DE102017118496A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbundbauteils - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbundbauteils Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, der ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial hat, mit den Schritten:
- Bereitstellen eines Faserverbundwerkstoffes, bei dem das Fasermaterial und das Matrixmaterial zunächst getrennt vorliegen,
- Einbringen des Fasermaterials des Faserverbundwerkstoffes in ein bereitgestelltes Formwerkzeug,
- Infundieren des Matrixmaterials des Faserverbundwerkstoffes in das in das Formwerkzeug eingebrachte Fasermaterial, und
- Konsolidieren des in das Fasermaterial infundierte Matrixmaterial, gekennzeichnet durch
- Aufnehmen von digitalen Bilddaten eines Materialflusses des Matrixmaterials während des Zuflusses zum Fasermaterial und/oder während des Abflusses vom Fasermaterial beim Infundieren des Matrixmaterials in das Fasermaterial mittels einer optischen Sensorvorrichtung und
- Detektieren wenigstens einer Eigenschaft des Matrixmaterials in Abhängigkeit von den aufgenommenen digitalen Bilddaten des Materialflusses des Matrixmaterials mittels einer Auswerteeinheit.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine hierzu korrespondierende Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, der zumindest ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial enthält.
  • Faserverbundwerkstoffe, aus denen Faserverbundbauteile hergestellt werden, sind aufgrund ihrer gewichtsspezifischen Festigkeit und Steifigkeit als moderne Werkstoffe für den Leichtbau kaum mehr wegzudenken. Dabei wird ein in ein Fasermaterial infundiertes Matrixmaterial meist durch Temperatur und ggf. Druckbeaufschlagung ausgehärtet, um so das Faserverbundbauteil mit seiner gewünschten Form und Geometrie herzustellen.
  • Ein Faserverbundwerkstoff weist dabei in der Regel zwei wesentliche Hauptbestandteile auf, nämlich zum einen ein Fasermaterial und zum anderen ein Matrixmaterial. Gegebenenfalls sind weitere Komponenten und integrierte Bauteile denkbar. Das Fasermaterial weist dabei Verstärkungsfasern auf, die dem Faserverbundbauteil in der jeweiligen Faserrichtung seine besondere Festigkeit und Steifigkeit verleihen. Durch das Aushärten des in das Fasermaterial infundierten Matrixmaterials werden dabei die Verstärkungsfasern des Fasermaterials in der gewünschten Faserorientierung eingebettet und bilden somit zusammen mit dem Matrixmaterial eine integrale Einheit.
  • Ein häufig verwendetes Herstellungsverfahren von Faserverbundbauteilen ist das LCM (Liquid Composite Moulding) Verfahren bzw. RTM (Resin Transfer Moulding) Verfahren, bei dem ein trockenes Fasermaterial in ein Formwerkzeug eingebracht und das Matrixmaterial mithilfe eines Druckgradienten in das Fasermaterial injiziert bzw. infundiert wird. Als Matrixmaterial können dabei auch Matrixsysteme verwendet werden, die aus zwei oder mehr Komponenten bestehen und vor bzw. während des Infundierens gemischt werden.
  • Nur eine ausreichend gute Harzqualität ermöglicht dabei die Herstellung von fehlerfreien, den Anforderungen entsprechenden Faserverbundbauteilen. Eine vor dem Infusionsprozess durchgeführte Untersuchung der Harzqualität lässt viele erst durch den Infusionsprozess selber entstehende Änderungen an der Harzqualität (beispielsweise durch Mischvorgänge, Druckverhältnisse, Temperaturänderungen, Transport und Lagerung etc.) ungeprüft. Eine nach dem Infusionsprozess durchgeführte Untersuchung der Harzqualität hat ggf. bereits zu einem fehlerhaften Prozess und einem fehlerhaften Bauteil geführt, was ökonomisch nicht sinnvoll ist und die Prozesszeiten insgesamt deutlich erhöht.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine hierzu korrespondierende Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff anzugeben, mit dem die Qualität des Matrixmaterials während des Infusionsprozesses überwacht und somit ggf. rechtzeitig auf sich ändernde Qualitätsmerkmale reagiert werden kann.
  • Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie der Vorrichtung gemäß Anspruch 10 erfindungsgemäß gelöst.
  • Gemäß Patentanspruch 1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, der ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial hat, vorgeschlagen, bei dem gattungsgemäß zunächst ein Faserverbundwerkstoff bereitgestellt wird. Der bereitgestellte Faserverbundwerkstoff weist dabei zumindest ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial auf, wobei sowohl Fasermaterial als auch Matrixmaterial jeweils getrennt voneinander vorliegen. Dies bedeutet insbesondere, dass das Fasermaterial noch nicht mit einem Matrixmaterial getränkt ist und somit ungetränkt bzw. trocken vorliegt. Denkbar ist aber auch, dass das Fasermaterial zumindest leicht vorimprägniert ist.
  • Des Weiteren wird gattungsgemäß im nächsten Prozessschritt das Fasermaterial des Faserverbundwerkstoffes in ein bereitgestelltes Formwerkzeug eingebracht, wobei das Formwerkzeug in der Regel mindestens eine formgebende Werkzeugoberfläche aufweist, auf die das Fasermaterial abgelegt wird und letztlich dem Fasermaterial und dem späteren Bauteil die vorgeschriebene Bauteilgeometrie verleiht.
  • Anschließend wird das zu dem Fasermaterial zu diesem Zeitpunkt noch getrennt vorliegende Matrixmaterial in das Fasermaterial, welches in dem Formwerkzeug nunmehr eingebracht ist, infundiert bzw. injiziert, um so das Fasermaterial mit dem bereitgestellten Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffes insbesondere vollständig zu tränken. In der Regel erfolgt dies über einen Druckgradienten, d.h. aufgrund eines unterschiedlichen Druckniveaus zwischen Werkzeuginnendruck und der Drucksäule auf dem Matrixmaterial. Hierdurch wird das Fasermaterial mit dem Matrixmaterial infiltriert, um so das Fasermaterial zu benetzen und nach dem Aushärten eine integrale Einheit mit diesem einzugehen. Der Druckgradient kann unter anderem durch Druckbeaufschlagung eines Vorratsbehälters, in dem sich das Matrixmaterial befindet, erfolgen sowie durch Evakuieren und Einstellen eines Vakuums (Feinvakuum) in dem Formwerkzeug mit dem Fasermaterial bewirkt werden. Auch die Verwendung einer Injektionsanlage, welche den Druck durch Pumpen aufbaut, ist denkbar.
  • Das Einstellen eines Vakuums in dem Fasermaterial bedingt allerdings, dass das Fasermaterial gegenüber der Umgebung luftdicht bzw. vakuumdicht verschlossen wird, so dass der Bereich, der durch das Fasermaterial ausgefüllt wird, durch eine Drucksenke evakuiert werden kann. In der Regel wird hierzu ein Vakuumaufbau verwendet, bei dem eine flexible Vakuumfolie oder Vakuumhaube über das Fasermaterial gelegt und dann der Innenraum evakuiert wird. Bei der Verwendung eines vollständig geschlossenen Formwerkzeuges kann analog der Druckgradient durch Erzeugen eines Unterdruckes im Inneren des Formwerkzeuges, an der Stelle, wo sich das Fasermaterial befindet, erzeugt werden, so dass dann das Matrixmaterial aus dem Vorratsbehälter in das Fasermaterial im Inneren des geschlossenen Formwerkzeuges gedrückt wird.
  • Nach dem Infundieren des Matrixmaterials in das Fasermaterial wird das Matrixmaterial dann je nach Aktivierungseigenschaft ausgehärtet und konsolidiert, was beispielsweise durch Temperatur- und ggf. Druckbeaufschlagung erfolgen kann.
  • Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass digitale Bilddaten eines Materialflusses des Matrixmaterials während des Zuflusses zum Fasermaterial und/oder während des Abflusses vom Fasermaterial beim Infundieren des Matrixmaterials in das Fasermaterial mittels einer optischen Sensorvorrichtung aufgenommen werden, was beispielsweise direkt an einer Zuflussleitung bzw. Abflussleitung für das Fasermaterial erfolgen kann. Die optische Sensorvorrichtung kann dabei beispielsweise einen digitalen Bildsensor enthalten, der entsprechende Bilddaten des Materialflusses des Matrixmaterials während des Zuflusses bzw. Abflusses aufnimmt und an eine Auswerteeinheit weiterleitet. Vorteilhafterweise ist hierbei die Zuflussleitung bzw. Abflussleitung in dem Bereich, in dem der Materialfluss mithilfe der optischen Sensorvorrichtung aufgezeichnet werden soll, zumindest teilweise transparent, um so den Materialfluss des Matrixmaterials im entsprechend gewünschten Frequenzbereich des Lichtes aufzeichnen zu können.
  • In Abhängigkeit von den aufgenommenen digitalen Bilddaten des Materialflusses des Matrixmaterials wird dann mithilfe einer Auswerteeinheit wenigstens eine Eigenschaft des Matrixmaterials detektiert, so dass während des Infusionsprozesses Informationen über die Qualität des Matrixmaterials, die sich aus der detektierten Eigenschaft des Matrixmaterials ergibt, bestimmt werden, so dass der Infusionsprozess insgesamt basierend auf dieser detektierten Eigenschaft des Matrixmaterials überwacht werden kann.
  • Hierdurch wird es möglich, bei einer festgestellten Abweichung einer detektierten Eigenschaft von einem Sollwert auf den Infusionsprozess durch Anpassung gewünschter Parameter des Infusionsprozesses einzuwirken oder ggf. den Infusionsprozess gänzlich abzubrechen, wenn die Abweichung definitiv zu einem beschädigten Bauteil führen würde.
  • Die optische Sensorvorrichtung kann wie bereits angesprochen, ein hochauflösender digitaler Bildsensor sein, der insbesondere Farbbilder als digitale Bilddaten bzw. Abfolgen von Farbbildern aufnimmt. Denkbar ist aber auch, dass es sich um einen Helligkeitssensor bzw. andere bildgebende Sensoren handelt, die im sichtbaren oder nicht-sichtbaren Bereich des Lichtes digitale Daten bzw. Bilddaten aufnehmen.
  • Im Speziellen werden durch die Auswerteeinheit in Abhängigkeit von den aufgenommenen digitalen Bilddaten vor allem das Vorhandensein und ggf. die Häufigkeit von Poren, Blasen, Schaum und/oder Fremdkörpern im Matrixmaterial als Eigenschaft des Matrixmaterials detektiert.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform werden durch die Auswerteeinheit in Abhängigkeit von den aufgenommenen digitalen Bilddaten eine Mischgüte, ein Mischgrad und/oder eine Entmischung des Matrixmaterials als Eigenschaft des Matrixmaterials detektiert.
  • So ist es im Speziellen denkbar, dass ein Faserverbundwerkstoff bereitgestellt wird, bei dem das Matrixmaterial wenigstens zwei zunächst getrennt vorliegende Komponenten hat, die vor oder während des Infundierens in das Fasermaterial gemischt werden. In Abhängigkeit von den aufgenommenen digitalen Bilddaten des Materialflusses des Matrixmaterials lässt sich sodann die Mischgüte, der Mischgrad und/oder eine Entmischung des Matrixmaterials als Eigenschaft des Matrixmaterials mithilfe der Auswerteeinheit detektieren, wodurch ein aus mehreren Komponenten bestehendes Matrixmaterial hinsichtlich seiner Mischqualität und der Gefahr einer Entmischung während des Infusionsprozesses kontrolliert und überwacht werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird aus den aufgenommenen digitalen Bilddaten wenigstens ein Bildhistogramm bezüglich der in den Bilddaten enthaltenen Farbwerte mittels der Auswerteeinheit erstellt und ggf. einen einem digitalen Datenspeicher abgelegt. Die Auswerteeinheit ist nun eingerichtet, in Abhängigkeit von dem oder den erstellten Bildhistogrammen eine Eigenschaft des Matrixmaterials zu detektieren.
  • Ein Bildhistogramm stellt dabei eine Häufigkeitsverteilung der in den digitalen Bilddaten enthaltenen Farbwerte dar, wodurch ein Digitalbild hinsichtlich der Häufigkeitsverteilung der einzelnen Farbwerte aufgefächert werden kann. Ein solches Bildhistogramm kann dabei aus einem oder mehreren Digitalbildern der aufgenommenen digitalen Bilddaten erstellt werden. Denkbar ist aber auch, dass für jedes einzelne Digitalbild, das von der optischen Sensorvorrichtung aufgenommen wird, ein Bildhistogramm erstellt wird.
  • So lässt sich aus einem solchen Bildhistogramm beispielsweise eine Homogenität der enthaltenen Farbwerte feststellen, was meist auf eine hohe Güte bzw. Qualität des Matrixmaterials schließen lässt. Eine entstehende Inhomogenität, die sich aus einer ungleichmäßigen Häufigkeitsverteilung einzelner Farbwerte ableiten lässt, ist meist ein Zeichen dafür, dass die Qualität des Matrixmaterials abnimmt, beispielsweise durch eine Entmischung, durch eine Schaumbildung oder Porenbildung. Auch kann das Alter des Matrixmaterials negative Effekte hinsichtlich der Harzqualität nach sich ziehen, wie sie sich aus der Häufigkeitsverteilung der einzelnen Farbwerte in Form eines Bildhistogrammes ableiten ließe.
  • Es ist daher ganz besonders vorteilhaft, wenn eine Eigenschaft des Matrixmaterials in Abhängigkeit der sich aus dem Bildhistogramm oder -histogrammen ergebenden Häufigkeitsverteilungen der einzelnen Farbwerte durch die Auswerteeinheit ermittelt wird. Dabei ist es denkbar, dass mit zunehmender Anzahl der sich aus dem Bildhistogramm ableitenden Vorkommen von einzelnen Farbwerten die Matrixmaterialqualität anhand eines Kennwertes bestimmt wird, wobei bei zunehmender Häufigkeit die Harzqualität bzw. Materialgüte abnimmt.
  • Vorteilhafterweise werden kontinuierlich während des Infundierens des Matrixmaterials die digitalen Bilddaten aufgenommen und die Histogramme aus den digitalen Bilddaten erzeugt und für die Eigenschaftsdetektion entsprechend ausgewertet.
  • Vorteilhafterweise wird der Materialfluss des Matrixmaterials in einer Zuflussleitung zum Formwerkzeug und/oder in einer Abflussleitung vom Formwerkzeug weg aufgenommen, indem beispielsweise die entsprechende Zuflussleitung bzw. Abflussleitung durch einen transparenten Bereich so ausgebildet ist, dass das Matrixmaterial in diesen transparenten Bereich während des Infundierens des Matrixmaterials sichtbar ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist es denkbar, dass mittels einer Steuerungseinheit in Abhängigkeit von der mindestens einen detektierten Eigenschaft des Matrixmaterials ein oder mehrere Parameter des Infusionsprozesses, bei dem das Matrixmaterial in das Fasermaterial infundiert wird, gesteuert oder geregelt werden. Dies kann dahingehend erweitert werden, dass bei Feststellung einer Entmischung als Eigenschaft des Matrixmaterials bzw. bei Schaumbildung an einer Abflussleitung der gesamte Infusionsprozess unterbrochen und das hergestellte Bauteil als Ausschuss entfernt wird.
  • Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit der Vorrichtung gemäß Anspruch 10 zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff erfindungsgemäß gelöst, wobei die Vorrichtung erfindungsgemäß ein Formwerkzeug, einen Vorratsbehälter sowie Zuflussleitungen vom Vorratsbehälter zum Formwerkzeug und ggf. eine Abflussleitung vom Formwerkzeug weg hat. Darüber hinaus weist die Vorrichtung eine optische Sensorvorrichtung auf, die zum Aufnehmen von digitalen Bilddaten eines Materialflusses des Matrixmaterials in der Zuflussleitung und/oder in der Abflussleitung, sofern diese vorgesehen ist, beim Infundieren des Matrixmaterials in das Fasermaterial ausgebildet ist. Außerdem weist die Vorrichtung eine Auswerteeinheit auf, die zum Detektieren wenigstens einer Eigenschaft des Matrixmaterials in Abhängigkeit von den aufgenommenen digitalen Bilddaten des Materialflusses des Matrixmaterials eingerichtet ist.
  • Dabei ist denkbar, dass die Auswerteeinheit mit einer Steuerungseinrichtung der Vorrichtung derart signaltechnischen in Verbindung steht, dass Parameter des Infusionsprozesses in Abhängigkeit von der ermittelten Eigenschaft des Matrixmaterials gesteuert bzw. geregelt werden können.
  • Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figur beispielhaft näher erläutert. Es zeigt:
    • 1 - Schematische Darstellung einer Infusionsvorrichtung mit der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung.
  • 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 mit der ein Faserverbundbauteil aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt werden kann. Der Faserverbundwerkstoff liegt hierbei zunächst getrennt vor, d.h. ein Fasermaterial 2 und ein Matrixmaterial 3 liegen vor Prozessbeginn getrennt vor, d.h. das Fasermaterial 2 ist noch nicht mit dem Matrixmaterial 3 getränkt bzw. infundiert.
  • Die Vorrichtung 1 weist ein Formwerkzeug 4 auf, mit dem es sich im Ausführungsbeispiel der 1 um ein geschlossenes Formwerkzeug bestehend aus wenigstens zwei Formwerkzeughälften handelt. Im geschlossenen Zustand des Formwerkzeuges 4 bildet sich im Inneren aufgrund der Geometrie der formgebenden Werkzeugoberfläche eine Kavität 5, die durch das zuvor in eine der Formwerkzeughälften des Formwerkzeuges 4 eingebrachten Fasermaterials 2 besetzt wird bzw. ist.
  • Des Weiteren weist die Vorrichtung 1 einen Vorratsbehälter 6 auf, in dem das Matrixmaterial 3 bevorratet wird. Über eine Zuleitung 7 ist der Vorratsbehälter 6 mit dem Formwerkzeug 4 derart verbunden, dass das in dem Vorratsbehälter 6 befindliche Matrixmaterial 3 über die Zuleitung 7 in das Formwerkzeug 4 und dann in das in der Kavität 5 des Formwerkzeuges 4 befindliche Fasermaterial 2 infundiert werden kann.
  • Hierfür weist die Vorrichtung 1 in der Zuleitung 7 im Ausführungsbeispiel der 1 eine Harzpumpe 8 auf, mit der das Matrixmaterial 3 aus dem Vorratsbehälter 6 in die Zuleitung 7 und dann in das Formwerkzeug 4 gepumpt werden kann. Die Harzpumpe 8 erzeugt somit den für die Infiltration notwenigen Injektionsdruck im Ausführungsbeispiel der 1.
  • Es sei angemerkt, dass es sich bei der 1 lediglich um ein Ausführungsbeispiel handelt, so dass viele verschiedene Arten zum Erzeugen eines Injektionsdruckes denkbar sind. So ist es beispielsweise möglich, den Vorratsbehälter mit einem Druck zu beaufschlagen, um so den Druckgradienten zu erzeugen. Denkbar ist es aber auch, dass durch eine Abflussleitung 9 (Steiger/Ventingport - Harzaustritt aus dem Formwerkzeug) eine Druckdifferenz mithilfe einer Drucksenke erzeugt wird, so dass in dem Formwerkzeug 4, genauer in der Kavität 5, ein Unterdruck erzeugt wird, der zur Infusion des Matrixmaterials 3 aus dem Vorratsbehälter 6 führt. Darüber hinaus sind auch Kombinationen verschiedener Mittel zum Erzeugen der Druckdifferenz denkbar.
  • Die Harzpumpe 8 ist darüber hinaus mit einer Steuerungseinrichtung 10 verbunden, um so die Parameter für die Infiltration des Matrixmaterials 3 in das Fasermaterial 2 zu regeln bzw. zu steuern. Im einfachsten Fall schaltet die Steuerungseinrichtung 10 die Harzpumpe 8 an oder aus. In der Praxis wird die Steuerungseinrichtung 10 die Harzpumpe 8 des Weiteren auch hinsichtlich der Geschwindigkeit des Materialflusses in der Zuleitung 7 sowie hinsichtlich des Druckes steuern bzw. regeln.
  • Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung 1 eine Überwachungseinrichtung 20 auf, mit der Eigenschaften des Matrixmaterials 3 während des Infusionsprozesses überwacht werden können. Hierzu weist die Zuleitung 7 einen transparenten Bereich 21 auf, der so ausgebildet ist, dass eine optische Inaugenscheinnahme des in der Zuleitung 7 geförderten Matrixmaterials möglich wird. Der transparente Bereich 21 in der Zuleitung 7 ist zumindest so ausgebildet, dass zumindest ein Teil des sichtbaren oder unsichtbaren Lichtes in die Zuleitung 7 und aus dieser wieder heraus gelangen kann, um so basierend hierauf entsprechende Eigenschaften des Matrixmaterials 3 detektieren zu können.
  • Des Weiteren weist die Überwachungseinrichtung 20 eine optische Sensorvorrichtung 22 in Form einer Kamera auf, die auf dem transparenten Bereich 21 so ausgerichtet ist, dass sie den Materialfluss des Matrixmaterials 3 im Inneren der Zuleitung 7 im transparenten Bereich 21 aufnehmen kann. Für ein verbessertes Aufnahmeergebnis ist darüber hinaus eine Lichtquelle 23 vorgesehen, die an der gegenüberliegenden Seite des transparenten Bereiches 21 angeordnet ist und so das Aufnahmeergebnis verbessern kann. Die Lichtquelle 23 ist dabei so angeordnet, dass in der Achse zwischen der Lichtquelle 23 und der optischen Sensorvorrichtung 22 der transparente Bereich 21 der Zuleitung 7 liegt, so dass die von der Lichtquelle 23 imitierten Lichtstrahlen durch den transparenten Bereich 21 hindurchgeleitet und dann von der Kamera 22 aufgezeichnet werden. Je nach Anwendungsfall reicht jedoch aber auch das natürliche bzw. künstliche Umgebungslicht innerhalb der Arbeitsumgebung der Vorrichtung 1.
  • Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die optische Sensorvorrichtung 22 auch den transparenten Bereich 24 der Abflussleitung 9 aufnimmt, um so den Materialfluss in der Abflussleitung 9 aufnehmen und entsprechend überwachen zu können.
  • Schließlich weist die Überwachungseinrichtung 20 eine Auswerteeinheit 25 auf, welche signaltechnisch mit der optischen Sensorvorrichtung 22, sprich der Kamera, verbunden ist und die von der Kamera 22 aufgenommenen digitalen Bilddaten des Materialflusses des Matrixmaterials 3 erhält. Anhand der aufgenommenen digitalen Bilddaten des Materialflusses des Matrixmaterials ist die Auswerteeinheit 25 so ausgebildet, dass wenigstens eine Eigenschaft des Matrixmaterials in Abhängigkeit von diesen aufgenommenen digitalen Bilddaten detektieren kann, wodurch es erstmals möglich wird, während des Infusionsprozesses das Matrixmaterial hinsichtlich seiner Qualität bzw. den Materialfluss hinsichtlich seiner Qualität on-the-flight zu überwachen.
  • Aus den digitalen Bilddaten lässt sich dabei mithilfe der Auswerteeinheit 25 insbesondere das Vorhandensein und ggf. die Häufigkeit von Poren, Blasen, Schaum und/oder Fremdkörpern im Matrixmaterial als Eigenschaft detektieren. Darüber hinaus lässt sich aus den digitalen Bilddaten mithilfe der Auswerteeinheit 25 auch die Mischgüte bzw. eine Entmischung des Matrixsystems detektieren.
  • Die Auswerteeinheit 25 kann dabei beispielsweise so eingerichtet sein, dass sie aus den aufgenommenen digitalen Bilddaten ein sogenanntes Bildhistogramm erstellt, welches eine Häufigkeitsverteilung der Farbwerte der Bildpunkte in dem digitalen Bild darstellt. Ein solches Bildhistogramm gibt somit Auskunft über die Anzahl der Pixel für jeden Farbwert, wobei für ein dauerhaft gut durchmischtes Matrixsystem und insbesondere ein fehlerfreies Matrixsystem (ohne Poren, Schrauben, Fremdkörpern) die Farbwertverteilung homogen und zeitlich konstant ist. Darüber hinaus sollte sich die Häufigkeitsverteilung auf einige wenige Farbwerte in dem Bildhistogramm beschränken. Eine Schaumbildung oder Poren führen hingegen im Bildhistogramm zum sprunghaften Anstieg von Farbwerten bzw. vorher nicht vorhandenen Farbwerten mit einer signifikanten Häufigkeit, so dass sich hieraus eine entsprechende Minderung der Matrixmaterialgüte bzw. Matrixmaterialqualität ableiten lässt.
  • Denkbar ist es auch, dass eine Homogenität der Bildhistogramme über die Zeit ermittelt wird, d.h. es werden Veränderungen in den Bildhistogrammen zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Bildern ermittelt, wobei durch eine sprunghafte Änderung zwischen zwei oder mehr Bildhistogrammen hinsichtlich der Häufigkeit der Farbwertverteilung dann auf eine entsprechende Eigenschaft bzw. Verminderung der Matrixmaterialgüte geschlossen werden kann.
  • Bezugszeichenliste
  • 1 -
    Vorrichtung
    2 -
    Fasermaterial
    3 -
    Matrixmaterial
    4 -
    Formwerkzeug
    5 -
    Kavität
    6 -
    Vorratsbehälter
    7 -
    Zuflussleitung
    8 -
    Harzpumpe
    9 -
    Abflussleitung
    10 -
    Steuerungseinrichtung
    20 -
    Überwachungseinrichtung
    21 -
    transparenter Bereich
    22 -
    optische Sensorvorrichtung
    23 -
    Lichtquelle
    24 -
    transparenter Bereich in Abflussleitung
    25 -
    Auswerteeinheit

Claims (11)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, der ein Fasermaterial (2) und ein Matrixmaterial (3) hat, mit den Schritten: - Bereitstellen eines Faserverbundwerkstoffes, bei dem das Fasermaterial (2) und das Matrixmaterial (3) zunächst getrennt vorliegen, - Einbringen des Fasermaterials (2) des Faserverbundwerkstoffes in ein bereitgestelltes Formwerkzeug (4), - Infundieren des Matrixmaterials (3) des Faserverbundwerkstoffes in das in das Formwerkzeug (4) eingebrachte Fasermaterial (2), und - Konsolidieren des in das Fasermaterial (2) infundierte Matrixmaterial (3), gekennzeichnet durch - Aufnehmen von digitalen Bilddaten eines Materialflusses des Matrixmaterials (3) während des Zuflusses zum Fasermaterial (2) und/oder während des Abflusses vom Fasermaterial (2) beim Infundieren des Matrixmaterials (3) in das Fasermaterial (2) mittels einer optischen Sensorvorrichtung (22) und - Detektieren wenigstens einer Eigenschaft des Matrixmaterials (3) in Abhängigkeit von den aufgenommenen digitalen Bilddaten des Materialflusses des Matrixmaterials (3) mittels einer Auswerteeinheit (25).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorhandensein und ggf. die Häufigkeit von Poren, Blasen, Schaum und/oder Fremdkörpern im Matrixmaterial (3) als Eigenschaft des Matrixmaterials (3) in Abhängigkeit von den aufgenommenen digitalen Bilddaten des Materialflusses des Matrixmaterials (3) detektiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischgüte, ein Mischgrad und/oder eine Entmischung des Matrixmaterials (3) als Eigenschaft des Matrixmaterials (3) in Abhängigkeit von den aufgenommenen digitalen Bilddaten des Materialflusses des Matrixmaterials (3) detektiert werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kennwert für die Materialgüte des Matrixmaterials (3) als Eigenschaft des Matrixmaterials (3) in Abhängigkeit von den aufgenommenen digitalen Bilddaten des Materialflusses ermittelt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den aufgenommenen digitalen Bilddaten wenigstens ein Bildhistogramm bzgl. der in den Bilddaten enthaltenen Farbwerte mittels der Auswerteeinheit (25) erstellt und die wenigstens eine Eigenschaft des Matrixmaterials (3) dann in Abhängigkeit von dem oder den Bildhistogrammen mittels der Auswerteeinheit (25) detektiert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass kontinuierlich während des Infundierens des Matrixmaterials (3) die digitalen Bilddaten aufgenommen und Histogramme aus den digitalen Bilddaten erzeugt und für die Eigenschaftsdetektion ausgewertet werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialfluss des Matrixmaterials (3) in einer Zuflussleitung (7) zum Formwerkzeug (4) und/oder in einer Abflussleitung (9) vom Formwerkzeug (4) aufgenommen wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Steuerungseinheit (10) in Abhängigkeit von der mindestens einen detektierten Eigenschaft des Matrixmaterials (3) ein oder mehrere Parameter des Infusionsprozesses, bei dem das Matrixmaterial (3) in das Fasermaterial (2) infundiert wird, gesteuert oder geregelt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Infusionsprozess in Abhängigkeit von der detektierten Eigenschaft des Matrixmaterials (3) abgebrochen wird.
  10. Vorrichtung (1) zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, der ein Fasermaterial (2) und ein Matrixmaterial (3) hat, wobei die Vorrichtung (1) - ein Formwerkzeug (4) aufweist, in die das ungetränkte Fasermaterial (2) einbringbar ist, - wenigstens einen Vorratsbehälter (6) hat, in dem das Matrixmaterial (3) bereitgestellt wird, und - eine Zuflussleitung (7) vom Vorratsbehälter (6) zum Formwerkzeug (4), um das Matrixmaterial (3) aus dem Vorratsbehälter (6) in das in das Formwerkzeug (4) eingebrachte Fasermaterial (2) zu infundieren, und ggf. eine Abflussleitung (9) vom Formwerkzeug (4) zur Abführung überschüssigen Matrixmaterials (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass - eine optische Sensorvorrichtung (22) vorgesehen ist, die zum Aufnehmen von digitalen Bilddaten eines Materialflusses des Matrixmaterials (3) in der Zuflussleitung (7) und/oder in der Ablussleitung (9), sofern diese vorgesehen ist, beim Infundieren des Matrixmaterials (3) in das ausgebildet ist, und - eine Auswerteeinheit (25) vorgesehen ist, die zum Detektieren wenigstens einer Eigenschaft des Matrixmaterials (3) in Abhängigkeit von den aufgenommenen digitalen Bilddaten des Materialflusses des Matrixmaterials (3) eingerichtet ist.
  11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist.
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