DE102011112228A1

DE102011112228A1 - Verfahren zur Rissprüfung

Info

Publication number: DE102011112228A1
Application number: DE102011112228A
Authority: DE
Inventors: Martin Wolf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2013-03-07

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Verfahren zur Rissprüfung, Risswachstumsüberwachung und Rissortung von oberflächlichen Rissen in dynamisch belasteten Bauteilen, die zumindest teilweise aus faserverstärktem Kunststoff bestehen, wie z. B. Rotorblätter, Flugzeugbauteile etc. Die Überwachung wird während des Betriebs durchgeführt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Verfahren zur Rissprüfung, Risswachstumsüberwachung und Rissortung von oberflächlichen Rissen in dynamisch belasteten Bauteilen, die zumindest teilweise aus Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) bestehen, wie z. B. Rotorblätter, Flugzeugbauteile etc. Die Überwachung wird während des Betriebs durchgeführt. Das Verfahren setzt voraus, dass dem Bauteil wenigstens ein System von leitenden Strukturen aus geeignetem Material integriert ist. Die Leiter sind bei intaktem Bauteil von einander elektrisch isoliert. Es kann sich dabei um auf die Oberfläche aufgebrachte Leiter (10) handeln die von nichtleitendem Lack (100) eingeschlossen sind, oder um Leiter (20) die in nicht leitendes Material (110) eingebettet (20) sind oder eine Kombination von beidem. Eben so kann wenigstens ein externer Leiter (30) benutz werden. Bei Bauteilen die aus einer Kombination von FKV und Metall (z. B. Glare) bestehen, können zum Bauteil gehörende Metallteile als Leiter (40) herangezogen werden. Häufig ist bei Bauteilen die Richtung der dominierenden Hauptachse der dynamischen Zugspannung (S1) bekannt. In diesem Fall ist das Leitersystem in einem möglichst kleinen Winkel oder parallel zu S1 anzubringen, da Risse bevorzugt senkrecht zu S1 entstehen. Ein durch den Gebrauch des Bauteils entstandener oberflächlicher Riss (C1, C2, C3) ermöglicht die gemeinsame Benetzung von mindestens zwei Leitern. Durch Benetzen mit leitender Flüssigkeit (Meerwasser, Süßwasser, Regenwasser, Waschlauge, Tau, Zwangsbewässerung, etc.) kommt es zu einer Änderung des elektrischen Widerstands zwischen beteiligten Leitern. Die Leiter sind somit elektrisch verbunden. Durch systematisches Auswerten der Änderung des elektrischen Widerstands an beteiligten Leitern des benetzten Bauteils, ist die Entstehung und das Wachstum von Rissen in Breite und Tiefe über die Zeit detektierbar.
Soll ermöglicht werden den Ort der Rissbildung ebenfalls festzustellen, so ist das möglich, in dem beliebig viele von einander getrennte Leitersysteme (Sys. 1 bis Sys. N) entlang eines Bauteils (4) im zu überwachenden Bereich eingebracht werden. Bei nicht geradlinig verlaufenden Bauteilen ist die Anordnung entsprechend anzupassen. Befinden sich in einem nicht leitenden Material leitende Zusätze (50) (z. B. wie in Kunststoffen mit Kohlefasern) oder besteht ein Bauteil teilweise aus leitendem (60) und nicht leitendem Material (110) (wie z. B. Glare) so ist es nötig die Leiter (70) mit einer geeigneten Isolation (80) (z. B.: Glasseide, perforierten Kunststoffmantel etc.) zu umgeben. Die Isolation muss gewährleisten, dass die Leiter im rissfreien Ausgangszustand elektrisch nicht verbunden sind. Bei Rissbildung muss die Ummantelung den Weg für leitende Flüssigkeit freigeben.
Stand der Technik:
Bei Fernwärmerohren die aus Mediumrohr, Isolierung und Mantelrohr bestehen ist es üblich ähnliche Leitersysteme wie hier Beschrieben, zwischen Medium- und Mantelrohr einzubringen. Zweck ist es Leckagen im Medium- und/oder Mantelrohr anzeigen zu können und den Schaden zu orten ( DE4124640 ). Die hier beschriebene Methode nutzt ähnlich den Effekt der Änderung des elektrischen Widerstandes allerdings für eine völlig andere Aufgabe.
Es sind unterschiedliche Methoden bekannt um eine Riss- oder Schadensüberwachung in tragenden Bauteilen durchzuführen. Eine Methode basiert auf das Ein oder Anbringen von stromdurchflossenen Leitern. Bei Rissbildung erleiden diese einen Leiterbruch. Das Ende des Stromflusses ist detektierbar ( DE 3112183 , DE 2538757 und US 7,621,193 ).
Ähnliches gibt es mit Lichtwellenleitern (LWL) die durch Bruch den Verlust des Lichtsignals erkennen lassen, wie in DE 3111858 beschreiben. In EP 1350084 werden LWL mit Fieber-Bragg-Sensoren eingebetet. Die Methode erlaubt so auch die ungefähre Ortung des Schadens. Diese drei Methoden benötigen eine geschlossene Leiterschleife. Dies erschwert im Vergleich zum hier beschriebenen Verfahren den Einsatz in der Praxis erheblich, da die Einbringung in ein praxisrelevantes Bauteil dadurch sehr kompliziert wird. Bei der in DE 3112183 beschriebenen Methode beschränkt man sich häufig auf den Einsatz in Probekörpern. Bei DE 2538757 und US 7,621,193 werden Leiter nachträglich äußerlich angebracht. Die hier beschriebene Methode zeichnet sich so durch ihre Einfachheit bei der Verarbeitung aus, da Leiter eingebracht werden die an definierter Stelle enden. Zusätzlich bedeutet das Auftreten eines Risses nicht zwangsläufig die Zerstörung des Leiters und so die erfolgreiche Detektierung. Beim Auftreten eines oberflächlichen Risses an einem mit leitender Flüssigkeit benetzten Bauteils, der zwei Leiter verbindet, ist bei der hier beschriebenen Methode sofort eine Detektierung möglich. Die hier beschriebene Methode bezieht sich vor allem auf FKV-Teile die auch aerodynamischen Ansprüchen genügen müssen. Die Vorgehnsweise wie in DE 2538757 und US 7,621,193 mit außen angebrachten Leitern ist bei derartigen Bauteilen nicht akzeptabel, da außen angebrachte Leiter die Fluidströmung stören. Bei der hier beschriebenen Methode kann dies vermieden werden.
In der in DE 10259680 beschriebenen Methode misst man die Spannung durch in ein Bauteil eingebrachte Drähte, die durch Dehnung ihren elektrischen Widerstand ändern. Die Methode hat den Nachteil, dass die Entstehung von Schäden durch die Auswertung der aufgetretenen Spannungen nur sehr unzureichend vorhersagbar ist. Dies ist besonders der Fall, falls die auftretenden Spannungen in ihrer Amplitude stark variieren.
Zusammenfassend ist zu sagen, die hier beschriebene Methode zeichnet sich durch ihre Einfachheit beim Einbringen der Leiter in praxisrelevante Bauteile aus. Zusätzlich ist sofort eine Detektierung von oberflächlichen Rissen möglich, an Bauteilen an denen mindestens zwei Leitern elektrisch verbindend benetzt sind. Darüber hinaus ist die Methode geeignet hohe aerodynamische Ansprüche an die Oberflächenbeschaffenheit zu erfüllen. Dies alles zusammen bietet in der Praxis deutliche Vorteile gegen über anderen Methoden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4124640 [0003]
DE 3112183 [0004, 0005]
DE 2538757 [0004, 0005, 0005]
US 7621193 [0004, 0005, 0005]
DE 3111858 [0005]
EP 1350084 [0005]
DE 10259680 [0006]

Claims

Verfahren zur zeitlichen und/oder flächenmäßigen Erfassung von Rissen in Bauteilen die wenigstens teilweise aus Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) bestehen, mittels einer Anzahl von elektrischen Leitern, welche innerhalb des FKV und/oder auf der Oberfläche in definierter Weise elektrisch isoliert zu einander angeordnet und mit dem Material fest verbunden sind und deren elektrischer Widerstand zu einander gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektierung von Rissen durch benetzen des Bauteils mit leitender Flüssigkeit ermöglicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektierung durch das Ansprechen eines geeigneten Feuchtigkeitssensors gestartet und gestoppt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektierung von Hand gestartet und gestoppt wird oder dauernd läuft.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in das Bauteil integrierte Leiter (10, 20) die durch einen oberflächlichen Riss (C1) verbunden sind, eine erfassbare Änderung des elektrischen Widerstandes erfahren, wie in 1 dargestellt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in das Bauteil integrierte Leiter (10, 20) die einen oberflächlichen Riss (C2) berühren zu einem externen Leiter (30) eine erfassbare Änderung des elektrischen Widerstandes erfahren.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in das Bauteil integrierte Leiter (70) die einen oberflächlichen Riss (C3) berühren zu einem leitenden Teil des Bauteils (40) eine erfassbare Änderung des elektrischen Widerstandes erfahren, wie in 3 dargestellt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einbringen mehrerer elektrisch voneinander isolierter Leitersysteme (Sys. 1 bis Sys. N) in geeigneter Art und Weise die Ortung der Risse möglich ist, wie in 4 dargestellt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch ummanteln der Leiter mit Glasseide oder perforiertem Kunststoffmantel etc. die Methode in kohlefaserverstärktem Kunststoff und in Metall-FKV-Verbund (5) einsetzbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Veränderung des elektrischen Widerstandes chronologisch in einer elektrischen Speichereinrichtung erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten von der elektrischen Speichereinrichtung an eine elektrischen Steuervorrichtung (ESV) weitergegeben werden. In der ESV wird die flächenmäßige Ausbreitung und der Ort der Risse bewertet. Dies ermöglicht die Ausgabe von Warnungen oder Alarmen für die Anlage deren Bestandteil das Bauteil ist. Ebenso kann die automatische Anpassung von Betriebsparametern bis hin zur automatischen Außerbetriebname der Anlage geschehen.