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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Verlaufsrichtung von Fasern eines für die Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils vorgesehenen Preformlings.
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Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffe, wie beispielsweise Kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK), werden aufgrund ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten bevorzugt als Konstruktionsmaterial bei Leichtbauanwendungen, wie beispielsweise bei der Fertigung von Strukturbauteilen im Fahrzeugbau oder der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.
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Bei den Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen sind die Fasern zumeist in mehreren Schichten übereinanderliegend angeordnet und als Verstärkung in eine Kunststoffmatrix aus Duromeren, wie beispielsweise einem Epoxidharz, eingebettet. Die Kunststoffmatrix umgibt dabei die Fasern, die durch Kohäsiv- bzw. Adhäsivkräfte mit der Matrix verbunden sind.
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Die mechanischen Eigenschaften eines zu fertigenden faserverstärkten Kunststoffbauteils können über eine Vielzahl von Parameter eingestellt werden. Von entscheidender Bedeutung ist diesbezüglich insbesondere der jeweilige Faserwinkel, d. h. die (vorherrschende) Verlaufsrichtung von Fasern bzw. Faserbündeln in den einzelnen übereinanderliegenden Faserschichten des Bauteils, die anhand von Lastlinien des Bauteils unterschiedlich ausgerichtet werden. Typische Ausrichtungen sind dabei 0°, 90° sowie +/–45° sowie +/–60°.
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Bei der Herstellung der Bauteile werden üblicherweise zunächst unterschiedlich komplex geformte Faserhalbzeuge, die sogenannten Preformlinge, aus Kohlefaser und/oder anderen Fasertypen gebildet.
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Nach einem gängigen Verfahren werden dazu beispielsweise mattenförmige Gelege aus Kohlefaserrovings, d. h. Bündeln von mehreren Tausend Kohlefasern mit einem Durchmesser von typischerweise zirka sechs bis sieben Mikrometern, gebildet. Innerhalb einer solchen Lage werden die Rovings durch Wirkfäden zusammengehalten, und mehrere übereinander geschichtete Lagen in entsprechender Weise miteinander vernäht. Aus Zuschnitten dieser als Nähfelder bezeichneten Gebilde wird der Preformling zusammengenäht.
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Die Preformlinge können auch aus mehreren sogenannten Prepregs gebildet werden, bei denen die Endlosfasern bereits als vorkonfektionierte Gelege oder auch als Gewebe vorliegen. Die Prepregs sind mit einem noch ungehärteten Bindemittel vorimprägniert und werden zur Bildung der Faserschichten des Preformlings übereinandergelegt. Der Preformling entsteht im Wege einer nachfolgenden Druck-Umformung der übereinandergelegten Prepregs. Der Preformling wird durch das Bindemittel mehr oder weniger formstabil zusammengehalten und besitzt bereits annähernd die Geometrie des zu fertigenden Bauteils.
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Bei den einzelnen Fertigungsschritten der faserverstärkten Kunststoffbauteile kann es zu fehlerhaften Faserrichtungsverläufen in den einzelnen Faserschichten der Preformlinge kommen, die für die späteren mechanischen Eigenschaften des entstehenden Bauteils nachteilig sein können. Da die Fertigung der Bauteile, insbesondere bei komplexer dreidimensionaler Formgebung, aufwändig und teuer ist, ist ein möglichst frühzeitiges Identifizieren und Aussortieren von Preformlingen mit einer fehlerhaften Verlaufsrichtung der Fasern wünschenswert.
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In der
US 7,829,855 B2 ist ein Verfahren zum berührungslosen Bestimmen einer Verlaufsrichtung von Fasern eines Kohlefaserverbundwerkstoffs gezeigt, bei dem eine durchschnittliche Orientierung der Fasern anhand einer winkelabhängigen Ausbreitungsgeschwindigkeit polarisierter elektromagnetischer Strahlung in dem Kompositmaterial bestimmt wird. Das gezeigte Verfahren ist technisch aufwändig und insbesondere bei einem mehrschichtigen Aufbau eines für die Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils eingesetzten Preformlings nur bedingt einsetzbar, da die Schichten unterschiedliche Faserverlaufsrichtungen aufweisen.
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Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, die die genannten Nachteile überwinden und mittels derer eine Verlaufsrichtung von Fasern eines für die Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils vorgesehenen Preformlings auf einfache und wirtschaftliche Weise zerstörungsfrei bestimmt werden kann.
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Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, die die Vorrichtung betreffende Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 13 angegebenen Merkmalen, gelöst.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
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Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren zumindest eine Prüfelektrode in den Preformling eingebracht, um in einem vorbestimmten Prüffeld verlaufende Fasern des Preformlings elektrisch zu kontaktieren. Mittels der Prüfelektroden wird nachfolgend ein elektrischer Prüfstrom durch die kontaktierten Fasern geleitet, um die Fasern konduktiv aufzuheizen.
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Unter elektrisch leitfähigen Fasern werden vorliegend Fasern verstanden, die aus einem Material mit einer spezifischen Leitfähigkeit σ (sigma) von typischerweise größer 1 S/m (bei 25° Celsius) bestehen. Diesbezüglich sind Kohlenstoffasern, aber auch Fasern aus Polyanilin (PANI), Polyacetylen (PAC) sowie aus anderen allgemein als elektrisch leitfähig klassifizierten Polymeren erfasst. In Preformlingen, die elektrisch leitende Fasern aufweisen, folgt der elektrische Strom hauptsächlich dem Faserrichtungsverlauf. In Bereichen eines direkten Faser-Faser Kontakts kann der Strom zu einem weitaus geringeren Teil auch in benachbarte Fasern, d. h. quer zum Faserrichtungsverlauf (Anisotropie), fließen.
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Die vom Prüfstrom durchflossenen Fasern werden aufgrund ihres inneren Widerstands durch den Prüfstrom (konduktiv) aufgeheizt und emittieren gegenüber nicht vom Prüfstrom durchflossenen Fasern bzw. Faserschichten eine intensivere Wärmestrahlung, deren nicht sichtbarer Infrarotanteil mittels eines Infrarotsensors in einem vorgegebenen Raster erfasst wird. Die so gewonnenen Messwerte werden zur Bestimmung des Faserrichtungsverlaufs, beispielsweise mittels eines Computers und geeigneter Software, ausgewertet bzw. weiterverarbeitet. Diesbezüglich kann insbesondere eine vom allgemein bekannten Lockin-Thermographieverfahren bekannte Wellenanalyse eingesetzt werden.
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Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verbundene Vorteil besteht im Wesentlichen darin, dass die Verlaufsrichtung von elektrisch leitfähigen Fasern in einzelnen oder mehreren Faserschichten des Preformlings im Bereich eines frei definierbaren Prüffelds zerstörungsfrei untersucht werden kann. Die einzelnen Fasern bzw. Faserschichten eines Preformlings sind in Abhängigkeit von dem zur Anwendung kommenden Fertigungsverfahren mehr oder weniger formstabil durch Nähte oder in kleberähnliches Bindemittel zusammengehalten und noch nicht in einer ausgehärteten Kunststoffmatrix eingebettet. Die Prüfelektrode kann daher ohne eine Zerstörung des Preformlings, d. h. ohne ein Zerteilen der Fasern zwischen die Fasern bzw. Faserbündel des Preformlings in diesen eingebracht bzw. eingeführt werden, wie dies beispielsweise anhand einer Nähnadel, die in ein textiles Gewebe oder Gelege eingebracht, d. h. eingestochen, werden kann, ohne dieses zu zerstören, veranschaulicht werden kann. Das Einführen bzw. Einstechen der Prüfelektroden in den Preformling mag zwar möglicherweise zu einer lokal sehr begrenzten Ablösung aufeinanderliegender Faserschichten bzw. Faserlagen führen, diese räumlich begrenzten Störungen sind jedoch nur vorübergehender Natur. Diese lokalen Störungen werden bei der späteren Aushärtung der Kunststoffmatrix und bei dem dabei üblicherweise angelegten subatmosphärischem Druck ohne Weiteres geheilt. Die konduktive Aufheizung der mit der zumindest einen Prüfelektrode kontaktierten Fasern bedingt, dass die Fasern zusätzlich in einem der Prüfelektrode gegenüberliegenden Randbereich des Prüffelds elektrisch leitend kontaktiert werden. Dies kann im einfachsten Fall durch einen oder mehrere Flächenkontakte erfolgen, der/die an den Preformling angelegt werden oder zwischen denen der Preformling gehalten (eingespannt) wird.
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Ein weitaus flexibleres Vorgehen ist jedoch dann gegeben, wenn statt einer solchen Flächenelektrode zumindest eine zweite Prüfelektrode eingesetzt wird, die in der vorstehend erläuterten Weise in den Preformling eingebracht wird. Das Prüffeld ist in diesem Falle den Prüfelektroden zwischengeschaltet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt darüber hinaus auch eine Untersuchung speziell derjenigen Abschnitte des Preformlings, die für die Festigkeit bzw. Steifigkeit des späteren Bauteils von übergeordneter Bedeutung sind und eine oftmals komplexe Geometrie aufweisen.
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Das Verfahren kann zudem einerseits manuell, aber auch (voll-)automatisiert, beispielsweise unter Einsatz einer geeigneten Robotik, durchgeführt werden. Im letzteren Fall ergeben sich insbesondere bei der Prüfung hoher Stückzahlen oder auch bei einer hohen Anzahl von zu untersuchenden Prüffeldern des Preformlings fertigungstechnische Vorteile. Zudem können dadurch Bedienfehler weitgehend eliminiert werden.
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Insgesamt kann durch das erfindungsgemäße Verfahren somit der Faserrichtungsverlauf in beliebigen Faserschichten eines Preformlings bestimmt und dadurch fehlerhafte Preformlinge, d. h. Preformlinge, bei denen der Faserrichtungsverlauf einer jeweiligen Faserschicht nicht einem vorgegebenen Sollwert bzw. Sollwertbereich entspricht, bei der Fertigung der faserverstärkten Kunststoffbauteile frühzeitig erkannt und diese Bauteile entsprechend aus dem weiteren Fertigungsprozess ausgesondert werden. Dies hilft unnötige Folgekosten zu vermeiden. Zudem lassen sich die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Ergebnisse bei der softwaregestützten Modellierung von Fertigungsprozessen bzw. Festlegung der schichtweisen Anordnung von unterschiedlichen Faserschichten bei der Fertigung des Preformlings verwenden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Prüfelektrode an ihrer mit dem Preformling in Kontakt kommenden Oberfläche nur im Bereich einer zum Kontaktieren der Fasern des Preformlings vorgesehenen Kontaktfläche elektrisch leitend, wobei die Kontaktfläche, vorzugsweise vollständig, in einer zu untersuchenden Faserschicht des Preformlings positioniert wird. Dadurch kann die Verlaufsrichtung von Fasern in ausgewählten Faserschichten des Preformlings selektiv untersucht bzw. bestimmt werden.
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Zwecks einer besonders zügigen und dabei selektiven Untersuchung der Verlaufsrichtung von Fasern unterschiedlicher Faserschichten des Preformlings hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Prüfelektrode zumindest zwei elektrisch leitfähige Kontaktflächen aufweist, die längs der Elektrode voneinander beabstandet angeordnet und gegeneinander elektrisch isoliert sind, wobei die zumindest zwei Kontaktflächen, vorzugsweise vollständig, in jeweils unterschiedlichen Faserschichten des Preformlings positioniert werden.
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Die Prüfelektrode kann nach der Erfindung gegenüber einer Oberfläche des Preformlings in einem Winkel von 0 bis 90°, vorzugsweise von 45 bis 90° in den Preformling eingebracht werden. Dadurch ergibt sich eine für die unterschiedlichsten Anwendungen und äußeren Bedingungen hohe Flexibilität des erfindungsgemäßen Verfahrens. Selbst nur schwer zugängliche Abschnitte des Preformlings können dadurch auf einfache Weise untersucht werden. Die Prüfelektrode kann grundsätzlich auch an stirnseitigen (Schnitt-)Rändern des Preformlings in die jeweilige Faserschicht eingebracht werden.
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Eine besonders schonende Untersuchung wird dadurch erreicht, dass die Prüfelektrode eine grundsätzlich längserstreckte Gestalt aufweist. So hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Prüfelektrode stab-, dorn-, stift- oder nadelförmig ausgebildet ist und vorzugsweise eine gerundete Spitze aufweist.
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Die Bemaßung der Prüfelektrode, d. h. insbesondere deren Außendurchmesser, ist vorteilhafter Weise auf die Feinheit der Fasern des Preformlings bzw. auch auf eine Gesamtstärke des Preformlings ausgerichtet.
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Eine elektrisch leitende Kontaktierung der Fasern bzw. ganzer Faserbündel kann nach der Erfindung dadurch weiter verbessert werden, dass die Prüfelektrode mit einem die Elektrodenoberfläche vergrößernden Außengewinde versehen sind. Die Prüfelektrode wird in diesem Falle nicht in den Preformling eingestochen, sondern vielmehr in diesen eingedreht bzw. nach Abschluss der Untersuchung wieder aus dem Preformling herausgedreht. In der Praxis wurden diesbezüglich keine Faserverletzungen bzw. Zerteilungen von Fasern beobachtet.
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Die bei dem Verfahren eingesetzte Prüfelektrode weist vorzugsweise ein oder auch mehrere Anschlagsmittel auf, durch die eine Eindringtiefe der Prüfelektrode in den Preformling begrenzt wird. Die Anschlagmittel können dabei insbesondere eine seitlich von der Elektrode abstehende, insbesondere von einem Ringbund gebildete, Schulter umfassen, die bei Erreichen einer definierten Eindringtiefe an die Oberfläche des Preformlings bzw. an ein dem Preformling aufliegendes Abstützelement zur Anlage gebracht wird.
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Das Anschlagelement kann auch durch eine Spitze der Elektrode gebildet sein, die bei Erreichen einer vordefinierten Eindringtiefe in den Preformling beispielsweise an eine Matrize eines Umformwerkzeugs zur Anlage gebracht wird.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zumindest zwei Prüfelektrodenarrays verwendet, die jeweils eine Mehrzahl von elektrisch gleichgeschalteten, d. h. jeweils als Anode und/oder Kathode geschalteten, Prüfelektroden aufweisen, die vorzugsweise in einer Reihe mit einem, insbesondere regelmäßigen, Abstand voneinander angeordnet sind. Dadurch kann die Faserverlaufsrichtung in einem größeren Prüffeld des Preformlings bestimmt werden, was die Prüfung insgesamt beschleunigt und eine umfassende Prüfung besonders relevanter Abschnitte der Preformlings erleichtert. Das Prüffeld kann insbesondere Abmessungen von 30 cm mal 30 cm aufweisen.
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Die Prüfelektroden sind vorzugsweise an einem gemeinsamen Halter angeordnet, so dass diese gemeinsam und in einem vorgegebenen Muster in den Preformling eingebracht und aus diesem wieder entfernt werden können.
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Das Verfahren kann noch flexibler eingesetzt werden, wenn die Prüfelektroden an dem jeweiligen Halter (derart) verstellbar angeordnet sind, so dass auch Prüffelder mit unterschiedlicher Topographie vereinfacht untersucht werden können.
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Der Prüfstrom kann nach der Erfindung Wechselstrom, Gleichstrom oder Mischstrom sein.
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Zur Vermeidung einer thermischen Beschädigung der Fasern bzw. von in dem Preformling vorhandenen Bindemitteln wird der Prüfstrom nach der Erfindung mit einer auf die zu untersuchenden Fasern ausgerichteten Stromstärke und Zeitdauer in die Fasern des Preformlings eingeleitet. Der Prüfstrom weist dabei insbesondere eine Frequenz von 8 kHz auf und wird in Abhängigkeit von der Dicke des zu untersuchenden Materials bzw. dem Titer der Fasern der zu untersuchenden Faserschicht des Preformlings einige Sekunden bis zu einer Minute in den Preformling eingeleitet.
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Die von dem Infrarotsensor generierten Messwerte werden vorzugsweise zur Steuerung und/oder Regelung des Prüfstroms herangezogen. Dadurch kann einerseits eine Überhitzung der aufgeheizten Fasern vermieden werden. Andererseits kann so eine Signalstärke der emittierten Infrarotstrahlung optimiert werden.
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Die Messdaten des Infrarotsensors werden erfindungsgemäß bevorzugt im Wege einer Wellenanalyse weiterverarbeitet. Bei diesem, beispielsweise aus der optisch angeregten Lockin-Thermografie (OLT) bekannten Prinzip, werden die Amplitude und die Phase der Temperaturmodulation für jeden Bildpunkt erfasst. Die Phasenverschiebung zwischen der Wärmezufuhr, d. h. hier der Stromzufuhr, und der mittels des IR-Sensors erfassten Infrarotstrahlung wird zur Darstellung von thermischen angeregten, d. h. von dem Prüfstrom durchflossenen Faserstrukturen und einer gleichzeitigen Unterdrückung von optischen bzw. infraroten Oberflächenstrukturen des Preformlings verwendet.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen einer Verlaufsrichtung von Fasern eines nur ausschnittsweise wiedergegebenen Preformlings, in Seitenansicht;
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2 ein erfindungsgemäßes Prüfelektrodenarray zur Verwendung in einer Vorrichtung nach 1, in Seitenansicht;
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3 ein Phasenbild eines Prüffelds eines Preformlings gemäß 1 nach konduktiver Anregung von Fasern einer 0° Faserschicht, in schematisierter Draufsicht; und
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4 ein zu der 3 ähnliches Phasenbild nach konduktiver Anregung aller Faserschichten des Preformlings, in schematisierter Draufsicht.
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In der 1 ist ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Bestimmen einer Verlaufsrichtung von Fasern eines lediglich ausschnittsweise wiedergegebenen Preformlings 12 gezeigt, der zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils vorgesehenen ist.
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Der Preformling 12 besteht vorliegend aus insgesamt drei übereinanderliegend angeordneten Faserschichten 14, 16, 18. Die Fasern der Faserschichten 14, 16, 18 weisen in Draufsicht des Preformlings gegenüber dessen Längsachse 20, die der Lastachse des späteren Bauteils entspricht, jeweils eine unterschiedliche Verlaufsrichtung auf. Innerhalb der in der Fig. mittig angeordneten Faserschicht 16 verlaufen die Fasern in einem Winkel von 0° zur Längsachse 20 des Preformlings 12. De Fasern der darunterliegend angeordneten Faserschicht 14 verlaufen in einem Winkel von –45° zur Längsachse 20, während die Fasern der in der Fig. oberen Faserschicht 18 in einem Winkel von +45° zur Längsachse 20 des Preformlings 12 angeordnet sind.
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In den Preformling 12 sind eine Mehrzahl von Prüfelektroden 22 lotrecht zur Oberfläche 24 des Preformlings 12 in den Preformling 12 eingebracht, wobei die Prüfelektroden 22 in zwei einander gegenüberliegenden und zueinander im Wesentlichen parallelen Reihen als sogenannte Prüfelektrodenarrays angeordnet sind. Von den Prüfelektrodenarrays sind in der Fig. darstellungsbedingt lediglich die dem Betrachter zugewandten vordersten Prüfelektroden 22 wiedergegeben. Zwischen den beiden Prüfelektrodenarrays ist jeweils ein vorbestimmtes Prüffeld 26 zwischengeschaltet, in dem die Verlaufsrichtung von Fasern bestimmt werden soll.
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Die Prüfelektroden 22 weisen bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine im Wesentlichen stiftförmige Gestalt mit einer spitz zulaufenden Spitze 28 auf und sind an ihrem der Spitze 28 abgewandten freien Ende 30 jeweils über ein Stromkabel 32 mit einer modulierbaren Prüfstromquelle 34 für Wechselstrom verbunden. Eine elektrisch leitende Kontaktfläche 36 dient zum elektrischen Kontaktieren von Fasern des Preformlings 12.
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Oberhalb des Prüffelds 26 ist eine Infrarotkamera 38 mit einem Infrarotsensor 40 angeordnet, mittels dessen eine von elektrisch (konduktiv) aufgeheizten Fasern des Prüffelds 26 abgegebene Infrarotstrahlung in einem vorgegebenen (Orts-)Raster und über die Zeit erfassbar ist.
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Die Infrarotkamera 38 ist mit einer Auswerteeinheit 42 verbunden, in der von dem IR-Sensor 40 bzw. der IR-Kamera 38 generierte Messdaten zur Bestimmung der Verlaufsrichtung von Fasern des Preformlings 12 bzw. deren Faserwinkel gegenüber der Längsachse 20 des Preformlings 12 weiterverarbeitet werden können.
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In der 2 ist ein Prüfelektrodenarray 44 gezeigt, das sich von dem Prüfelektrodenarray nach der 1 im Wesentlichen darin unterscheidet, dass die Prüfelektroden 22' jeweils zwei elektrisch leitfähige Kontaktflächen 36' aufweist. Die beiden Kontaktflächen 36' sind längs der Prüfelektrode 22' axial voneinander beabstandet angeordnet. Der Abstand der beiden Kontaktflächen 36' voneinander sowie deren axiale Bemaßung ist auf die jeweilige Dicke der Faserschichten 14, 16, 18 eines zu prüfenden Preformlings 12 ausgerichtet, so dass nach einem Positionieren der Prüfelektroden 22' in einem Preformling 12 zwei Faserschichten 14, 16, 18 des Preformlings 12 hinsichtlich der Verlaufsrichtung der Fasern untersucht werden können, ohne die Prüfelektroden 22' innerhalb des Preformlings 12 neu positionieren zu müssen. Die beiden Kontaktflächen 36' der Prüfelektroden 22' sind jeweils durch eine in der Fig. nicht näher wiedergegebene Isolierung gegeneinander elektrisch isoliert und jeweils über nicht näher wiedergegebene Stromkabel mit einer Prüfstromquelle 34 (1) verbunden. Die Prüfelektroden 22' des Prüfelektrodenarrays 44 sind an einem gemeinsamen Halter 48 angeordnet.
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Die Prüfelektroden 22' weisen weiterhin jeweils ein als Ringbund ausgebildetes Anschlagmittel 46 auf, das zur Begrenzung der jeweiligen Eindringtiefe der Prüfelektrode 22' in den Preformling 12 dient und das beispielsweise an einem am Preformling 12 aufliegenden Abstützelement (beispielsweise ein Aluminiumblech oder dergl.) zur Anlage gebracht werden kann.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die mit der Prüfstromquelle 34 verbundenen Prüfelektroden 22; 22' zunächst in den Preformling 12 eingebracht, d. h. in diesen eingestochen. Die Infrarotkamera 38 mit dem Infrarotsensor 40 wird vorzugsweise simultan über dem durch die Prüfelektroden 22; 22' begrenzten Prüffeld 26 positioniert. Die Infrarotkamera 38 kann aber auch im Bedarfsfall den Spitzen 28 gegenüberliegend positioniert sein.
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Nachfolgend wird ein von der Prüfstromquelle 34 generierter Prüfstrom über die Prüfelektroden 22; 22' in die mit der bzw. den Kontaktflächen 36; 36' der Prüfelektroden 22; 22' kontaktierten Fasern des Preformlings 12 geführt und diese Fasern konduktiv aufgeheizt.
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Die von den aufgeheizten Fasern emittierte Infrarotstrahlung wird mittels des Infrarotsensors 40 der Infrarotkamera 38 in einem vorgegebenen Raster detektiert und die von dem IR-Sensor bzw. der IR-Kamera generierten Messdaten an die Steuer- und Auswerteeinheit 42 zum Auswerten der Messdaten, d. h. hier zum Generieren eines Phasenbildes des Prüffelds zum Bestimmen der Verlaufsrichtung der Fasern überstellt.
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Ein solches Phasenbild des in der 1 schematisiert wiedergegebenen Prüffelds 26 des Preformlings 12 ist in der 3 wiedergegeben. Die Prüfelektroden 22 sind hier seitlich, d. h. im Wesentlichen parallel zur Oberfläche 24 (1) des Preformlings 12, in einander gegenüberliegende Randbereiche (Schnittkanten) des Preformlings 12 eingebracht. Die Prüfelektroden 22 kontaktieren dabei selektiv Fasern einer vorstehend im Zusammenhang mit der 1 bereits erläuterten 0° Faserschicht 16 des Preformlings 12.
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Die mittels eines definierten Prüfstroms konduktiv erhitzten Fasern 50 bzw. Faserbündel des Preformlings 12 sind vorliegend lediglich mit ihren Außenkonturen wiedergegeben. In einem der vorliegenden Darstellung entsprechenden experimentellen Phasenbild sind die Fasern 50 hingegen gegenüber umliegenden und nicht konduktiv aufgeheizten Faserschichtbereichen üblicherweise insgesamt heller wiedergegeben und dadurch auf einfache Weise zu identifizieren. Die Fasern 50 bzw. die Faserbündel der 0° Faserschicht 16 verlaufen in der hier gezeigten Draufsicht auf das Prüffeld 26 definitionsgemäß parallel zur Längsachse 20 des Preformlings 12 und somit parallel zum unteren Bildrand der 3
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Bei dem in der 4 schematisiert dargestellten Phasenbild eines weiteren Prüffelds 26 wurden die Prüfelektroden 22 lotrecht zur Oberfläche eines aus drei Faserschichten (1) bestehenden Preformlings 12 in den Preformling 12 eingebracht. Dabei wurden alle Faserschichten 14, 16, 18 (1) durch die Prüfelektroden 22 elektrisch kontaktiert und der Prüfstrom entsprechend in alle drei Faserschichten 14, 16, 18 des Preformlings 12 eingeleitet.
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Im Vergleich zu dem im Zusammenhang mit der 3 erläuterten Beispiel zeigen sich hier entsprechend konduktiv aufgeheizte Fasern 50 der 0° Faserschicht 16 (1), die in der Fig. jeweils mit durchgängiger Linie dargestellt sind, sowie der darüber liegend angeordneten +45° Faserschicht 18 (gestrichelte Linien) und der unterhalb der 0° Faserschicht angeordneten –45° Faserschicht 14 (punktierte Linien).
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Die Verlaufsrichtung der Fasern 50 der jeweiligen Faserschichten 14, 16, 18 (1) kann mittels eines auf das beispielsweise in der 4 wiedergegebene (Grund-)Phasenbild angewandten Kantenfilters (Gradientenbildung im Ort), zum Beispiel bei einer –45° Filterung bzw. bei einer +45° Filterung softwaremäßig hervorgehoben werden.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Verlaufsrichtung von Fasern eines für die Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils vorgesehenen Preformlings 12, bei dem zumindest eine, vorzugsweise zumindest zwei, Prüfelektrode(n) 22; 22' in den Preformling 12 eingebracht wird (werden), um in einem vorbestimmten Prüffeld 26 verlaufende Fasern zu kontaktieren, wobei über die Prüfelektrode(n) 22; 22' ein elektrischer Prüfstrom durch die kontaktierten Fasern geleitet wird, um die Fasern konduktiv aufzuheizen und wobei eine von den aufgeheizten Fasern emittierte Infrarotstrahlung mittels eines Infrarotsensors 40 in einem vorgegebenen Raster erfasst und von dem Infrarotsensor 40 generierte Messwerte zur Bestimmung der Verlaufsrichtung der Fasern ausgewertet werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung 10 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
