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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Erfassen von Schäden an einem aus Faserverbundwerkstoff hergestellten Bauteil, insbesondere Fahrzeugbauteil.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Bauteil, insbesondere Fahrzeugbauteil, aus einem Faserverbundwerkstoff.
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Es ist bekannt, Fahrzeugbauteile, die aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt sind, auf Schäden im Rahmen einer Sichtkontrolle zu prüfen. Hierbei werden solche Fahrzeugbauteile folglich von einem Prüfpersonal lediglich von außen betrachtet. Hat ein aus einem Faserverbundwerkstoff gebildetes Fahrzeugbauteil eine sichtbare äußere Beschädigung, muss es als Ganzes oder abschnittweise ausgetauscht werden. Hat ein solches Fahrzeugbauteil keine sichtbare äußere Beschädigung, gilt das Fahrzeugbauteil als funktionsfähig.
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Bei der herkömmlichen Sichtkontrolle eines Fahrzeugbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff ist es nur schwer oder gar nicht von einem Prüfpersonal zu beurteilen, ob und in welchem Maße und an welcher Stelle das Fahrzeugbauteil eine innerliche Beschädigung aufweist, auch dann, wenn an dem Fahrzeugbauteil keine, kleine oder sehr kleine sichtbare äußere Beschädigungen vorhanden sind. Es besteht daher die Gefahr, dass innerlich beschädigte Fahrzeugbauteile nicht ausgetauscht werden. Hieraus können sich Gefährdungen für einen Nutzer eines mit einem Fahrzeugbauteil aus einem Faserverbundwerkstoff ausgestatteten Fahrzeugs ergeben. Auch können aus nicht erkannten Beschädigungen an Fahrzeugbauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff Regressforderungen von Nutzern an Fahrzeughersteller entstehen. Auf der anderen Seite steigen Servicekosten immens, wenn aufgrund der mangelnden Erfassbarkeit des Ausmaßes von innerlichen Beschädigungen an Fahrzeugbauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff ein großzügiger Austausch von Fahrzeugbauteilen im Servicefall erfolgt, wenn also beispielsweise ein Fahrzeugbauteil vollständig ausgetauscht wird, obwohl ein abschnittweiser Austausch des Fahrzeugbauteils ausreichend wäre. Ferner kann die herkömmlich mangelnde Erfassbarkeit von innerlichen Beschädigungen an Fahrzeugbauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem Image-Schaden für einen Fahrzeughersteller und mit einer Verärgerung und Verunsicherung von Nutzern von entsprechend ausgestatteten Fahrzeugen einhergehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Erfassung insbesondere von innerlichen Beschädigungen an einem Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1, ein System mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 6 und ein Bauteil mit den Merkmalen gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben, welche jeweils für sich genommen oder in verschiedener Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Mit Patentanspruch 1 wird ein Verfahren zum Erfassen von Schäden an einem aus Faserverbundwerkstoff gebildeten Bauteil, insbesondere Fahrzeugbauteil, vorgeschlagen, aufweisend die Schritte:
- – Anordnen von wenigstens einem Lichtwellenleiter in dem Bauteil, der-art, dass wenigstens ein Ende des Lichtwellenleiters von außen zugänglich oder zugänglich machbar an dem fertigen Bauteil angeordnet ist;
- – Einkoppeln von wenigstens einem Lichtimpuls über das an dem Bauteil von außen zugänglich angeordnete bzw. zugänglich gemachte Ende des Lichtwellenleiters in den Lichtwellenleiter; und
- – Erfassen und Auswerten eines aus dem zugänglich angeordneten bzw. zugänglich gemachten Ende oder einem anderen an dem Bauteil von außen zugänglich oder zugänglich machbar angeordneten Ende des Lichtwellenleiters aus dem Lichtwellenleiter austretenden Lichts.
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Erfindungsgemäß wird wenigstens ein Lichtwellenleiter in ein Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff integriert und als faseroptischer Sensor verwendet.
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Um wenigstens einen Lichtimpuls in den Lichtwellenleiter einkoppeln zu können, ist der Lichtwellenleiter derart in dem Bauteil angeordnet, dass wenigstens ein Ende des Lichtwellenleiters von außen zugänglich oder zugänglich machbar an dem fertigen Bauteil angeordnet ist. Dass dieses Ende zugänglich oder zugänglich machbar an dem fertigen Bauteil angeordnet ist, soll bedeuten, dass es körperlich und optisch zugänglich bzw. zugänglich machbar an dem fertigen Bauteil angeordnet ist. Das Ende kann derart zugänglich oder zugänglich machbar angeordnet sein, dass es mit einem optischen Adapter verbindbar ist, über den zumindest der Lichtimpuls in den Wellenleiter einkoppelbar ist.
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Der Lichtwellenleiter kann als handelsübliche Glasfaser ausgebildet sein. Der Lichtimpuls ist vorzugsweise ein Laser-Lichtimpuls. Im Rahmen der Erfindung soll unter dem Begriff „Licht” generell elektromagnetische Strahlung verstanden werden, deren Frequenz innerhalb oder auch außerhalb des Spektrums von sichtbarem Licht liegen kann.
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Weist das Bauteil eine Beschädigung auf, hat dies einen körperlichen Einfluss auf den in der Umgebung der Beschädigung angeordneten Lichtwellenleiter, der beispielsweise zu einer Dehnung, Stauchung oder Unterbrechung des Lichtwellenleiters führen kann. Der in den Lichtwellenleiter eingekoppelte Lichtimpuls kann an einer entsprechenden Dehnung, Stauchung oder Unterbrechung beeinflusst, beispielsweise wenigstens teilweise reflektiert, werden. Die heraus resultierende Veränderung des Lichtimpulses wird über die Erfassung eines aus dem zugänglich angeordneten bzw. zugänglich gemachten Ende oder einem anderen an dem Bauteil von außen zugänglich oder zugänglich machbar angeordneten Ende des Lichtwellenleiters aus dem Lichtwellenleiter austretenden Lichts erfassbar und auswertbar. Hierdurch kann millimetergenau über die gesamte Länge des Lichtwellenleiters eine plastische Verformung (Dehnung, Stauchung) des Lichtwellenleiters bzw. des ihn umgebenden Bauteils als auch eine starke mechanische Beschädigung an dem Lichtwellenleiter bzw. dem ihn umgebenden Bauteil in Form einer Unterbrechung erfasst werden.
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Im Rahmen der Erfindung können auch beide Enden des Lichtwellenleiters zugänglich oder zugänglich machbar an dem fertigen Bauteil angeordnet sein. Das aus dem Lichtwellenleiter austretende Licht kann aus demselben Ende des Lichtwellenleiters austreten, in das der Lichtimpuls eingekoppelt worden ist, oder es kann aus dem jeweils anderen Ende des Lichtwellenleiters austreten.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um ein zerstörungsfreies Prüfverfahren für Bauteile aus einem Faserverbundwerkstoff. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine zuverlässige Erfassung insbesondere von innerlichen Beschädigungen an einem aus einem Faserverbundwerkstoff gebildeten Bauteil realisierbar. Dies ist für Fahrzeughersteller mit einer Kosteneinsparung bei Gewährleistungskosten und/oder mit einer Kosteneinsparung von Nutzern eines entsprechend ausgestatteten Fahrzeugs verbunden, da ein Austausch von Fahrzeugbauteilen nur noch in einem ausreichenden Maß vorgenommen werden kann, statt, wie herkömmlich, ein Fahrzeugbauteil stets als Ganzes austauschen zu müssen. Zudem wird aufgrund der erfindungsgemäß möglichen Erfassung von innerlichen Beschädigungen an Fahrzeugbauteilen das Gefährdungsrisiko für Nutzer eines entsprechend ausgestatteten Fahrzeugs deutlich verringert bis ausgeschlossen. Ferner ist die erfindungsgemäße Erfassbarkeit von innerlichen Beschädigungen an Fahrzeugbauteilen mit einem Image-Gewinn für entsprechende Fahrzeugbauteile und damit ausgestattete Fahrzeuge herstellende Fahrzeughersteller verbunden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Anordnung des Lichtwellenleiters in dem Bauteil dadurch, dass der Lichtwellenleiter an einer Faseranordnung des Faserverbundwerkstoffs angeordnet und anschließend der Verbund aus Faseranordnung und Lichtwellenleiter mit einem Matrixwerkstoff imprägniert wird. Der Lichtwellenleiter wird durch die Imprägnierung fest mit der Faseranordnung verbunden und folglich in das Bauteil integriert. Die Faseranordnung kann ein-, zwei- oder mehrlagig ausgeführt sein. Zudem kann die Faseranordnung als Gelege, Gewirke, Gewebe oder dergleichen ausgebildet sein. Der Matrixwerkstoff kann wenigstens einen Härter und ein Harz aufweisen. Nach erfolgter Imprägnierung kann der imprägnierte Verbund aus Faseranordnung und Lichtwellenleiter mittels eines Presswerkzeugs in eine gewünschte Form gebracht werden und in dieser Stellung aushärten.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Lichtwellenleiter vor der Imprägnierung wenigstens teilweise mittels einer Klebetechnik oder einer Textiltechnik mit der Faseranordnung verbunden oder der Lichtwellenleiter wird vor der Imprägnierung wenigstens teilweise lose auf oder in der Faseranordnung angeordnet. Der Lichtwellenleiter kann beispielsweise mit der Faseranordnung verwebt werden. Welche Verbindungstechnik gewählt wird, hängt von den jeweiligen Gegebenheiten und Anforderungen ab.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Lichtwellenleiter wenigstens teilweise geradlinig oder mäanderförmig in dem Bauteil angeordnet wird. Beispielsweise kann der Lichtwellenleiter in üblicherweise besonders stark beanspruchten Bereichen des Bauteils angeordnet sein, wozu seine jeweilige Formgebung an typische Kraftlinien, die in dem Bauteil verlaufen, angepasst sein kann.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der Lichtwellenleiter in einem Teilbereich des Bauteils oder sich im Wesentlichen in dem gesamten Bauteil erstreckend angeordnet. Beispielsweise kann der Lichtwellenleiter ausschließlich in solchen Abschnitten des Bauteils angeordnet werden, welche im Einsatz des Bauteils erfahrungsgemäß besonders hohen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind.
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Mit Patentanspruch 6 wird ein System zum Erfassen von Schäden an einem aus einem Faserverbundwerkstoff gebildeten Bauteil, insbesondere Fahrzeugbauteil, vorgeschlagen, aufweisend
- – wenigstens einen derart in dem Bauteil anordbaren Lichtwellenleiter, dass wenigstens ein Ende des Lichtwellenleiters von außen zugänglich oder zugänglich machbar an dem Bauteil angeordnet ist;
- – wenigstens eine Einrichtung zum Erzeugen von Lichtimpulsen,
- – wenigstens eine Einrichtung zum Einkoppeln von Lichtimpulsen in das an dem Bauteil von außen zugänglich angeordnete bzw. zugänglich gemachte Ende des Lichtwellenleiters,
- – wenigstens eine Einrichtung zum Erfassen eines aus dem zugänglich angeordneten bzw. zugänglich gemachten Ende oder einem anderen an dem Bauteil von außen zugänglich angeordneten oder zugänglich gemachten Ende des Lichtwellenleiters aus dem Lichtwellenleiter austretenden Lichts, und
- – wenigstens eine elektronische Auswertungseinrichtung, wobei die elektronische Auswertungseinrichtung kommunikationstechnisch zumindest mit der Einrichtung zum Erzeugen von Lichtimpulsen und der Einrichtung zum Erfassen des aus dem Lichtwellenleiter austretenden Lichts verbunden ist und zum Erfassen und Auswerten des Lichts eingerichtet ist.
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Mit diesem System sind die oben mit Bezug auf das Verfahren genannten Vorteile entsprechend verbunden. Die Einrichtung zum Erzeugen von Lichtimpulsen kann zum Erzeugen von Laser-Lichtimpulsen eingerichtet sein. Die Einrichtung zum Einkoppeln von Lichtimpulsen in das an dem Bauteil von außen zugänglich angeordnete bzw. zugänglich gemachte Ende des Lichtwellenleiters kann einen optisch an das Ende des Lichtwellenleiters ankoppelbaren Adapter umfassen. Ein solcher optischer Adapter kann auch als Einrichtung zum Auskoppeln eines aus dem zugänglich angeordneten bzw. zugänglich gemachten Ende oder einem anderen an dem Bauteil von außen zugänglich angeordneten oder zugänglich gemachten Ende des Lichtwellenleiters aus dem Lichtwellenleiter austretenden Lichts dienen.
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Die elektronische Auswertungseinrichtung kann zur Steuerung der Einrichtung zum Erzeugen von Lichtimpulsen dienen und kann Informationen von der Einrichtung zum Erfassen des aus dem Lichtwellenleiter austretenden Lichts erhalten und diese Informationen auswerten. Hierzu kann die elektronische Auswertungseinrichtung eine Rechnereinheit, beispielsweise einen Mikroprozessor, aufweisen.
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Mit Patentanspruch 7 wird ein Bauteil, insbesondere Fahrzeugbauteil, aus einem Faserverbundwerkstoff vorgeschlagen, gekennzeichnet durch wenigstens einen in den Faserverbundwerkstoff integrierten Lichtwellenleiter, wobei wenigstens ein Ende des Lichtwellenleiters von außen zugänglich oder zugänglich machbar an dem Bauteil angeordnet ist.
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Mit diesem Bauteil ist das oben genannte Verfahren durchführbar, so dass mit dem Bauteil die oben mit Bezug auf das Verfahren genannten Vorteile entsprechend verbunden sind.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Lichtwellenleiter wenigstens teilweise geradlinig oder mäanderförmig angeordnet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Lichtwellenleiter in einem Teilbereich des Bauteils oder sich im Wesentlichen in dem gesamten Bauteil erstreckend angeordnet.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Lichtwellenleiter wenigstens teilweise auf und/oder in einer Faseranordnung des Faserverbundwerkstoffs angeordnet.
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Ferner wird es als vorteilhaft erachtet, wenn der Lichtwellenleiter wenigstens teilweise mittels einer Textiltechnik und/oder einer Klebetechnik mit der Faseranordnung verbunden ist.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Figur. Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes System und ein erfindungsgemäßes Bauteil.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes System 1 zum Erfassen von Schäden an einem aus einem Faserverbundwerkstoff gebildeten Bauteil 2 in Form eines Fahrzeugbauteils.
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Das System 1 umfasst einen derart in dem Bauteil 2 angeordneten Lichtwellenleiter 3, dass ein Ende 4 des Lichtwellenleiters 3 von außen zugänglich an dem Bauteil 2 angeordnet ist.
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Das System 1 umfasst des Weiteren eine Einrichtung 5 zum Erzeugen von Lichtimpulsen und eine Einrichtung 6 zum Einkoppeln von Lichtimpulsen in das an dem Bauteil 2 von außen zugänglich angeordnete Ende 4 des Lichtwellenleiters 3. Die zuletzt genannte Einrichtung 6 umfasst einen Lichtwellenleiter 7, welcher an beiden Enden jeweils einen Adapter 8 aufweist, über die der Lichtwellenleiter 6 einerseits mit dem Ende 4 des Lichtwellenleiters 3 und andererseits mit einer die Einrichtung 5 beinhaltenden Baueinheit 9 verbunden ist.
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Des Weiteren umfasst das System 1 eine Einrichtung 10 zum Erfassen eines aus dem zugänglich angeordneten Ende 4 des Lichtwellenleiters 3 aus dem Lichtwellenleiter 3 austretenden Lichts, wozu die Einrichtung 10 über den Lichtwellenleiter 7 mit dem Ende 4 des Lichtwellenleiters 3 verbunden ist.
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Ferner umfasst das System 1 eine elektronische Auswertungseinrichtung 11, die kommunikationstechnisch mit der Einrichtung 5 zum Erzeugen von Lichtimpulsen und der Einrichtung 10 zum Erfassen des aus dem Lichtwellenleiter 3 austretenden Lichts verbunden ist und zum Erfassen und Auswerten des Lichts eingerichtet ist.
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Der Lichtwellenleiter 3 ist mäanderförmig und sich im Wesentlichen in dem gesamten Bauteil 2 erstreckend angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System
- 2
- Bauteil
- 3
- Lichtwellenleiter
- 4
- Ende
- 5
- Einrichtung
- 6
- Einrichtung
- 7
- Lichtwellenleiter
- 8
- Adapter
- 9
- Baueinheit
- 10
- Einrichtung
- 11
- elektronische Auswertungseinrichtung
