DE102011086688A1 - Fiber semi-finished product useful for producing fiber composite component, comprises fiber layer, and additional radiographic contrast element for displaying fiber orientation of fiber layer - Google Patents

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Abstract

Fiber semi-finished product for producing fiber composite component, comprises at least one fiber layer, and at least one additional radiographic contrast element for displaying at least one fiber orientation of the fiber layer. Independent claims are also included for: (1) the fiber composite component comprising fiber semi-finished product; and (2) testing a layer structure of fiber composite component, comprising providing the fiber composite component, performing X-ray of the fiber composite component at least portion-wise, for producing at least one radiograph, identifying a position of the radiographic contrast element in the produced radiograph, and validating the identified position of the radiographic contrast element for determining the fiber orientation of the fiber layer.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines Lagenaufbaus von Faserverbundbauteilen, insbesondere ein Prüfen von Faserausrichtungen in umgeformten Faserverbundbauteilen.The invention relates to a method for testing a layer structure of fiber composite components, in particular a testing of fiber orientations in reshaped fiber composite components.

Faserverstärkte Bauteile bieten eine hohe Steifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht und finden daher in zunehmendem Maße Einzug in Maschinen und Fahrzeugen aller Art. Während ihr Einsatz im Bereich der Luft- und Raumfahrt bereits seit Jahrzenten bekannt ist, werden zwischenzeitlich erhebliche Anstrengungen unternommen, diese auch im Automobilbereich zur Anwendung zu bringen. Hierbei sind jedoch abweichende Rahmenbedingungen zu berücksichtigen, die eine einfache Übertragbarkeit insbesondere von Herstellungsverfahren erschweren oder sogar verhindern.Fiber-reinforced components offer high rigidity combined with low weight and are therefore becoming increasingly popular in machines and vehicles of all kinds. While their use in the aerospace industry has been known for decades, in the meantime considerable efforts have been made, including in the automotive sector to apply. In this case, however, different general conditions are to be taken into account, which make it difficult or even prevent simple transferability, in particular of manufacturing processes.

Während in der Luft- und Raumfahrt im Wesentlichen faserverstärkte Bauteile in Handarbeit oder mittels aufwendiger Vorrichtungen als Einzelanfertigungen oder in geringen Stückzahlen mit entsprechend hohen Stückkosten erstellt werden, sind für eine Serienfertigung im Automobilbereich weit höhere Stückzahlen zugrunde zu legen. Es werden daher große Anstrengungen unternommen, effiziente und automatisierte Herstellungsverfahren bereitzustellen, die eine Produktion großer Stückzahlen mit möglichst geringen Taktzeiten und gleichzeitig möglichst hoher Qualität ermöglichen.While in aerospace essentially fiber-reinforced components are created by hand or by means of complex devices as one-off or in small quantities with correspondingly high unit costs, mass production in the automotive sector is based on far higher quantities. Therefore, great efforts are being made to provide efficient and automated manufacturing processes that enable large-scale production with the lowest possible cycle times and at the same time the highest possible quality.

Um eine derartige möglichst hohe Qualität sicherzustellen, ist eine Überprüfung eines Lagenaufbaus, insbesondere einer Faserausrichtung eines erzeugten Faserverbundbauteils erforderlich. Während bei einem Laminieren in Handarbeit die Lage vergleichsweise einfach durch einen Arbeiter überwacht werden kann, besteht beispielsweise im Rahmen eines automatisierten Umformprozesses bei einer Serienfertigung von Faserverbundbauteilen die besondere Gefahr, dass eine Faserlage verrutscht bzw. eine Faserausrichtung unvorteilhaft verschoben wird. Dies kann zur Folge haben, dass die Faserstruktur an dieser Stelle des Bauteils geschwächt ist und bei entsprechender Belastung zu einem vorzeitigen Bauteilversagen führen kann.In order to ensure such a high quality as possible, a review of a layer structure, in particular a fiber orientation of a fiber composite component produced is required. While in a lamination by hand, the situation can be relatively easily monitored by a worker, there is the particular risk that, for example, in the context of an automated forming process in a series production of fiber composite components that a fiber layer slips or a fiber orientation is unfavorably moved. This can have the consequence that the fiber structure is weakened at this point of the component and can lead to premature failure of the component under appropriate load.

Es sind daher verschiedene Verfahren zum Prüfen eines Lagenaufbaus der erzeugten Faserverbundbauteile insbesondere zum Prüfen einer Faserausrichtung bekannt. Beispielsweise wird im Rahmen einer sogenannten „Veraschung” ein in dem Bauteil gebundenes Harz bzw. eine Matrix verbrannt, bis nur noch der Faseranteil übrig ist, der sich anschließend auf einfache Weise als Gitternetz analysieren lässt.Therefore, various methods are known for testing a layer structure of the fiber composite components produced, in particular for checking a fiber orientation. For example, as part of a so-called "ashing", a resin bound in the component or a matrix is burned until only the fiber content is left, which can then be analyzed in a simple manner as a grid.

Alternativ können mittels eines Abschleifens des Faserverbundbauteils einzelne Schichten abgetragen und somit eine Faserausrichtung innerhalb einer bestimmten Ebene des Bauteils überprüft werden.Alternatively, individual layers can be removed by means of a grinding of the fiber composite component and thus a fiber orientation within a certain plane of the component can be checked.

Beiden Prüfverfahren ist jedoch gemein, dass sie eine Zerstörung des Bauteils bewirken, so dass eine nachfolgende Verwendung des Faserverbundbauteils nicht mehr möglich ist. Es können also auf diese Art und Weise lediglich destruktive Stichproben bei einer Produktion von Serienteilen genommen und geprüft werden. Es kann jedoch keine Überprüfung eines anschließend zu verbauenden Bauteils erfolgen.However, both test methods have in common that they cause a destruction of the component, so that a subsequent use of the fiber composite component is no longer possible. In this way, only destructive random samples can be taken and tested during production of series parts. However, there can be no verification of a subsequently to be installed component.

Darüber hinaus erfordern die beiden Verfahren einen sehr hohen Zeitaufwand und sind besonders arbeitsintensiv. Auch erlauben die erzeugten Strukturen, also der beim Veraschen verbleibende Faseranteil aufgrund der fehlenden Matrix bzw. die entstehenden Schichtbilder beim Abschleifen, lediglich begrenzte Analysemöglichkeiten.In addition, the two methods require a very large amount of time and are particularly labor-intensive. Also, the structures produced, ie the fiber content remaining during ashing, due to the missing matrix or the resulting layer images during abrading, only allow limited analysis possibilities.

Es ist daher außerdem bekannt Faserverbundbauteile mittels Röntgen bzw. Computertomographie in einer Bauteiltiefe zu untersuchen und somit „Einblick” in dessen Inneres zu bekommen, ohne das Bauteil zerstören zu müssen. Es lassen sich hierbei grundsätzlich Einschlüsse und besonders starke Unregelmäßigkeiten in der Faserlage, wie beispielsweise Faserbrüche, feststellen. Jedoch sind diese auf den gewinnbaren Röntgenbildern nur schwer auszumachen. Daher lassen sich verschobene Faserschichten und andere Schwächungen durch Verschiebungen von Fasern mit dem genannten Verfahren nur schwer bzw. gar nicht bestimmen. Es besteht somit die Gefahr, dass entsprechende fehlerhafte Stellen nicht erkannt werden und das entsprechende Bauteil dennoch verbaut wird.It is therefore also known to investigate fiber composite components by means of X-ray or computed tomography in a component depth and thus to get "insight" in its interior, without having to destroy the component. In general, inclusions and particularly strong irregularities in the fiber layer, such as fiber breaks, can be detected. However, these are difficult to identify on the recoverable X-ray images. Therefore, shifted fiber layers and other weakenings due to shifts of fibers are difficult or impossible to determine by the method mentioned. There is thus the danger that corresponding incorrect locations will not be recognized and the corresponding component will still be installed.

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Faserhalbzeug zum Herstellen eines Faserverbundbauteils bzw. ein entsprechendes Faserverbundbauteil bereitzustellen, bei dem fehlerhafte Stellen sicher erkennbar gemacht werden können und eine möglichst einfache, schnelle und kostengünstige Überprüfung erlauben sowie anschließend verbaubar bleibt, sowie ein zerstörungsfreies Verfahren zum Prüfen eines Lagenaufbaus des erfindungsgemäßen Faser verbundbauteils bereitzustellen, welches eine sichere Überprüfung der tatsächlich zu verbauenden Faserverbundbauteilen ermöglicht und darüber hinaus einfach, schnell und kostengünstig ist.The object of the invention is therefore to provide a semifinished fiber product for producing a fiber composite component or a corresponding fiber composite component, can be reliably identified in the faulty sites and allow a simple, fast and cost-effective review and then remains buildable, and a non-destructive method for testing a Layer structure of the fiber composite component according to the invention provide, which allows a safe check of the actually to be installed fiber composite components and beyond easy, fast and inexpensive.

Diese Aufgabe wird gelöst mittels eines Faserhalbzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, einem Faserverbundbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 sowie einem Verfahren gemäß dem Patentanspruch 6.This object is achieved by means of a semifinished fiber product having the features of patent claim 1, a fiber composite component having the features of claim 5 and a method according to claim 6.

Demnach wird ein Faserhalbzeug zur Herstellung von Faserverbundbauteilen vorgeschlagen, mit

  • – mindestens einer Faserlage,
wobei das Faserhalbzeug mindestens ein zusätzliches Röntgenkontrastelement zum Anzeigen mindestens einer Faserausrichtung der mindestens einen Faserlage umfasst. Accordingly, a semi-finished fiber for the production of fiber composite components is proposed, with
  • At least one fiber layer,
wherein the semi-finished fiber product comprises at least one additional X-ray contrast element for indicating at least one fiber orientation of the at least one fiber layer.

Dies bedeutet, dass in ein Faserhalbzeug zumindest ein entsprechendes zusätzliches Röntgenkontrastelement eingebracht werden kann, welches zumindest in dem hieraus erzeugten Faserverbundbauteil eine Ausrichtung bzw. Position der mindestens einen Faserlage ermöglicht. „Zusätzlich” bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich das Röntgenkontrastelement von der Faserlage bzw. dessen Material unterscheidet. Das Röntgenkontrastelement kann derart angeordnet sein, dass es lediglich lokal eine Ausrichtung einer entsprechenden Faserlage anzeigt, also insbesondere in gefährdeten Bereichen, in welchen ein Verschieben von Fasern bei der Herstellung des Faserverbundbauteils aus dem Faserhalbzeug zu befürchten ist. Alternativ kann das mindestens eine Röntgenkontrastelement aber auch derart angeordnet sein, dass es über das gesamte Faserhalbzeug verteilt angeordnet ist.This means that at least one corresponding additional X-ray contrast element can be introduced into a semifinished fiber article, which permits an orientation or position of the at least one fiber layer, at least in the fiber composite component produced therefrom. In this context, "additional" means that the X-ray contrast element differs from the fiber layer or its material. The X-ray contrast element can be arranged such that it only indicates locally an alignment of a corresponding fiber layer, ie in particular in endangered areas in which a shifting of fibers in the production of the fiber composite component from the semifinished fiber product is to be feared. Alternatively, however, the at least one X-ray contrast element can also be arranged such that it is distributed over the entire semi-finished fiber product.

Umfasst das Faserhalbzeug mehr als eine Faserlage, so kann es sinnvoll sein, in jeder Faserlage eigene Röntgenkontrastelemente vorzusehen, um die Ausrichtung bzw. Position der jeweiligen Faserlage anzuzeigen. Vorzugsweise sind die Röntgenkontrastelemente derart angeordnet bzw. ausgestaltet, dass in einer Röntgenaufnahme eine eindeutige Identifizierung des jeweiligen Röntgenkontrastelements bzw. der zugehörigen Faserlage möglich ist.If the semi-finished fiber comprises more than one fiber layer, it may be useful to provide separate X-ray contrast elements in each fiber layer in order to indicate the orientation or position of the respective fiber layer. Preferably, the X-ray contrast elements are arranged or configured such that an unambiguous identification of the respective X-ray contrast element or the associated fiber layer is possible in an X-ray image.

Vorzugsweise umfasst das mindestens eine Röntgenkontrastelement ein in einer Röntgenaufnahme bezüglich der mindestens einen Faserlage kontrastgebendes Material, insbesondere Metall und/oder Glas.Preferably, the at least one X-ray contrast element comprises a contrasting in an X-ray image with respect to the at least one fiber layer material, in particular metal and / or glass.

Dies ist derart zu verstehen, dass das oder die Röntgenkontrastelemente aus einem Material bestehen, welches derart auf das Material der Faserlage abgestimmt ist, dass das Röntgenkontrastelement sich in ausreichender Weise erkennbar von der eigentlichen Faserlage unterscheiden lässt. Dies wird bei den vorgeschlagenen Materialien durch unterschiedliche Absorptionswerte in Bezug auf das nachfolgend noch erläuterte Fasermaterial erzielt.This is to be understood such that the one or more X-ray contrast elements consist of a material which is matched to the material of the fiber layer in such a way that the X-ray contrast element can be sufficiently distinguished from the actual fiber layer. This is achieved in the proposed materials by different absorption values with respect to the fiber material explained below.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Röntgenkontrastelement ein längserstrecktes Element, insbesondere ein Metalldraht und/oder eine Glasfaser. Vorzugsweise ist die Längserstreckung derart ausgerichtet, dass diese parallel zur Faserrichtung verläuft und diese somit in den Röntgenaufnahmen anzeigt. Alternativ kann jedoch auch eine andere Orientierung des längserstreckten Elements vorgesehen sein. Insbesondere ist alternativ zur parallelen auch eine im Wesentlichen senkrecht zu der Faserrichtung orientierte Ausrichtung möglich. Beispielsweise kann bei der Herstellung des Faserhalbzeugs ein längserstrecktes Röntgenkontrastelement pro Faserstrang zum Anzeigen seiner Ausrichtung bzw. Position innerhalb des Faserverbundbauteils eingesetzt werden. Selbstverständlich können auch mehr als ein Röntgenkontrastelement vorgesehen werden.According to a preferred embodiment, the at least one X-ray contrast element is an elongate element, in particular a metal wire and / or a glass fiber. Preferably, the longitudinal extent is oriented such that it runs parallel to the fiber direction and thus indicates this in the X-ray images. Alternatively, however, a different orientation of the elongate element may be provided. In particular, an orientation oriented substantially perpendicular to the fiber direction is also possible as an alternative to the parallel. For example, in the manufacture of the semi-finished fiber product, a longitudinally stretched X-ray contrast element per fiber strand can be used to indicate its orientation or position within the fiber composite component. Of course, more than one X-ray contrast element can be provided.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform umfasst die mindestens eine Faserlage ein Gewebe, Gelege und/oder eine Fasermatte aus Glasfasern, Kohlefasern und/oder Aramidfasern. Selbstverständlich sind ebenso andere Faserarten möglich, die zum Verstärken eines Bauteils einsetzbar sind, wie beispielsweise Kunststoff- oder Naturfasern.According to a further embodiment, the at least one fiber layer comprises a woven fabric, scrim and / or a fiber mat of glass fibers, carbon fibers and / or aramid fibers. Of course, other types of fibers are also possible, which can be used to reinforce a component, such as plastic or natural fibers.

Das Faserhalbzeug kann somit auf unterschiedliche Art und Weise erstellt sein und unterschiedliches Fasermaterial umfassen. Entscheidend ist hierbei die bereits angesprochene Orientierung des mindestens einen Röntgenkontrastelements, welches bereits bei einer Herstellung des Faserhalbzeugs eingearbeitet, insbesondere eingewoben, oder in ein bereits erstelltes Faserhalbzeug nachträglich eingearbeitet werden kann.The semi-finished fiber can thus be created in different ways and include different fiber material. Decisive here is the already mentioned orientation of the at least one X-ray contrast element, which already incorporated in a production of the semifinished fiber, in particular woven, or can be incorporated later in an already created semi-finished fiber product.

Des Weiteren wird ein Faserverbundbauteil mit mindestens einem Faserhalbzeug vorgeschlagen, wobei das Faserhalbzeug gemäß der gegebenen Beschreibung ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass das vorgeschlagene Faserhalbzeug weiterverarbeitet wird, insbesondere durch eine Formgebung bzw. einen Umformungsvorgang, um hieraus das genannte Faserverbundbauteil in der gewünschten Form zu erzeugen bzw. bereitzustellen. Hierbei kann je nach Herstellungsverfahren das Faserhalbzeug bereits mit einer Matrix imprägniert oder noch zu imprägnieren sein und anschließend zum fertig geformten Faserverbundbauteil mit einer dreidimensionalen Struktur ausgehärtet werden.Furthermore, a fiber composite component is proposed with at least one semi-finished fiber product, wherein the semi-finished fiber product is formed according to the given description. This means that the proposed semi-finished fiber product is further processed, in particular by a shaping or a forming process, in order to produce or provide said fiber composite component in the desired form. Depending on the manufacturing process, the semifinished fiber product may already be impregnated or impregnated with a matrix and then cured to form a fully formed fiber composite component having a three-dimensional structure.

Dieses kann im Anschluss daran mittels des nachfolgend beschriebenen Verfahrens zerstörungsfrei und mit besonders hoher Erkennungsmöglichkeit fehlerhafter Stellen überprüft werden:
Demnach wird ein Verfahren zum Prüfen eines Lagenaufbaus von Faserverbundbauteilen mit den folgenden Schritten vorgeschlagen:

  • – Bereitstellen eines Faserverbundbauteils gemäß der gegebenen Beschreibung,
  • – Mindestens abschnittsweises Röntgen des Faserverbundbauteils zum Erstellen mindestens einer Röntgenaufnahme,
  • – Identifizieren einer Position des mindestens einen Röntgenkontrastelements in der mindestens einen erstellten Röntgenaufnahme,
  • – Validieren der identifizierten Position des mindestens einen Röntgenkontrastelements zum Bestimmen mindestens einer Faserausrichtung der mindestens einen Faserlage.
This can then be checked non-destructively by means of the method described below and with a particularly high possibility of detecting faulty locations:
Accordingly, a method for testing a ply construction of fiber composite components is proposed with the following steps:
  • Providing a fiber composite component according to the given description,
  • At least partially X-ray of the fiber composite component for producing at least one X-ray image,
  • Identifying a position of the at least one X-ray contrast element in the at least one created X-ray image,
  • - Validating the identified position of the at least one X-ray contrast element for determining at least one fiber orientation of the at least one fiber layer.

Es kann somit mittels des beschriebenen Verfahrens das bereits beschriebene Faserverbundteil, welches aus dem ebenfalls beschriebenen Faserhalbzeug hergestellt wurde, geröntgt werden, um eine oder mehrere Röntgenaufnahmen zu gewinnen, und somit in das Innere des Bauteils zu „sehen”. Das bzw. die Röntgenkontrastelemente zeichnen sich vorzugsweise in den Röntgenaufnahmen derart ab, dass in einem Validierungsschritt im Anschluss daran geprüft werden kann, ob die mittels des mindestens einen Röntgenkontrastelements angezeigte Faserausrichtung der mindestens einen Faserlage vordefinierten Vorgaben entspricht, oder ob während des Herstellungsprozesses eine fehlerhafte Bauteilstelle, beispielsweise durch eine Verschiebung der Faserlage, erzeugt wurde.It can thus be X-rayed by means of the described method, the fiber composite part already described, which was produced from the semi-finished fiber product also described in order to obtain one or more X-ray images, and thus "see" in the interior of the component. The X-ray contrast elements are preferably distinguished in the X-ray images in such a way that it can be checked in a validation step whether the fiber orientation of the at least one fiber layer indicated by the at least one X-ray contrast element corresponds to predefined specifications, or if a faulty component location occurs during the production process , For example, by a shift of the fiber layer was generated.

Das beschriebene Verfahren ermöglicht auf diese Weise nicht nur die Identifizierung von Fehlstellen, sondern auch deren Beurteilung. Anhand der identifizierten Position des bzw. der Röntgenkontrastelemente kann auch der Umfang einer fehlerhaften Faserausrichtung beurteilt werden. Es kann somit festgelegt werden, welche Verschiebungen bzw. welcher Grad von Fehlstellungen noch akzeptiert werden kann und welche nicht.The method described in this way not only enables the identification of defects, but also their assessment. On the basis of the identified position of the X-ray contrast elements or the extent of a faulty fiber alignment can be assessed. It can thus be determined which shifts or which degree of misalignments can still be accepted and which are not.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens des Faserverbundbauteils ein Einbringen mindestens eines Röntgenkontrastelements in mindestens ein Faserhalbzeug und ein Herstellen eines Faserverbundbauteils aus dem mindestens einen Faserhalbzeug, insbesondere ein Umformen eines Faserhalbzeugs. Dies bedeutet, dass das Prüfungsverfahren zusätzlich noch Schritte eines Herstellungsverfahrens umfasst, die bereits vorab mit Bezug auf das Faserhalbzeug bzw. das Faserverbundbauteil beschrieben wurden.According to one embodiment, the step of providing the fiber composite component comprises introducing at least one X-ray contrast element into at least one semi-finished fiber product and producing a fiber composite component from the at least one semifinished fiber product, in particular a reshaping of a semi-finished fiber product. This means that the test method additionally comprises steps of a production method which have already been described in advance with reference to the semifinished fiber product or the fiber composite component.

Beispielsweise kann der Schritt des Bereitstellens des Faserverbundbauteils mittels Handlegeverfahren, Vakuumpressen, Vorimprägnieren von Faserhalbzeugen, Vakuum-Infusionsverfahren, insbesondere Resin-Transfer-Moulding (RTM) oder Single Line Injection (SLI), und/oder Nasspressen erfolgen. Demnach kann das Faserverbundbauteil mittels verschiedener Herstellungsverfahren hergestellt sein. Entscheidend ist dabei jedoch, dass das Röntgenkontrastelement eingebracht wurde bzw. wird. Das verwendete Herstellungsverfahren hat je nach Durchführung insbesondere Einfluss auf eine Fehlerwahrscheinlichkeit.For example, the step of providing the fiber composite component by means of hand-laying, vacuum pressing, preimpregnation of semi-finished fiber products, vacuum infusion, in particular resin transfer molding (RTM) or single line injection (SLI), and / or wet pressing done. Accordingly, the fiber composite component can be produced by means of various manufacturing methods. It is crucial, however, that the X-ray contrast element has been introduced or will. Depending on the implementation, the manufacturing method used has a particular influence on a probability of error.

Es kann somit ein Prüfverfahren bereitgestellt werden, welches mittels Röntgen, hierzu sind unter anderem auch sogenannte Computer-Tomographie-Verfahren (kurz: CT) zu zählen, durchführbar ist, so dass die untersuchten Bauteile zerstörungsfrei insbesondere über alle Faserschichten hinweg geprüft werden können. Das Verfahren ist schnell einsetzbar und ermöglicht aufgrund einer nahezu sofortigen Verfügbarkeit der erzeugten Röntgenaufnahmen eine schnelle Beurteilung des untersuchten Bauteils, so dass das Verfahren nicht nur „offline” in einem Labor an Einzelstücken sondern ebenso in einer Produktionslinie „inline” an den tatsächlich zu verbauenden Serienbauteilen erfolgen kann.It is thus possible to provide a test method which can be carried out by means of X-raying, which also includes so-called computer tomography methods (CT), so that the examined components can be tested non-destructively, in particular over all fiber layers. The method can be used quickly and, due to the almost immediate availability of the generated X-ray images, enables a fast assessment of the examined component, so that the method is not only "offline" in a laboratory on individual pieces but also in a production line "inline" on the series components actually to be installed can be done.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the drawings.

1 zeigt einen schematischen Ablauf einer möglichen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und 1 shows a schematic sequence of a possible embodiment of a method according to the invention, and

2 zeigt ein Röntgenbild eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils mit einer Anzahl von Röntgenkontrastelementen. 2 shows an X-ray image of a section of a fiber composite component according to the invention with a number of X-ray contrast elements.

1 zeigt einen schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Prüfen eines Lagenaufbaus von Faserverbundbauteilen gemäß einer möglichen Ausführungsform mit den folgenden Schritten:

  • a.) Bereitstellen 11 eines Faserverbundbauteils. Dieses kann mindestens ein Faserhalbzeug mit mindestens einer Faserlage umfassen, wobei das Faserhalbzeug mindestens ein Röntgenkontrastelement zum Anzeigen mindestens einer Faserausrichtung der mindestens einen Faserlage in dem bereitgestellten Faserverbundbauteil umfasst. Das mindestens eine Röntgenkontrastelement kann beispielsweise als Metalldraht oder Glasfaser ausgebildet sein und in die mindestens eine Faserlage eingearbeitet sein. Vorzugsweise umfasst das Faserverbundbauteil selbstverständlich mehrere Faserlagen, die jeweils mehrere Röntgenkontrastelemente aufweisen. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass eine Dichte an Röntgenkontrastelementen nicht derart hoch ist, dass eine signifikante Schwächung des Faserverbundbauteils erfolgt. Die mindestens eine Faserlage umfasst beispielsweise ein Gewebe, Gelege und/oder eine Fasermatte aus Glasfaser, Kohlefaser und/oder Aramidfaser. Als weiteren Schritt umfasst das Verfahren ein:
  • b.) Mindestens abschnittsweises Röntgen 12 des Faserverbundbauteils zum Erstellen mindestens einer Röntgenaufnahme, und ein
  • c.) Identifizieren 13 einer Position des mindestens einen Röntgenkontrastelements in der mindestens einen erstellten Röntgenaufnahme, sowie ein anschließendes
  • d.) Validieren 14 der identifizierten Position des mindestens einen Röntgenkontrastelements zum Bestimmen 15 mindestens einer Faserausrichtung der mindestens einen Faserlage.
1 shows a schematic sequence of the method according to the invention for testing a layer structure of fiber composite components according to a possible embodiment with the following steps:
  • a.) Provide 11 a fiber composite component. This may comprise at least one semi-finished fiber product with at least one fiber layer, wherein the semi-finished fiber product comprises at least one X-ray contrast element for displaying at least one fiber orientation of the at least one fiber layer in the provided fiber composite component. The at least one X-ray contrast element may be formed, for example, as a metal wire or glass fiber and be incorporated into the at least one fiber layer. Of course, the fiber composite component preferably comprises a plurality of fiber layers, each having a plurality of X-ray contrast elements. In this case, however, care must be taken that a density of X-ray contrast elements is not so high that a significant weakening of the fiber composite component takes place. The at least one fiber layer comprises, for example, a woven fabric, scrim and / or a fiber mat of glass fiber, carbon fiber and / or aramid fiber. As a further step, the method comprises:
  • b.) At least partially X-ray 12 of the fiber composite component for creating at least one x-ray image, and a
  • c.) Identify 13 a position of the at least one X-ray contrast element in the at least one created X-ray image, and a subsequent
  • d.) Validate 14 the identified position of the at least one X-ray contrast element for determining 15 at least one fiber orientation of the at least one fiber layer.

Auf diese Weise kann ermittelt werden, ob die Faserausrichtung bzw. die Faserlage erwartungsgemäß vorliegt, oder ob aufgrund des Herstellungsprozesses des Faserverbundbauteils eine unerwünschte Veränderung, beispielsweise durch eine Faserverschiebung, erfolgt ist, die eine Gefahr für eine Festigkeit des Faserverbundbauteils darstellen könnte. Das beschriebene Verfahren ermöglicht somit nicht nur die Identifizierung von Fehlstellen, sondern auch deren Beurteilung. Es kann somit festgelegt werden, welche Verschiebungen bzw. welcher Grad von Fehlstellungen noch akzeptiert werden kann und welche nicht. Entsprechend erfolgt eine Entscheidung 16, ob das Bauteil verwendet werden kann 17 oder aussortiert werden muss 18.In this way it can be determined whether the fiber orientation or the fiber layer is expected to be present, or whether due to the manufacturing process of the fiber composite component an undesirable change, for example by a fiber shift, has occurred, which could pose a threat to a strength of the fiber composite component. The described method thus not only enables the identification of defects, but also their assessment. It can thus be determined which shifts or which degree of misalignments can still be accepted and which are not. Accordingly, a decision is made 16 whether the component can be used 17 or to be sorted out 18 ,

2 zeigt ein Röntgenbild eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen dreidimensional geformten Faserverbundbauteils 20 mit einer Anzahl von Röntgenkontrastelementen 21. Die Röntgenkontrastelemente 21 sind parallel zu einer Faserstruktur (nicht sichtbar) ausgerichtet und zeigen somit deren Verlauf entlang der angedeuteten dreidimensionalen Struktur des Faserverbundbauteils 20 an. Die erkennbare parallele Anordnung der Röntgenkontrastelemente 21, beispielsweise im Bereich A, lässt einen fehlerfreien Verlauf der Faserstruktur bzw. eine korrekte Ausrichtung der Faserschichten des Faserverbundbauteils 20 erkennen. Da mehrere Faserschichten mit verschiedener Ausrichtung übereinander angeordnet sind, verlaufen die entsprechenden Röntgenkontrastelemente 21 verschiedener Schichten in unterschiedlichen Richtungen zueinander und sind daher je nach Struktur des Faserverbundbauteils gekreuzt zueinander angeordnet. 2 shows an X-ray image of a section of a three-dimensionally shaped fiber composite component according to the invention 20 with a number of X-ray contrast elements 21 , The X-ray contrast elements 21 are aligned parallel to a fiber structure (not visible) and thus show their course along the indicated three-dimensional structure of the fiber composite component 20 at. The recognizable parallel arrangement of the X-ray contrast elements 21 , for example in the region A, allows a fault-free course of the fiber structure or a correct orientation of the fiber layers of the fiber composite component 20 detect. Since several layers of fiber with different orientation are arranged one above the other, the corresponding X-ray contrast elements run 21 different layers in different directions to each other and are therefore crossed depending on the structure of the fiber composite component to each other.

Im Gegensatz zu der homogenen bzw. geordneten Anordnung der Röntgenkontrastelemente 21 im Bereich A, ist im Bereich B ein inhomogener bzw. „turbulenter” Verlauf der Röntgenkontrastelemente 21 erkennbar. Dies bedeutet, dass die zugehörige Ausrichtung der entsprechenden Faserlage(n) einen entsprechend inhomogenen Verlauf aufweisen. Es kann auf Grundlage dieses identifizierten Verlaufs entschieden werden, ob eine ausreichende Bauteilfestigkeit vorliegt und das Bauteil somit verbaubar ist, oder ob eine Festigkeit nicht garantiert werden kann, so dass das Bauteil nicht einsetzbar wäre. In gleicher Weise könnten ebenso Faserbrüche (nicht dargestellt) erkannt werden.In contrast to the homogeneous or ordered arrangement of the X-ray contrast elements 21 in area A, area B is an inhomogeneous or "turbulent" course of the X-ray contrast elements 21 recognizable. This means that the associated orientation of the corresponding fiber layer (s) have a corresponding inhomogeneous course. It can be decided on the basis of this identified course, whether there is sufficient component strength and thus the component is buildable, or whether a strength can not be guaranteed, so that the component would not be used. In the same way, fiber breaks (not shown) could also be detected.

Claims (8)

Faserhalbzeug zur Herstellung von Faserverbundbauteilen, mit – mindestens einer Faserlage dadurch gekennzeichnet, dass das Faserhalbzeug mindestens ein zusätzliches Röntgenkontrastelement zum Anzeigen mindestens einer Faserausrichtung der mindestens einen Faserlage umfasst.Semi-finished fiber for the production of fiber composite components, with - at least one fiber layer, characterized in that the semifinished fiber comprises at least one additional X-ray contrast element for displaying at least one fiber orientation of the at least one fiber layer. Faserhalbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Röntgenkontrastelement ein in einer Röntgenaufnahme bezüglich der mindestens einen Faserlage kontrastgebendes Material, insbesondere Metall und/oder Glas, umfasst.A semi-finished fiber product according to claim 1, characterized in that the at least one X-ray contrast element comprises a contrasting in an X-ray image with respect to the at least one fiber layer material, in particular metal and / or glass. Faserhalbzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Röntgenkontrastelement ein längserstrecktes Element, insbesondere ein Metalldraht und/oder eine Glasfaser, ist.Semi-finished fiber product according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one X-ray contrast element is an elongated element, in particular a metal wire and / or a glass fiber. Faserhalbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Faserlage ein Gewebe, Gelege und/oder eine Fasermatte aus Glasfasern, Kohlefasern und/oder Aramidfasern umfasst.Semi-finished fiber product according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one fiber layer comprises a woven fabric, scrim and / or a fiber mat of glass fibers, carbon fibers and / or aramid fibers. Faserverbundbauteil mit mindestens einem Faserhalbzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserhalbzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildet ist.Fiber composite component with at least one semi-finished fiber product, characterized in that the semi-finished fiber product is formed according to one of claims 1 to 4. Verfahren zum Prüfen eines Lagenaufbaus von Faserverbundbauteilen mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Faserverbundbauteils gemäß Anspruch 5, – Mindestens abschnittsweises Röntgen des Faserverbundbauteils zum Erstellen mindestens einer Röntgenaufnahme, – Identifizieren einer Position des mindestens einen Röntgenkontrastelements in der mindestens einen erstellten Röntgenaufnahme, – Validieren der identifizierten Position des mindestens einen Röntgenkontrastelements zum Bestimmen mindestens einer Faserausrichtung der mindestens einen Faserlage.Method for testing a layer structure of fiber composite components with the following steps: Providing a fiber composite component according to claim 5, At least partially X-ray of the fiber composite component for producing at least one X-ray image, Identifying a position of the at least one X-ray contrast element in the at least one created X-ray image, - Validating the identified position of the at least one X-ray contrast element for determining at least one fiber orientation of the at least one fiber layer. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bereitstellens ein Einbringen mindestens eines Röntgenkontrastelements in mindestens ein Faserhalbzeug und ein Herstellen eines Faserverbundbauteils aus dem mindestens einen Faserhalbzeug, insbesondere ein Umformen eines Faserhalbzeugs, umfasst.A method according to claim 6, characterized in that the step of providing an introduction of at least one X-ray contrast element in at least one semifinished fiber product and producing a fiber composite component from the at least one semifinished fiber product, in particular a forming of a semifinished fiber product comprises. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bereitstellens des Faserverbundbauteils mittels Handlegeverfahren, Vakuumpressen, Vorimprägnieren von Faserhalbzeugen, Vakuum-Infusionsverfahren, insbesondere Resin-Transfer-Moulding (RTM) oder Single Line Injection (SLI), und/oder Nasspressen erfolgt.A method according to claim 6 or 7, characterized in that the step of providing the fiber composite component by means of hand-laying method, vacuum presses, pre-impregnation of semifinished fiber products, vacuum infusion method, in particular Resin Transfer Molding (RTM) or Single Line Injection (SLI), and / or wet pressing takes place.
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