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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung von Eigenschaften einer Struktur sowie ein zugehöriges Verfahren.
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Bei dem Verbinden von Bauteilen, z. B. durch Fügen, werden bei der Montage eventuell auftretende Spaltmaße an Verbindungsstellen für gewöhnlich bestimmt und ausgeglichen. Dieser Ausgleich wird oftmals als Shimmen bezeichnet. Kompositbauteile, wie Bauteile aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK), oftmals auch als Bauteile aus kohlenstoffverstärktem Kunststoff (KFK) bezeichnet, werden grundsätzlich mit Toleranzen gefertigt. Geringe Abweichungen können nicht vermieden werden. In der Montage treffen dann die mit Toleranzen gefertigten Einzelteile aufeinander, um beispielsweise miteinander verbunden zu werden. Trotz der aufgrund der Toleranzen bestehenden Differenzen müssen diese Bauteile dann zu einer Gesamtkomponente zusammengefügt werden. Hierfür sind die bestehenden Abweichungen (Spalte) bestmöglich auszugleichen.
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Je nach Größe der Spalte wird normalerweise unterschiedliches Material zum Shimmen eingesetzt. So werden kleinere Spalte von 0,3 bis 1,5 mm oftmals mit Flüssigshim ausgearbeitet, während Spalte über 1,5 mm mit einer Kombination aus Festshim und Flüssigshim ausgeglichen werden.
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Heutzutage wird die Spaltfüllung von gefügten Bauteilen über eine Sichtprüfung validiert. Dazu muss ein Teil der zu fügenden Struktur mit einem Trennmittel (Release Agent) beklebt und der andere Teil der zu fügenden Struktur z. B. mit Flüssigshim benetzt werden. Um die Durchgängigkeit der Shimmung zu prüfen, muss die Materialpaarung getrennt und in dem getrennten Zustand überprüft werden. Anschließend wird das Trennmittel wieder entfernt und die ursprünglich mit dem Trennmittel versehene Fläche aufwändig gereinigt. Erst nach Abschluss der Sichtprüfung kann die Materialpaarung durch Verbinden der Bauteile final geschlossen werden.
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Mit Hilfe dieses Vorgehens wird die Spaltfüllung zuverlässig überprüft. Allerdings ist dieses Vorgehen zeitaufwändig.
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Es besteht daher das Bedürfnis, eine geshimmte Struktur zeitsparend prüfen zu können.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zur Bestimmung von Eigenschaften einer Struktur bereitgestellt. Die Struktur umfasst zwei Bauteile und eine zwischen den zwei Bauteilen angeordnete Shim-Schicht. Die Vorrichtung umfasst eine Messvorrichtung und eine Recheneinheit. Die Messvorrichtung weist eine Ultraschalleinheit auf. Die Messvorrichtung ist derart in eine in die Struktur eingebrachte Öffnung einführbar, dass es der Ultraschalleinheit in dem eingeführten Zustand möglich ist, eine Ultraschall-Messung der Struktur durchzuführen. Die Recheneinheit ist dazu ausgebildet, eine Eigenschaft der Struktur basierend auf der durchgeführten Ultraschall-Messung zu bestimmen.
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Mit Hilfe der Vorrichtung können Eigenschaften der Struktur ermittelt werden. Dementsprechend kann die Struktur als Ganzes zeiteffizient geprüft werden, ohne die Struktur für die Prüfung in Einzelteile zerlegen zu müssen.
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Die Struktur, welche die zwei Bauteile und die zwischen den Bauteilen angeordnete Shim-Schicht umfasst, kann kurz auch als geshimmte Struktur bezeichnet werden. Die Struktur kann auch mehr als zwei Bauteile umfassen, zwischen denen z. B. jeweils eine Shim-Schicht liegt. Die Messvorrichtung kann derart in die in die Struktur eingebrachte Öffnung einführbar sein, dass es der Ultraschalleinheit in dem eingeführten Zustand möglich ist, eine Ultraschall-Messung der Struktur durchzuführen, wenn die Ultraschalleinheit in dem Inneren der Struktur/in dem Inneren der Öffnung in der Struktur positioniert ist. Bei der Öffnung kann es sich um eine zumindest teilweise, z. B. vollständig, die Struktur durchdringende Öffnung handeln. Rein beispielhaft sei hier genannt, dass es sich bei der Öffnung um eine Bohrung oder Durchgangsbohrung handeln kann.
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Shim kann als ein Material (flüssig oder fest) zum Füllen von Abständen zwischen einzelnen Bauteilen verstanden werden. Die Shim-Schicht kann eine Festshim-Schicht und/oder eine ausgehärtete Flüssigshim-Schicht umfassen oder als solche ausgebildet sein. Zumindest eines der Bauteile kann als Kompositbauteil, d. h. als Bauteil aus/mit einem Verbundwerkstoff/Kompositwerkstoff, oder als Aluminiumbauteil ausgebildet sein. Das Kompositbauteil kann einen Faserverbundwerkstoff umfassen, wie einen kohlenstoffverstärkten Kunststoff (KFK)/carbonkohlenfaserverstärkten Kunststoff (CFK).
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Die Ultraschalleinheit kann dazu ausgebildet sein, Ultraschallwellen unterschiedlicher Wellenlänge und folglich unterschiedlicher Frequenz auszusenden. Rein beispielhaft sei hier ein möglicher Frequenzbereich von 3 bis 6 MHz genannt. So kann die Ultraschalleinheit im Falle von CFK-Bauteilen bei 3,5 MHz oder 5 MHz arbeiten, um hier zwei Beispiele zu nennen. Es ist denkbar, dass die Ultraschalleinheit je nach Material der Bauteile und/oder Shim-Schichten variabel auf die gewünschte Frequenz einstellbar ist.
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Die Ultraschalleinheit kann entlang des Umfangs der Messvorrichtung ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Ultraschalleinheit in Längsrichtung der Messvorrichtung zumindest an einem Abschnitt der Messvorrichtung den Umfang der Messvorrichtung vollständig umgeben. Damit ist eine Rundum-Ultraschall-Messung in der Öffnung möglich.
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Die Messvorrichtung kann einen langgestreckten Körper aufweisen oder als langgestreckter Körper ausgebildet sein. Die Ultraschalleinheit kann an dem langgestreckten Körper angeordnet sein oder in den langgestreckten Körper integriert sein. Gemäß einer Ausführungsform kann die Messvorrichtung einen runden, z. B. kreisrunden, Querschnitt aufweisen. Im Falle eines runden Querschnitts der Messvorrichtung kann sich die Ultraschalleinheit beispielsweise an einem Teilabschnitt der Messvorrichtung um den gesamten Umfang herum erstrecken. In diesem Fall kann die Ultraschalleinheit rund, z. B. kreisrund, ausgebildet sein. Die Öffnung kann zylinderförmig sein. Der Umfang der Messvorrichtung kann beispielsweise auf einen Querschnitt der Öffnung abgestimmt sein. So kann im Falle einer Öffnung mit kreisrundem Querschnitt die Messvorrichtung ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Der Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts der Messvorrichtung kann in diesem Fall kleiner sein kann als der Durchmesser des Querschnitts der Öffnung und/oder zumindest nahezu an diesen heranreichen, so dass die Messvorrichtung weiterhin in die Öffnung einführbar ist.
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Die Recheneinheit kann dazu ausgebildet sein, eine Eigenschaft der Shim-Schicht und/oder eine Eigenschaft zumindest eines der Bauteile basierend auf der durchgeführten Ultraschall-Messung zu bestimmen. Hierfür kann die Recheneinheit gespeicherte Informationen über Shim-Schichten und/oder Bauteile berücksichtigen. Beispielsweise kann die Recheneinheit die Ultraschall-Messergebnisse mit gespeicherten Informationen abgleichen und daraus ermitteln, ob eine Eigenschaft der Shim-Schicht und/oder der Bauteile vorliegt, die nicht tolerabel ist.
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Im Folgenden werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, ein paar Beispiele für Eigenschaften der Shim-Schicht oder Eigenschaften der Bauteile genannt, welche von der Recheneinheit basierend auf der durchgeführten Ultraschall-Messung bestimmt werden können. Beispielsweise kann die Recheneinheit dazu ausgebildet sein, eine Dicke der Shim-Schicht, einen Lufteinschluss in der Shim-Schicht, eine Inhomogenität in der Shim-Schicht, eine Porosität der Shim-Schicht und/oder eine Durchgängigkeit der Shim-Schicht zu bestimmen. Bei der Durchgängigkeit der Shim-Schicht kann es sich um eine Durchgängigkeit der Schicht entlang der Längsrichtung der Öffnung (Dicke der Shim-Schicht) und/oder eine Durchgängigkeit der Shim-Schicht in radialer Richtung zur Öffnung (Breite der Shim-Schicht) handeln. Zusätzlich oder alternativ kann die Recheneinheit dazu ausgebildet sein, eine Inhomogenität in zumindest einem der Bauteile, und/oder eine Porosität zumindest eines der Bauteile basierend auf der durchgeführten Ultraschall-Messung zu bestimmen. Zusätzlich oder alternativ kann die Recheneinheit dazu ausgebildet sein, eine Länge der Öffnung in Längsrichtung der Öffnung zu bestimmen. Beispielsweise kann die Recheneinheit dazu ausgebildet sein, aus der bestimmten Länge der Öffnung die Klemmlänge einer die Bauteile verbindenden Niet- oder Schraubverbindung abzuleiten. Unter Klemmlänge wird in der technischen Mechanik für gewöhnlich die Dicke der zu verbindenden Elemente einschließlich gegebenenfalls genutzter Unterlegscheiben verstanden. Bei Schraubverbindungen ist dies der Abstand zwischen der Schrauben-Auflagefläche bis zur Mutter bzw. Gewindebohrung. Bei Nietverbindungen ist dies der Abstand zwischen den Auflageflächen der Nietköpfe.
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Die Ultraschalleinheit kann dazu ausgebildet sein, in dem in die Öffnung eingeführten Zustand, kontinuierlich Ultraschall-Messungen auszuführen. Der Abstand zwischen den einzelnen Ultraschall-Messungen kann auf die Einführgeschwindigkeit in die Öffnung abgestimmt sein. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass keine Mehrfach-Messungen bestimmter Bereiche erfolgen und gleichzeitig der gesamte vom Inneren der Öffnung aus prüfbare Bereich geprüft wird.
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Die Recheneinheit kann in die Messvorrichtung integriert oder mit der Messvorrichtung drahtlos und/oder drahtgebunden verbunden sein.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Vorrichtung einen Bohrer umfassen oder als Bohrer ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Messvorrichtung in den Bohrer integriert oder an den Bohrer angebracht sein. In diesem Fall kann die Ultraschalleinheit die Ultraschallmessung(en) während des Bohrvorgangs durchführen, wie z. B. zeitgleich mit dem Bohrvorgang. Dies verringert weiter die zur Prüfung der Struktur erforderliche Zeit.
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Der Querschnitt der Messvorrichtung kann auf den Querschnitt des Bohrers abgestimmt sein. Beispielsweise kann die Größe des Bohrers so gewählt werden, dass mit dessen Hilfe eine Bohrung gebohrt wird, durch welche die Messvorrichtung z. B. genau passt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaften einer Struktur bereitgestellt. Die Struktur umfasst zwei Bauteile und eine zwischen den zwei Bauteilen angeordnete Shim-Schicht. Das Verfahren umfasst ein Einführen einer Messvorrichtung, die eine Ultraschalleinheit aufweist, in eine in die Struktur eingebrachte Öffnung. Das Verfahren umfasst ferner ein Durchführen einer Ultraschall-Messung der Struktur in dem eingeführten Zustand mittels der Ultraschalleinheit. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen einer Eigenschaft der Struktur basierend auf der durchgeführten Ultraschall-Messung.
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Das Verfahren kann ferner ein Bestimmen einer Eigenschaft der Shim-Schicht und/oder einer Eigenschaft zumindest eines der Bauteile basierend auf der durchgeführten Ultraschall-Messung umfassen. Das Verfahren kann ein kontinuierliches Ausführen von Ultraschall-Messungen umfassen. Das Verfahren kann ein kontinuierliches Einführen der Messvorrichtung in Längsrichtung der Öffnung umfassen.
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Das Verfahren kann während eines Bohrvorgangs, zwischen Bohrvorgängen und/oder nach einem Bohrvorgang ausgeführt werden.
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Das Verfahren kann auch Schritte umfassen, die zum Verbinden der Bauteile dienen. Beispielsweise kann zunächst die Shim-Schicht zwischen den zwei Bauteilen zum Ausgleich von Toleranzen oder Spaltmaßen aufgebracht werden. Anschließend kann die Öffnung in die Struktur gebohrt werden. Nach der Bestimmung der Eigenschaft und Validierung der Struktur wie hierin beschrieben, kann die Struktur durch Einbringen eines Fügeelements, beispielsweise eines Niets, in die Öffnung gefügt werden. Die Shim-Schicht kann generell ausgehärteten Flüssigshim oder Festshim aufweisen. Als Flüssigshim kann ein pastöser Werkstoff verwendet werden, der Harz oder einen Härter umfasst. Beispielsweise kann ein 2-Komponenten-Epoxidharz verwendet werden. Als Festshim können vorgefertigte Platten aus CFK oder glasfaserverstärkter Kunststoff(GFK) verwendet werden.
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Ein dritter Aspekt bezieht sich auf ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, das, wenn es in einen Computer oder einen Prozessor (beispielsweise einen Mikroprozessor, Mikrocontroller oder digitalen Signalprozessor (DSP)) geladen ist, oder auf einem Computer oder Prozessor (z. B. einem Mikroprozessor, Mikrocontroller oder DSP) läuft, den Computer oder Prozessor (z. B. den Mikroprozessor, Mikrocontroller oder DSP) dazu veranlasst, einen oder mehrere Schritte des zuvor beschriebenen Verfahrens auszuführen. Zudem wird ein Programmspeichermedium oder Computerprogrammprodukt mit dem genannten Computerprogramm bereitgestellt. Ferner kann beispielsweise das Computerprogramm gemäß dem dritten Aspekt in der Messvorrichtung, z. B. in der Recheneinheit, gespeichert sein und die Messvorrichtung dazu veranlassen, einen oder mehrere Schritte des Verfahrens auszuführen.
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Auch wenn einige der voranstehend beschriebenen Aspekte in Bezug auf die Vorrichtung beschrieben wurden, so können diese Aspekte auch in entsprechender Weise in dem Verfahren oder in dem das Verfahren implementierenden Computerprogramm realisiert werden. Genauso können die voranstehend in Bezug auf das Verfahren beschriebenen Aspekte in entsprechender Weise in der Vorrichtung realisiert werden.
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Die vorliegende Offenbarung soll weiter anhand von Figuren erläutert werden. Diese Figuren zeigen schematisch:
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1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3a bis 3e eine spezifische Ausgestaltung der Vorrichtung aus 1 bei der Ermittlung eines Lufteinschlusses als Eigenschaft einer Struktur;
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4 eine weitere spezifische Ausgestaltung der Vorrichtung aus 1 bei der Ermittlung eines Lufteinschlusses als Eigenschaft einer Struktur;
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5 eine Draufsicht auf eine Bohrung in einer Struktur zur Erläuterung der Ermittlung einer Durchgängigkeit als Eigenschaft einer Struktur mit Hilfe der Vorrichtung aus 1; und
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6a und 6b eine schematische Ansicht einer spezifischen Ausgestaltung der Vorrichtung aus 1.
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Im Folgenden werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, spezifische Details dargelegt, um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu liefern. Es ist einem Fachmann jedoch klar, dass die vorliegende Offenbarung in anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden kann, die von den nachfolgend dargelegten Details abweichen können.
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Es ist dem Fachmann klar, dass die nachfolgend dargelegten Erklärungen unter Verwendung von Hardwareschaltungen, Softwaremitteln oder einer Kombination davon implementiert sein/werden können. Die Softwaremittel können im Zusammenhang stehen mit programmierten Mikroprozessoren oder einem allgemeinen Computer, einer ASCI (Application Specific Integrated Circuit; zu deutsch: anwendungsspezifische integrierte Schaltung) und/oder DSPs (Digital Signal Processors; zu deutsch: digitalen Signalprozessoren). Es ist zudem klar, dass auch dann, wenn die nachfolgenden Details in Bezug auf ein Verfahren beschrieben werden, diese Details auch in einer geeigneten Vorrichtungseinheit, einem Computerprozessor oder einem mit einem Prozessor verbundenen Speicher realisiert sein können, wobei der Speicher mit einem oder mehreren Programmen versehen ist, die das Verfahren durchführen, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden.
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Die beiliegenden Figuren dienen lediglich zum Zwecke der Verdeutlichung von Ausführungsbeispielen. Sie sind nicht maßstabsgetreu und sollen lediglich das allgemeine Konzept der Offenbarung beispielhaft wiederspiegeln. Beispielsweise sollen Merkmale, die in den Figuren enthalten sind, keineswegs als notwendiger Bestandteil erachtet werden.
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1 zeigt beispielhaft ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 10 zur Bestimmung von Eigenschaften einer Struktur 20. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Messvorrichtung 12 und eine Recheneinheit 16. Wie in der 1 angedeutet, kann die Recheneinheit 16 in die Messvorrichtung 12 integriert sein oder mit der Messvorrichtung 12 drahtlos und/oder drahtgebunden verbunden sein. Die Messvorrichtung 12 umfasst eine Ultraschalleinheit 14.
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Weitere Details werden nun zunächst in Bezug auf 2 erläutert. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens, das mittels der Vorrichtung 10 aus 1 ausgeführt werden kann. In Schritt S202 wird die Messvorrichtung 12 in eine in die Struktur 20 eingebrachte Öffnung 28 eingeführt. In Schritt S204 wird eine Ultraschall-Messung der Struktur 20 in dem eingeführten Zustand mittels der Ultraschalleinheit 14 durchgeführt. In Schritt S206 wird eine Eigenschaft der Struktur 20 basierend auf der durchgeführten Ultraschall-Messung bestimmt.
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Weitere Details der Vorrichtung aus 1 und des Verfahrens aus 2 werden nun in Bezug auf die 3a bis 5 erläutert.
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Die 3a bis 3e zeigt ein Beispiel für eine mögliche Realisierung der Vorrichtung 10 aus 1 im Einsatz bei der Prüfung einer Struktur 20. Wie in 3a zu erkennen, wird die länglich ausgebildete Messvorrichtung 12 über der Öffnung 28 platziert, bei welcher es sich beispielsweise um eine Durchgangsbohrung handelt. Im Nachfolgenden wird die Öffnung 28, ohne hierauf beschränkt zu sein, als Durchgangsbohrung 28 bezeichnet. Wie ferner in 3a zu erkennen, weist die Struktur 20 ein erstes Bauteil 22 und ein zweites Bauteil 24 auf. Ohne hierauf beschränkt zu sein wird beispielhaft in Bezug auf die 3a bis 4 angenommen, dass es sich bei beiden Bauteilen jeweils um ein Bauteil aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) handelt. Daher werden in Bezug auf die 3a bis 4 beispielhaft beide Bauteile 22, 24 als CFK-Bauteile 22, 24 bezeichnet. Die Struktur 20 umfasst ferner eine Shim-Schicht 26. Von dieser wird beispielhaft in Bezug auf die 3a bis 4 angenommen, dass es sich um eine Schicht aus ausgehärtetem Flüssigshim handelt. Dementsprechend wird die Shim-Schicht 26 in Bezug auf die 3a bis 4 beispielhaft als Flüssigshim-Schicht 26 bezeichnet. Wie schematisch in der 3a angedeutet, befindet sich in der Flüssigshim-Schicht 26 ein Lufteinschluss 30, der als Beispiel für eine Inhomogenität in der Flüssigshim-Schicht 26 dient.
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Wie in 3b zu erkennen, wird vor dem Fügen, z. B. vor dem Vernieten, der CFK-Bauteile 22, 24 und der dazwischen liegenden ausgehärteten Flüssigshim-Schicht 26 die Messvorrichtung 12 in die Durchgangsbohrung 28 eingebracht und in die Durchgangsbohrung 28 hinein geschoben. Mit Hilfe der Ultraschalleinheit 14 werden in dem eingeführten Zustand Ultraschall-Messungen der Struktur durchgeführt, in denen die Ultraschalleinheit 14 Ultraschallwellen 14a aussendet. Je nach Material der Bauteile und/oder des Shims kann die Ultraschalleinheit 14 Ultraschallwellen 14a unterschiedlicher Wellenlänge/Frequenz aussenden. Die Ultraschallwellen 14a werden je nach Material und Eigenschaften des Materials zu einem unterschiedlichen Grad an diesem reflektiert, in diesem absorbiert, gestreut und/oder transmittiert. Wie bei anderen Wellen können Brechung, Beugung und Interferenz auftreten. Mit Hilfe dieser Effekte können Informationen über Materialien und Eigenschaften der Materialien erhalten werden. Durch Vergleich der ermittelten Informationen mit bekannten Eigenschaften können die CFK-Bauteile 22, 24 und die Flüssigshim-Schicht 26 überprüft werden. Beispielsweise kann geprüft werden, ob die CFK-Bauteile 22, 24, die Flüssigshim-Schicht 26 und die daraus gebildete Struktur 20 in Ordnung sind und folglich verbaubar sind.
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Mit Hilfe der in 3b gezeigten Messung kann beispielsweise die Recheneinheit 16 Eigenschaften des CFK-Bauteils 22 ermitteln. Beispielsweise kann die Recheneinheit 16 aus einer derartigen Ultraschall-Messung ableiten, ob das CFK-Bauteil 22 Inhomogenitäten aufweist oder nicht.
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In 3c wurde die Messvorrichtung 12 weiter in die Durchgangsbohrung 28 eingebracht, d. h. weiter in Längsrichtung der Durchgangsbohrung 28 geschoben oder verfahren. In 3c ist die Ultraschalleinheit 14 in Längsrichtung der Bohrung 28 auf Höhe der Flüssigshim-Schicht 26. Mit Hilfe der Ultraschall-Messung kann die Messvorrichtung 12 nun feststellen, dass, als Beispiel für eine Inhomogenität in der Flüssigshim-Schicht 26, ein Lufteinschluss 30 vorliegt. Hierfür kann die Recheneinheit 16 z. B. die mit Hilfe der Ultraschall-Messung gewonnenen Informationen über die Flüssigshim-Schicht 26 mit in der Recheneinheit 16 gespeicherten Informationen über eine ideale Flüssigshim-Schicht oder eine tolerierbare Flüssigshim-Schicht gleichen oder ähnlichen Materials vergleichen. Weichen die gewonnenen Ergebnisse um mehr als einen vorgegebenen Grenzwert von den Informationen über die ideale oder tolerierbare Flüssigshim-Schicht ab, so gibt die Recheneinheit 16 aus, dass der Lufteinschluss 30 als nicht-tolerierbare Inhomogenität vorliegt. Diese Feststellung kann vor dem Fügen berührungslos getroffen werden, ohne dass die Struktur 20 zur Sichtprüfung auseinander genommen werden muss.
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In 3d wurde die Messvorrichtung 12 noch weiter in Längsrichtung der Durchgangsbohrung 28 durch die Durchgangsbohrung 28 geschoben oder verfahren. Mit Hilfe der Ultraschall-Messung wird nun beispielsweise ermittelt, dass keine Inhomogenitäten in dem zweiten CFK-Bauteil 24 vorliegen. In 3e wurde die Messvorrichtung 14 wieder heraus gezogen oder verfahren, so dass auf Höhe der Flüssigshim-Schicht 26 wieder nochmals geprüft werden kann, ob Inhomogenitäten in der Flüssigshim-Schicht 26, wie der Lufteinschluss 30, vorliegen.
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Auf die in Bezug auf die 3a bis 3e beschriebenen Weise kann auf einfache und effiziente Weise ermittelt werden, ob die Struktur 20 in Ordnung ist und somit gefügt, z. B. vernietet, werden kann. Diese Prüfung erfolgt effizient, ohne dass die Struktur 20 vor dem Fügevorgang auseinandergenommen werden muss. Dies beschleunigt den gesamten Fertigungsprozess.
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Die in Bezug auf die 3a bis 3e beschriebene Vorrichtung 10 kann zusätzlich oder alternativ dazu ausgebildet sein, eine Länge der Bohrung 28 in Längsrichtung der Bohrung 28 zu bestimmen. Auch hierfür kann die Messvorrichtung 12 durch die Bohrung 28 geschoben werden und Ultraschall-Messungen durchführen. Beispielsweise anhand des geänderten Reflektionsverhaltens der Ultraschallwellen 14a kann die Recheneinheit 16 ermitteln, ob sich die Ultraschalleinheit 14 in der Bohrung 28 oder außerhalb der Bohrung befindet. Unter Berücksichtigung der zurückgelegten Strecke kann die Länge der Bohrung 28 ermittelt werden. Aus der ermittelten Länge der Bohrung 28 kann die Recheneinheit z. B. die Klemmlänge einer die Bauteile verbindenden Niet- oder Schraubverbindung ableiten. Unter Klemmlänge ist in diesem Zusammenhang die Dicke der zu verbindenden Elemente einschließlich gegebenenfalls genutzter Unterlegscheiben zu verstehen. Bei Schraubverbindungen ist dies der Abstand zwischen der Schrauben-Auflagefläche bis zur Mutter bzw. Gewindebohrung. Bei Nietverbindungen ist dies der Abstand zwischen den Auflageflächen der Nietköpfe. Die Ermittlung der Länge der Bohrung 28 kann beispielsweise unmittelbar nach dem Einbringen der Bohrung 28 erfolgen. Herkömmlich wird nach jeder eingebrachten, zur Einbringung von Verbindungselementen dienenden Bohrung die Klemmlänge zeitaufwändig durch mechanische Messgeräte, wie Messhaken, ermittelt. Die Ermittlung der Klemmlänge ist rein schematisch in den 6a und 6b dargestellt. Ferner ist in den 6a und 6b eine Variante der Vorrichtung 10 gezeigt, bei die Vorrichtung 10 ähnlich einem herkömmlichen Messhaken geformt ist. Zusätzlich weist die Vorrichtung 10 aus den 6a und 6b eine Messvorrichtung 12 mit zugehöriger Ultraschalleinheit 14 auf. Wie zuvor beschrieben, kann die Vorrichtung 10 eine Länge der Bohrung 28 in Längsrichtung der Bohrung 28 beispielsweise dadurch bestimmen, indem die Messvorrichtung 12 durch die Bohrung 28 geschoben wird und dabei Ultraschall-Messungen mit Hilfe ihrer Ultraschallmesseinheit 14 durchführt.
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In 4 wird ein modifiziertes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 dargestellt. Der einzige Unterschied zu dem in Bezug auf die 3a bis 3e beschriebenen Ausführungsbeispiel ist, dass die Vorrichtung 10 gemäß 4 zusätzlich einen Bohrer 18 aufweist. In Bezug auf alle weiteren Details der Vorrichtung 10 aus 4 wird auf die 3a bis 3e verwiesen, da diese in entsprechender Weise in der Vorrichtung 10 aus 4 realisiert sein können. Mit Hilfe des Bohrers 18 kann die Durchgangsbohrung 28 in die Struktur 20 gebohrt werden. Während des Bohrvorgangs kann mit Hilfe der Messvorrichtung 14 eine Überprüfung der Struktur 20 erfolgen, wie dies in Bezug auf die 3a bis 3e beschrieben worden ist.
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Da die Prüfung der Struktur 20, z. B. der CFK-Bauteile 22, 24 und/oder der Flüssigshim-Schicht 26, bereits während des Bohrvorgangs, z. B. zeitgleich mit dem Bohrvorgang, erfolgen kann, kann diese Prüfung und damit die Fertigung noch zeiteffizienter gestaltet werden. Die Vorrichtung 10 gemäß 4 muss jedoch nicht während des Bohrvorgangs die Prüfung der Struktur 20 durchführen. Alternativ oder zusätzlich kann diese auch nach dem Bohrvorgang erfolgen kann.
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Die 5 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die Struktur 20 zur Erläuterung, wie andere Eigenschaften der Struktur 20 als Lufteinschlüsse als ein Beispiel für Inhomogenitäten, wie in Bezug auf die 3a bis 4, mit Hilfe der Vorrichtung 10 bestimmt werden können. Beim Shimmen existieren Vorschriften zur Spezifizierung des Shim-Vorgangs sowie des Shim-Ergebnisses. Auch gibt es technische Gründe für eine bestimmte Größe von Shim-Flächen in Bezug auf Durchmesser von Bohrungen. Beispielsweise kann es technisch vorteilhaft sein, dass der Durchmesser der Shim-Schicht 26 um eine zum Verbinden von Bauteilen dienenden Bohrung 28 um ein Vielfaches größer ist als, z. B. mindestens dreimal so groß ist wie, der Durchmesser der Bohrung 28. Dieses Größenverhältnis gewährleistet, dass in dem Bereich um die Bohrung, in dem die größte Krafteinleitung der gefügten, z. B. genieteten, Bauteile 22, 24 hauptsächlich stattfindet und damit die höchste Kraftübertragungsmöglichkeit gewährleistet sein muss, eine Shim-Schicht 26 besteht. Es ist von Bedeutung, dass diese Shim-Schicht 26 durchgängig in dem genannten Bereich besteht, was hierin als Durchgängigkeit der Shim-Schicht 26 bezeichnet wird. Andernfalls kann die Kraftübertragungsmöglichkeit verringert sein oder die Shim-Schicht 26 kann auf Grund der hohen Krafteinwirkung beschädigt oder zerstört werden.
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Die Durchgängigkeit der Shim-Schicht 26 kann mit Hilfe der hierin beschriebenen Vorrichtung 10 und dem zugehörigen kontaktlosen Verfahren zeiteffizient als Eigenschaft der Struktur 20 bestimmt werden. So können mit Hilfe der in Bezug auf die 3a bis 3e beschriebenen Ultraschall-Messungen Informationen über die Shim-Schicht 26 gewonnen werden. Anhand dieser Informationen kann festgestellt werden, ob die Shim-Schicht 26 in Längsrichtung der Bohrung 28 um die Bohrung 28 durchgängig besteht. Ebenso kann anhand der gewonnen Informationen festgestellt werden, ob die Shim-Schicht 26 in Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der Bohrung 28, d. h. quer zur Bohrung 28, um die Bohrung 28 herum durchgängig besteht. Mit Hilfe der letztgenannten Überprüfung kann zudem verifiziert werden, ob der Durchmesser des Bereichs der Shim-Schicht 26 um ein Vielfaches größer ist als, z. B. mindestens dreimal so groß ist wie, der Durchmesser der Bohrung 28.
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Die in Bezug auf die 5 genannte Prüfung kann ohne Auseinandernehmen der Struktur 20 und ohne die Verwendung von Trennmittel erfolgen. Die Durchgängigkeit der Shim-Schicht 26 um die Bohrung 28 kann somit zeiteffizient geprüft werden.
