeschicht 5 demnach quadratisch oder rechteckförmig gestaltet
und nahezu kongruent der Sensor-Auflagefläche 4 geschichtet
ist. Damit wird ein Schichtenaufbau realisiert, bei dem die Höhe des Sensor-Werkstückes 1 respektive
der Abstand zwischen der Grund- und Deckfläche des Sensor-Werkstückes 1 von
quader- oder würfelförmiger Gestalt oder
die Schichtdicke a eines bspw. schichtenartig ausgebildeten Sensor-Werkstückes 1 größer der Schichtdicke
b der Klebeschicht 5 ist.
-
Zurückkommend
auf die vorher erwähnten Galerien 6 wird
hinzukommend ausgeführt,
dass die einzelne Galerie 6 mit einer Abtragtiefe t realisiert
ist, die durch jenen Körperbauteil-Oberflächenbereich 3 des
Körperbauteils 2 begrenzt
und in das Sensor-Werkstück 1 fortgesetzt
ist.
-
So
wird man eine Ausführung
der Galerien 6 aus den 2c und 2d entnehmen, die ein uniformes Aussehen
besitzen. Diese Art von Galerie 6 ist lotrecht zur Deck-
oder Grundfläche
des beispielhaft vorgestellten Sensor-Werkstückes 1 von der Gestalt eines
Quaders ausgenommen, deren Galerie-Querschnitt demjenigen einer (nach unten – zur Klebschicht 5 – geöffneten)
Parabel entspricht. Die Abtragrichtung jener beispielhaften Galerien 6 wird
in Richtung der Abszisse der Parabel geschehen, wobei jene beispielhaften
Galerien 6 mit einer Abtragtiefe t ausgenommen werden,
die (bereits) an der frei liegenden klebefähigen Oberfläche der
Klebeschicht 5 des erwähnten
Schichtenaufbaus einsetzt und im Parabelursprung auf der Abszisse
innerhalb dem Sensorwerkstück 1 enden
wird.
-
Andererseits
sind Ausführungen
an Galerien 6 mit einer verschiedenartigen geometrischen
Gestalt und einem unterschiedlichen Galeriequerschnitt denkbar,
die durch die Klebschicht 5 geführt dem Sensor-Werkstück 1 eingearbeitet
sind. Dabei werden entsprechende Galerien 6 bedacht, deren
(auf das Vorbild einer einzelnen Galerie 6 bezogene) geometrische
Gestalt mit einem nicht quadrat- oder
reckeckförmigen
Galeriequerschnitt, der einem nicht zylinderförmigen Längsschnitt vergleichbar ist,
dem Sensor-Werkstück 1 eingearbeitet
ist. Derartige Galerien 6 werden einen räumlich variablen
Galeriequerschnitt aufweisen, der dem Sensor-Werkstück 1 eingearbeitet
ist.
-
Dagegen
werden Galerien 6, die eine uniforme geometrische Gestalt
aufweisen, mit einem uniformen Galeriequerschnitt dem Sensor-Werkstück 1 eingearbeitet.
Eine denkbare Ausführungsform,
die sich auf jenes beispielhafte Vorbild nach den 2c und 2d bezieht, ist bei einer Realisierung
des uniformen Galeriequerschnittes mit einer parabelförmigen Querschnittsform
gegeben, wobei die Öffnung
der Parabel durchtretend der Sensor-Auflagefläche 4 an der klebefähigen Oberfläche der
Klebeschicht 5 des erwähnten
Schichtenaufbaus nach dem Vorbild der 2c abschließen wird.
-
Eine
andere denkbare Ausführungsform
an Galerien 6 berücksichtigt,
dass der uniforme Galeriequerschnitt einer einzelnen Galerie 6 mit
einer dreieckförmigen
Querschnittsform realisiert ist, wobei die Öffnung des Dreiecks, die dem
von zwei Dreieckseiten eingeschlossenen Winkel gegenüberliegend
angeordnet ist, mit der Sensor-Auflagefläche 4 abschließen wird.
Dabei wird die Realisierung einer dreieckförmigen Querschnittsform mit
der Gestalt eines gleichschenkligen Dreiecks bedacht.
-
Auch
könnte
eine weitere Ausführungsform an
Galerien 6 entsprechende Berücksichtigung finden, deren
uniforme Galeriequerschnitt mit einer trapezförmigen Querschnittsform realisiert
ist, wobei die Öffnung
des Trapezes, die der Deckfläche
des Trapezes gegenüberliegend
angeordnet ist, mit der Sensor-Auflagefläche (4) abschließen sollte.
-
Die
Anordnung jener in der Mehrzahl dem Schichtaufbau eingelassenen
Galerien 6, die in der Regel (i. d. R.) einen uniformen
Galeriequerschnitt aufweisen werden, wird am Gesamtprodukt, also
der Vakuum-Sensor-Applikation, mit einer Galerie-Architektur berücksichtigt
werden, nach welcher der eingebrachte Galerieverlauf seitenparallel
oder längs- oder
breitseitig oder querverlaufend den kongruent liegenden Schichten
des Schichtenaufbaus ohne Galerie-Kreuzung realisiert ist. In der
Regel wird, wie aus den 2a bis 2d ersichtlich, ein seitenparalleler oder
längs-
oder breitseitiger Galerieverlauf realisiert werden, da ein querverlaufend
den kongruent liegenden Schichten des Schichtenaufbaus gewählter Galerieverlauf,
der sinnvollerweise ohne eine Kreuzung der Galerien 6 ausgeführt wird,
wohl doch eher die Ausnahme darstellen wird.
-
Hinsichtlich
der erwähnten
Klebeschicht 5 wird noch ergänzt, dass diese i. d. R. gleichmäßig und
vorzugsweise mit einer geringen Schichtdicke b ausgeführt ist,
dermaßen,
dass jene Schichtdicke b der Klebeschicht 5 mit einem dünnen Schichtenauftrag
realisiert ist.
-
Natürlich kann
die Klebeschicht 5 auch mit einer dickeren Schichtdicke
b, die stärker
als jene dünn
ausgeführte
Schichtdicke b gewählt
wird, realisiert werden; nur dann sind möglicherweise weitere besondere
Maßnahmen
vorzusehen, die mit den Fähigkeiten
des verwendeten Klebstoffs, bspw. seiner Viskosität, seinem
Fließverhalten,
seiner Temperaturbeständigkeit,
seiner Resistenz gegenüber
der näheren
Umgebung am Einsatzort, etc., und/oder mit weiteren lokalen Vorkehrungen
am Ort der Auflage der Schichtenanordnung innerhalb jenem definierten Positionsbereich
auf der ebenflächigen
Körperbauteil-Oberfläche des
Körperbauteils 2 korrelieren
werden, damit kein Klebstoff oder sonstige ungewünschte Abscheidungen oder sonstige
feste Partikel etc. in die Galerien 6 (aus Gründen der
Reinheit respektive der Gewährleistung
jener versprochenen fehlerfreien und reproduzierbaren Arbeitsweise
der Vakuum-Sensor-Applikation) dringen werden, wodurch Verstopfungen
oder Verschmutzungen des offen (freien) Galeriequerschnittes eintreffen
werden.
-
Die
Klebschicht 5 ist mit einem laminierfähigen Transfer-Haftklebstoff realisiert.
Die allgemeine Angabe: „Haftklebstoff" wird deshalb gewählt, weil durchaus
andere haftende Klebstoffarten, die nachfolgend nicht betrachtet
werden, durchaus aufgrund ihrer Eigenschaften und ihrer technologischen
Handhabung zur Realisierung der Klebeschicht 5 geeignet sein
können,
worauf nicht näher
eingegangen wird.
-
Beispielhaft
auf die 2b bis 2d sowie 3 und 4 bezogen
wird vorgeschlagen, dass die Klebschicht 5 mit einem vernetzten
Transfer-Haftklebstoff von geringer Kriechneigung realisiert ist. Dieser
Transfer-Klebstoff sollte befähigt
sein, zwischen dem Sensor-Werkstück 1 (der
Sensorauflagefläche 4 des
Sensor-Werkstückes 1)
und dem Körperbauteil 2 (dem
Körperbauteil-Oberflächenbereich 3 des
Körperbauteils 2)
eine Adhäsion
umzusetzen. Damit wird ein vermehrter Zusammenhalt der beiden Fügepartner
(Sensor-Werkstück 1 mit
Körperbauteil 2)
an den Fügestellen
durch eine stoffschlüssige
Fügung
umgesetzt.
-
Die
Klebschicht 5 sollte mit einem vernetzten Transfer-Haftklebstoff
von geringer Kriechneigung realisiert werden, welcher befähigt ist,
zwischen dem Sensor-Werkstück
(1) an der Sensorauflagefläche 4 und dem Körperbauteil 2 am
Körperbauteil-Oberflächenbereich 3 eine
genügend
hohe Adhäsion
zum festen und witterungsunabhängigen
Zusammenhalt der Fügepartner
umzusetzen. Der Transfer-Haftklebstoff ist befähigt, an den Kontaktflächen der
Sensorauflagefläche 4 und
des Körperbauteil-Oberflächenbereiches 3 eine
dynamisch-mechanische und homogene Adhäsion zu entwickeln, die mit
einer Adhäsionskraft
(im Schälversuch)
von 20 bis 50 N/25 mm realisiert ist.
-
Der
Transfer-Haftklebstoff ist ein abrollfähiger Klebstoff, der sich von
einer Transferrolle abrollen lässt
und auf der ebenflächigen
Oberfläche
des Sensor-Werkstückes 1,
bspw. der Quader-Grundfläche des
Sensor-Werkstückes 1,
mit dafür
geeigneten Hilfsmitteln angeordnet (abgelegt) wird. Dieser Klebstoff
wird mit einer definierten und konstant bleibenden Schichtdicke
b lokalisiert, der zum stoffschlüssigen
Fügen auf
dem Körperbauteil-Oberflächenbereich 3 des
Körperbauteils 2,
das unter dem Einfluss eines auf die beiden Fügepartner einwirkenden definierten
und reproduzierbaren Anpressdruck realisiert wird, geeignet ist.
Zur Verwendung wird ein Acrylat-Haftklebstoff vorgeschlagen, der
eine Schichtdicke b von etwa 25 μm
haben sollte.
-
Der
erwähnte
Sensor-Werkstoff des Sensor-Werkstückes 1 bezieht sich
auf einen Polymerwerkstoff, dessen Verwendung vorzugsweise mit einem
Polyimid gesehen wird. Hinsichtlich letzterem wird der Einsatz einer
sogenannten Kapton-Folie vorgeschlagen, die mit einer Foliendicke
von etwa 125 μm
realisiert ist.
-
Zur
Einbringung (Abtragung) aller vorgenannter Galerien 6 und
weiterer, worauf später
eingegangen wird, wird ein Laserstrahl verwendet, der beispielsweise
mit einem gepulsten Eximerstrahl bereitgestellt wird. Der Eximerstrahl
wird mit einer Pulsenergie von etwa 400 mJ auf das klebstofflaminierte Sensorwerkstück 1 gerichtet.
-
Mit
einem Blick auf die 2c und 2d wird zur Abtragung der Galerien 6 parabelförmigen (uniformen)
Galerie-Querschnittes jener Eximerstrahl vorzugsweise lotrecht stehend
auf die Sensor-Auflagefläche 4 gesetzt.
Dabei könnte
der Eximerstrahl auch unter verschiedenen Anstellwinkeln der Sensor-Auflagefläche 4 gesetzt
werden, sofern (bei Bedarf) verschiedenartige Galerien von beispielsweise unterschiedlicher
Gestalt (aus welche Gründen
auch immer) uniform laminiert ausgenommen werden. Es wird ein Anstellwinkel
betrachtet, der mit einem Winkelbereich von –45° bis +45° angegeben wird, den der Laserstrahl
mit der Sensor-Auflagefläche
einschließen
wird.
-
Der
verwendete Transfer-Klebstoff der Klebeschicht 5 wird die
Fähigkeit
besitzen, unter dem Einfluss des durchdringenden Lichtstrahles den Transfer-Haftklebstoff
mit dem Durchtrittsquerschnitt des Lichtstrahles an der Lichtdurchtrittsstelle über die Schichtdicke
(b) des Transfer-Klebstoffes durch rückstandslose Klebstoffverdampfung
ohne makroskopischen Klebstoffrückstand
auszusparen.
-
Auch
wird erwähnt,
dass die mit der Abtragtiefe t korrelierende Galerietiefe jener
Galerien 6 von uniformer geometrischer Gestalt mit etwa
100 μm realisiert
wird, die subsummiert durch die Schichtdicke b der Klebschicht 5 und
die innerhalb dem Sensor-Werkstück 1 ausgenommene
Tiefe der betreffenden Galerie 6 bestimmt ist.
-
Beispielbezogen
sollte die innerhalb dem Sensor-Werkstück 1 ausgenommene
Tiefe der betreffenden Galerie 6 mit 75 μm realisiert
werden.
-
Die
Verwendung der Vakuum-Sensor-Applikation wird beispielsweise überwiegend
an einem Körperbauteil 2 gesehen,
dessen Werkstoff ein entsprechendes Metall (allgemein bezeichneter
Art) ist oder Metallaminate betrifft. Hinzukommend sind Verwendungen
an einem Komposite-Werkstoff realistisch. Auch wird bedacht, dass
die Oberflächen
der metallenen Werkstoffe mit einer Schicht aus Bond-Primer oder
Farbe beschichtet sind. Diese als Prüfkörper angegeben Körperbauteile 2 gilt
es mit einem geeigneten „Structural
Health Monitoring" zu überwachen,
um beispielsweise – auf
die unterschiedlichen Materialarten der Struktur(en) eines Flugzeuges
bezogen –,
frühzeitig
Rissbildungen an der Flugzeugstruktur zu erkennen respektive eine Rissfindung
in Verbindungsnähten
während
des stattfindenden Flugzeugbetriebes mittels jener Vakuum-/Luft-Sensoren,
die mit jenen Galerien (Vakuum- und Luftgalerien) vergegenständlicht
sind, umzusetzen.
-
Es
bleibt zu erwähnen,
dass auch die nachfolgenden Ausführungen
für eine
Vakuum-Sensor-Applikation
interessant sein dürften,
die sich hinsichtlich der bereits vorgestellten Ausführung unterscheiden. Übereinstimmend
letzterer ist den beiden weiteren vorgeschlagenen Applikationen
jener Aufbau, nachdem diese beiden Ausführungen einer Vakuum-Sensor-Applikation
für ein „Structural
Health Monitoring" ebenfalls
mit einem Körperbauteil 2 realisiert
sind, an dem ein Sensor-Werkstück 1,
welchem auf einer ebenflächigen
Sensor-Auflagefläche 4 eine Klebschicht 5 laminiert
und dort homogen verteilt aufgelegt ist, innerhalb einem definierten
Bereich einer ebenflächigen
Körperbauteil-Oberfläche positioniert ist
und dem Körperbauteil 2 stoffschlüssig gefügt ist.
-
Die
Unterschiede für
eine weitere Vakuum-Sensor-Applikation bestehen darin, dass dem Sensor-Werkstück 1 die
geometrischen Muster von mehreren ersten Galerien 61 uniformer
Gestalt, beispielsweise parabelförmigen
Aussehens, mit einem ersten Galeriequerschnitt A1 und
einer ersten Abtragtiefe t1, die gemäß der 3 nebeneinander
liegend laminar angeordnet sind, und die geometrischen Muster von
mehreren zweiten Galerien 62 uniformer Gestalt, beispielsweise
rechteckförmigen
Aussehens, mit einem zweiten (bspw. rechteckförmigen) Galeriequerschnitt
A2 und einer zweiten Abtragtiefe t2, die mit der Breite des Rechtecks korreliert,
eingebracht sind. Die ersten und zweiten Galerien 61, 62 sind
jeweils entlang einer Abtragachse x, die lotrecht auf einer Sensor-Werkstück-Oberfläche 7 steht,
ausgenommen. Diese Applikation berücksichtigt, dass die erste
Abtragtiefe t1 größer der zweiten Abtragtiefe t2 ist. Hinzukommend ist der zweite Galeriequerschnitt
A2 größer dem
ersten Galeriequerschnitt A1 realisiert,
wobei das geometrische Muster der einzelnen zweiten Galerie 62 jeweils
mit der in das klebstofflaminierte Sensor-Werkstück 1 eingebrachten Struktur
der Klebschicht 5 entlang jener Abtragsachse x mit einer
dritten Abtragstiefe t3 entfernt ist, welche
der Dicke der Klebstoffschicht 5 entspricht.
-
Die
Unterschiede für
eine andere Vakuum-Sensor-Applikation bestehen darin, dass dem Sensor-Werkstück 1 die
geometrischen Muster von mehreren ersten Galerien 61 uniformer
Gestalt mit einem ersten Galeriequerschnitt A1 und
einer ersten Abtragtiefe t1, die gemäß der 4 nebeneinander liegend
laminar angeordnet sind, eingebracht sind, wobei die ersten Galerien 61 jeweils
entlang einer Abtragachse x, die lotrecht auf einer Sensor-Werkstück-Oberfläche 7 steht,
ausgenommen sind. Das geometrische Muster der einzelnen ersten Galerie 61 ist
jeweils mit der dem klebstofflaminierten Sensor-Werkstück 1 eingebrachten
Struktur entlang jener Abtragsachse x mit einer dritten Abtragstiefe
t3, welche der Dicke der Klebstoffschicht 5 entspricht, und
einem dritten Galeriequerschnitt A3 abgestuft entfernt,
wobei die dritte Abtragstiefe t3 kleiner
oder gleich oder größer der
ersten Abtragstiefe t1 sowie der dritte
Galeriequerschnitt A3 größer dem ersten Galeriequerschnitt
A1 ist.
-
Hinsichtlich
der vorgestellten drei Ausführungen
für eine
andere Vakuum-Sensor-Applikation wird folgendes hinzugefügt. Wie
bereits angedeutet – werden
die Muster von mehreren Galerien 6, 61, 62,
den sogenannten Vakuum- und/Luftgalerien, nach dem Vorbild der 2c unter Anwendung bekannter Strahlungsmethoden,
beispielsweise mit Hilfe der Laser-Lithographie durch Abtrag von
Klebschicht 5 und Sensormaterial in das Sensor-Werkstück 1 übertragen.
Der Materialabtrag erfolgt durch die Verdampfung von Klebstoff und
Sensormaterial. Die Tiefe der einzelnen Galerie wird durch die Anzahl
der Wiederholungsvorgänge
des Laserstrahlprozesses gesteuert. Die Abtragsrate der Galerien
wird durch die Verfahrgeschwindigkeit, die Intensität und die
Fokusierung des Laserstrahls beeinflusst. Die Breite der Galerien
wird neben dem Fokusdurchmesser durch die Wiederholungszahl des
Laserstrahlprozesses bei gleichzeitigem Parallelversatz der Laserstrahlspur eingestellt.
Bei einem schichtweisen Abtrag und gleichzeitig optimierten Arbeitsparametern
(Vorschubgeschwindigkeit, Fokusdurchmesser, Intensität) werden
keine makroskopischen Verunreinigungen in den Galerien zurück bleiben.
-
Bei
starker Druckbeaufschlagung des mit der Galerie umgesetzten Sensors,
wie etwa in der Integralanwendung zur Rissüberwachung zwischen zwei Nietblechen
einer Struktur, bietet sich an, je nach Viskosität des verwendeten Klebstoffes
einen Teil des Klebstoffes zu beiden Seiten der Galerien in der
vorher beschriebenen Weise bis zum Sensor-Werkstück 1 abzutragen. Dadurch
wird dem Klebstoff zusätzlicher
Raum zur Volumenausdehnung geboten und die Gefahr einer Querschnittsreduktion
der Galerien vermindert. Zudem können
in diesem von Klebstoff freigearbeiteten Bereich in paralleler Anordnung
zu den Luft- bzw. Vakuum-Galerien zusätzliche Galerien, die mit jener
zweiten Galerie 62 oder jener (einen dritten Galeriequerschnitt
A3 und eine dritte Abtragstiefe t3 aufweisenden) dritten Galerie angegeben werden,
sogenannte Schutzgalerien, in oben beschriebener Weise in das Sensor-Werkstück 1 eingearbeitet
werden. Diese Schutzgalerien bieten bei starker Druckbeaufschlagung
des mit den Galerien realisierten Sensors zusätzlichen Raum für die Volumenausdehnung
des Klebstoffes und wirken so der Gefahr einer Querschnittsreduktion
der Galerien durch den Klebstoff entgegen.
-
Dem
wird hinzugefügt,
dass die alternativen Maßnahmen,
die auf jene zur Verwendung vorgeschlagenen Werkstoffe der Elemente
und deren Eigenschaften (Klebstoff, Sensor- und Prüfkörpermaterial)
und den eingesetzten Laser zurückgehen,
welche hinsichtlich der anfangs vorgestellten (ersten) Ausführung für eine Vakuum-Sensor
Applikation nach den 2a bis 2b vorgeschlagen werden, sich auch auf
jene Ausführungen
für eine
Vakuum-Sensor Applikation nach den 3 und 4,
sofern vereinbar, übertragen
lassen.
-
Um
auch mit einer Realisierungsmöglichkeit einen
Eindruck hinsichtlich der Umsetzung der Vakuum-Sensor-Applikation zu vermitteln, werden
nachfolgend am Beispiel jener anfangs vorgestellten (ersten) Ausführung nach
den 2a bis 2b folgende Verfahrungsschritte
zum stoffschlüssigen
Fügen eines
Sensor-Werkstückes 1 an
einem Körperbauteil 2 vorgestellt,
bei dem das Sensor-Werkstück 1,
das aus einem Sensorwerkstoff besteht, auf einem Körperbauteil-Oberflächenbereich 3 des
Körperbauteils 2 positioniert
und letzterem stoffschlüssig
verbunden wird. Die Realisierung jener Vakuum-Sensor-Applikation
wird mit folgenden Schritten in der abgegeben Reihenfolge geschehen,
nach denen
- a) zuerst einer Sensor-Auflagefläche 4 des
Sensor-Werkstückes 1 eine
Klebschicht 5 laminiert wird, die durch einen vernetzten
Transfer-Haftklebstoffes bereitgestellt wird,
- b) dann unter Anwendung des Laser-Lithographie-Verfahrens die
geometrischen Muster von mehreren laminar anzuordnenden Galerien 6 mit einem
durch den Transfer-Haftklebstoff dringenden Lichtstrahl auf die
Sensor-Auflagefläche 4 übertragen
werden, die anschließend
mit einer Abtragtiefe t dem klebstofflaminierten Sensor-Werkstück 1 ausgespart
werden und dabei deckungsgleich mit den in das Sensor-Werkstück 1 eingebrachten
Strukturen der Klebschicht 5 entfernt werden,
- c) darauffolgend die klebstofflaminierte gemusterte Sensor-Auflagefläche 4 auf
einem definierten Flächenbereich
der Körperbauteil-Oberfläche 3 angeordnet
wird,
- d) danach auf die beiden Fügepartner
ein mechanischer Druck ausgeübt
wird, mit dem die klebstofflaminierte gemusterte Sensor-Auflagefläche 4 und
der Körperbauteil-Oberflächenbereich 3 zusammengepresst
werden.
-
Alternative
Ausgestaltungen dieser (allgemein angegeben) Schritte lassen sich
den vorstehenden Angaben entnehmen. Sofern noch nicht geschehen,
wird diesen Ausführungen
hinzugefügt,
dass auch die Möglichkeit
besteht, dass die Muster der Galerien 6 indirekt mit Hilfe
von Masken auf jener Sensor-Auflagefläche 4 (Oberfläche) abgebildet
werden und dabei mit der erforderlichen Zahl von Lichtdurchgängen (Laserstrahldurchgängen) in
die Sensor-Auflagefläche 4 eingebracht
respektive der Sensor-Auflagefläche 4 abgetragen
werden, worauf nicht näher
eingegangen wird.
-
Darauffolgend
wird ein weiterer Schritt c) umgesetzt, wonach das Sensor-Werkstück 1 mit
der klebstofflaminierten Sensor-Auflagefläche 4 auf einem definierten
Flächenbereich
der Körperbauteil-Oberfläche 3 angeordnet
wird. Abschließend
wird ein Schritt d) umgesetzt, gemäß dem nachfolgend auf beide
Fügepartner
(Sensor-Werkstück 1 und
Körperbauteil 2)
ein mechanisch wirkender Anpressdruck 8 ausgeübt wird,
mit dem die klebstofflaminierte Sensor-Auflagefläche 4 und der Körperbauteil-Oberflächenbereich 3 zusammengepresst
werden.
-
Diese
allgemeine Darstellung lässt
sich durch die folgenden Maßnahmen
erweitern. So wird vorgeschlagen, dass das mit der klebstofflaminiert gemusterten
Sensor-Auflagefläche 4 ausgeführte Sensor-Werkstück 1 in
einem Trockenschrank einer sogenannten Temperung (Temperierung)
unterzogen wird, wodurch die (homogene) Adhäsion zwischen dem Transfer-Haftklebstoff
und der (mit letzterem) klebstofflaminierten Sensor-Auflagefläche 4 maximiert
wird. Auch wird angeraten, dass eine Grob- und/oder Feinreinigung
des Körperbauteil-Oberflächenbereichs 3 vorgenommen
wird, da eine unreine (verschmutzte) Körperbauteil-Auflagefläche 3 wohl kaum
dem stoffschlüssigen
Fügen der
beiden Fügepartner
förderlich
sein dürfte.
Außerdem
wird zur Verbesserung (Maximierung) der eben erwähnten Adhäsion zwischen dem Transfer-Haftklebstoff
und der (mit letzterem) klebstofflaminierten Sensor-Auflagefläche 4 vorgeschlagen,
dass die Galerien 6 ggf. einseitig luftdicht verschlossen
werden und jene Galerien 6 andersseitig einer Vakuumeinrichtung,
bspw. einer Vakuumpumpe, angeschlossen werden, so dass daraufhin
innerhalb der Galerien 6 ein Vakuum erzeugt wird. Da vorgesehen
wird, dass das Zusammenpressen der beiden Fügepartner mit Hilfe einer (die
beiden Fügepartner
umklammernden) Klemmvorrichtung umgesetzt wird, wird ein Anpressdruck 8, der
durch das Anpressen der Auflageflächen der beiden Fügepartner
mittels der Klemmvorrichtung produziert wird, bei einer gleichzeitigen
Anwendung der Klemmvorrichtung und der Vakuumeinrichtung bis zu einem
(durch die Vakuumeinrichtung erzeugten) definierten Vakuum erhöht werden,
der wenigstens zehn Minuten lang aufrechterhalten werden sollte.
-
Auch
wird erwähnt,
dass das Abrollen des Transfer-Haftklebstoffes von einer Transferrolle
erfolgen wird. Erst nach dem Abrollen des Transfer-Haftklebstoffes
wird die Laminierung der Klebschicht 5 mit bspw. einer
Handlaminierwalze realisiert, mit welcher die Klebschicht 5 unter
leichtem Andruck einseitig auf das Sensor-Werkstück 1 aufgerollt wird.
Mit dieser Maßnahme
wird bezweckt, dass Luftblaseneinschlüsse zwischen der Sensor-Auflagefläche 4 und
dem Transfer-Haftklebstoff verhindert werden.
-
Der
Laminiervorgang, welcher mit Hilfe jener Handlaminierwalze umgesetzt
wird, sollte mit einem elektrisch betriebenen Laminiergerät wiederholt
werden, bei dem der Transfer-Haftklebstoff von der Transferrolle
mit einer definierten Rollgeschwindigkeit dem elektrisch betriebenen
Laminiergerät
abgerollt und darauffolgend unter definiertem Anpressdruck 8 aufgerollt
wird. Dadurch kann eine homogene Adhäsion zwischen dem Transfer-Haftklebstoff
und der Sensor-Auflagefläche 4 gewährleistet
werden.
-
Die
geometrischen Muster der Galerien 6 werden mittels einem
regelbaren Laserstahl (Eximerstrahl) direkt von einer verfahrbaren
Laserquelle auf die Sensor-Auflagefläche 4 übertragen,
die (geometrisch betrachtet) mit einer dreidimensional erstreckenden
Gestalt in das Sensor-Werkstück 1 eingebracht
werden. Anderenfalls besteht auch die Möglichkeit, dass jene Muster
der Galerien 6 mit Hilfe des Lasers indirekt unter Zwischenschaltung
von Masken auf die Sensor-Auflagefläche 4 abgelichtet
werden, deren Vorgehensweise aber nicht näher betrachtet wird.
-
Der
Galeriequerschnitt der einzelnen Galerie 6 (der sogenannten
Vakuum- oder Luftgalerie) wird allgemein demjenigen eines Rotationskörpers entsprechen,
der geradlinig an der Sensor-Auflagefläche 4 des
Sensor-Werkstückes 1 abschließen wird. Dabei
könnte
jener Galeriequerschnitt theoretisch mit einer beliebigen Form umgesetzt
werden, wobei vorzugsweise eine nicht quadratische oder nicht rechteckförmige oder
eine parabelförmige
oder trapezförmige
oder aber eine quadratische oder rechteckförmigen Form bevorzugt werden,
und wobei der Galeriequerschnitt gradlinig verlaufend (lotrecht)
oder mit einem geeigneten Anstellwinkel der Sensor-Auflagefläche 7 ausgespart
wird. Dabei wird der (bei Anwendung des Lithographie-Verfahrens
verwendete) Laserstrahl die Galerien 6 mit einer Abtragtiefe
t dem Sensor-Werkstück 1 lithographisch
aussparen, welche durch die Intensität des Laserstrahls, die durch eine
den Laserstrahl adressierende Laserquelle geregelt wird, und die
Verfahrgeschwindigkeit der Laserquelle beeinflusst wird. Die Laserquelle
wird dreidimensional (also in alle drei Richtungen des kartesischen
Koordinatensystems) verfahren. Außerdem besteht in Korrelation
der regelbaren Laserstrahl-Intensität deswegen auch die Option,
durch ein Nachstellen und/oder Heranführen der Laserquelle an die Klebstoffapplikation
den Transfer-Haftklebstoff mit einer frei wählbaren Schichtdicke auf die
Sensor-Auflagefläche 4 zu
laminieren.
-
Ferner
wird ergänzt,
dass das Zusammenpressen der beiden Fügepartner mit einer Klemmvorrichtung
realisiert wird, durch deren äußere Umklammerung
jener definierte Anpressdruck 8 auf die stirnflächig gegenüberstehenden
Auflageflächen
jener Fügepartner
und auf die zwischengeschichtete Klebschicht 5 übertragen
wird. Dabei wird die ebenflächige
Auflage des Sensor-Werkstücks 1 über deren
Auflagefläche 4 gleichmäßig belastet
werden.
-
- 1
- Sensor-Werkstück
- 2
- Körperbauteil
- 3
- Körperbauteil-Oberflächenbereich
- 4
- Sensor-Auflagefläche
- 5
- Klebschicht;
Transfer-Klebstoff
- 6
- Galerie(n)
- 61
- erste
Galerie
- 62
- zweite
Galerie
- 7
- Sensor-Werkstück-Oberfläche
- 8
- Anpressdruck
- a
- Schichtdicke
- b
- Schichtdicke
- A1
- erster
Galeriequerschnitt
- A2
- zweiter
Galeriequerschnitt
- t
- Abtragtiefe
- t1
- erste
Abtragtiefe
- t2
- zweite
Abtragtiefe
- t3
- dritte
Abtragtiefe