DE102018105889A1

DE102018105889A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen einer Leckage

Info

Publication number: DE102018105889A1
Application number: DE102018105889.6A
Authority: DE
Inventors: Ali Al-Lami; Anja Haschenburger
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2038-03-15
Also published as: DE102018105889B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Leckage an einem evakuierten Vakuumaufbau zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, der ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial beinhaltet, wobei Wärmebilddaten des evakuierten Vakuumaufbaus durch einen Wärmebildsensor aufgenommen werden und eine Leckage an dem evakuierten Vakuumaufbau in Abhängigkeit von einer aus den Wärmebilddaten ermittelten Temperaturdifferenz detektiert wird, wobei zumindest ein Teil des evakuierten Vakuumaufbaus durch eine reflektierende Spiegeloberfläche mindestens eines Spiegels in Richtung des Wärmebildsensors reflektiert wird und wobei Wärmebilddaten des durch den mindestens einen Spiegel reflektierenden Teils des Vakuumaufbaus von der reflektierenden Spiegeloberfläche durch den Wärmebildsensor aufgenommen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen einer Leckage an einem evakuierten Vakuumaufbau zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, der ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial beinhaltet.
Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, bei dem ein solches Verfahren bzw. eine solche Vorrichtung zur Erkennung einer Leckage verwendet wird.
Bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen können verschiedene Herstellungsverfahren unterschieden werden, die je nach zugrundeliegender Situation ihre entsprechenden Vorteile ausspielen können. Allen Verfahren gleich ist die Tatsache, dass ein Fasermaterial des Faserverbundwerkstoffes in eine entsprechende Bauteilform gebracht und anschließend ein die Fasern des Fasermaterials einbettendes Matrixmaterial ausgehärtet wird, so dass Fasermaterial und Matrixmaterial eine integrale Einheit bilden.
Bei dem sogenannten Vakuuminjektionsverfahren wird hierbei das meist trockene Fasermaterial auf ein Formwerkzeug drapiert und mithilfe eines Vakuumaufbaus luftdicht verschlossen. Anschließend wird das nunmehr luftdicht abgeschlossene Fasermaterial evakuiert, so dass sich eine Druckdifferenz zwischen dem Umgebungsdruck, d.h. außerhalb des Vakuumaufbaus, und im Inneren des Vakuumaufbaus einstellt. Durch diese Druckdifferenz und ggf. auch zusätzlicher Druckbeaufschlagung mittels eines Autoklaven kann der Kompaktierungsgrad des herzustellenden Faserverbundbauteils erhöht und darüber hinaus auch die Basis für eine Harzinjektion geschaffen werden. Denn der aufgrund des erzeugten Vakuums eingestellte Druckgradient unterstützt dabei die Infiltration des Fasermaterials durch das in den Vakuumaufbau einströmende Matrixmaterial, um das Bauteil vollständig mit dem Matrixmaterial zu benetzen und qualitativ hochwertige Bauteile herzustellen.
Außerdem wird durch das erzeugte Vakuum die Kompaktierung des Bauteils zur Erhöhung des Faservolumengehaltes unterstützt, so dass ein solches Vakuumverfahren grundsätzlich auch bei der Verwendung von vorimprägnierten Faserhalbzeugen (prepregs) Anwendung findet.
Ein Faserverbundwerkstoff kann, nur der Vollständigkeit halber, neben den Hauptbestandteilen Fasermaterial und Matrixmaterial noch weitere Bestandteile aufweisen, die je nach Anwendungsfall ausgewählt werden können. So ist es denkbar, dass das Fasermaterial beispielsweise noch Bindermaterialien enthält, um Preformen zu fixieren. Denkbar ist auch, dass das Matrixmaterial neben den Hauptbestandteilen noch andere Zusätze aufweist, wie beispielsweise Beschleuniger bzw. Katalysatoren.
Ein häufig auftretendes Problem bei derartigen vakuumabgedichteten Aufbauten sind Leckagen, die während der Herstellung bzw. während des Zusammensetzens des Vakuumaufbaus an der äußeren Vakuumfolie oder Vakuumhaube entstehen. Diese Leckagen führen während der Bauteilaushärtung zu Fehlstellen an den Bauteilen, die ggf. später in Handarbeit nachgebessert oder im schlimmsten Fall als Ausschuss ausgesondert werden müssen. Denn gerade bei Faserverbundbauteilen können Fehlstellen innerhalb des Bauteils zu einem massiven Einbruch der geforderten Bauteilqualität, wie beispielsweise Steifigkeit und Zugfestigkeit, führen. Ein Grund hierfür liegt darin, dass durch die Leckagen lokal der Druckgradient verringert wird, was bspw. zu einer geringeren Wahrscheinlichkeit einer vollständigen Benetzung mit dem infundierten Matrixmaterial führt oder zu einem lokal veränderten Faservolumengehalt (bspw. bei Prepregs). Dies kann sich in einem massiven Qualitätsmangel dieser Faserverbundbauteile äußern. Des Weiteren können Leckagen im Vakuumaufbau zu porösen Stellen führen und sind somit ebenfalls als Qualitätsmangel einzustufen.
Häufig werden derartige Leckagen während des Zusammensetzens der Vakuumaufbauten nicht rechtzeitig erkannt, so dass erst nach Beginn des Infiltrationsprozesses oder schlimmstenfalls nach dem Aushärten des Bauteils ein Fehler offensichtlich wird. Dieses Problem führt gerade bei Großbauteilen zu einer drastischen Erhöhung der Fertigungskosten und des Qualitätsmanagements, was die ansonsten offensichtlichen Vorteile eines Faserverbundbauteils negativ beeinträchtigt.
Aus der DE 10 2011 100 096 A1 ist ein Verfahren zum Erkennen einer Leckage an einem vakuumabgedichteten Aufbaus bekannt, wobei mithilfe eines thermographischen Bildsensors thermographische Bilddaten des evakuierten Vakuumaufbaus aufgenommen werden. Anhand dieser thermographischen Bilddaten lässt sich dann feststellen, ob eine Leckage an dem evakuierten Vakuumaufbau existiert. Vorteilhaft wird hierbei die Umgebung und/oder der Vakuumaufbau temperiert, so dass sich eine in dem Vakuumaufbau existierende Temperaturdifferenz, die aufgrund der Leckage in dem Vakuumaufbau gebildet wird, gut durch die Thermographiedaten erkennen lässt.
Ein Nachteil hierbei besteht jedoch darin, dass zum einen nur relativ kleine Bauteile prozesssicher erfasst und überwacht werden können und darüber hinaus komplexe Bauteile mit Hinterschneidungen oder anderen komplexen geometrischen Formen nur dann prozesssicher und vollständig überwacht werden können, wenn eine Vielzahl von derartigen thermographischen Bildsensoren zur vollständigen Abdeckung des Vakuumaufbaus eingesetzt werden. Dies allerdings erhöht die Anlagenkomplexität und demzufolge auch die Kosten, was nicht wünschenswert ist. Das Problem wird darüber hinaus je nach Bauteilgröße und Komplexität verstärkt und kann dazu führen, dass ein solches thermographisches Leckageerkennungsverfahren bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen schlicht unwirtschaftlich wird.
Aus der EP 1 109 002 A2 ist ein Verfahren zum Erkennen einer Fehlstelle eines wasserdichten Bauteils bekannt, das innenliegende und gegeneinander abgeschottete Kavitäten aufweist. Das zu überprüfende Bauteil wird dabei mithilfe einer Drucksenke evakuiert und anschließend mit einer Videovorrichtung beobachtet, wobei die Videovorrichtung verschiedene Temperaturen mithilfe entsprechender Farben darstellen kann. Weist das Bauteil eine Fehlstelle auf, so tritt schnell und plötzlich Umgebungsluft in eine der evakuierten Kavitäten ein, was dazu führt, dass sich die einströmende Luft im Bereich der Fehlstelle aufgrund der plötzlichen Ausdehnung in der evakuierten Kavität abkühlt, wobei diese Abkühlung dann mithilfe der Videovorrichtung auf einem Display erkannt werden kann.
Aus der DE 197 23 799 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Erfassung von Leckagen an einer mit Fluid gefüllten Verpackung bekannt, wobei die Verpackung zunächst mit einer entsprechenden Vorrichtung Druck beaufschlagt wird und anschließend mit einer Infrarotkamera erfasst wird, wobei bei austretenden Infusionsflüssigkeiten die Außenseite der Verpackung benetzt und aufgrund der einsetzenden Verdunstung in diesem Bereich eine niedrigere Temperatur erkennbar ist.
Aus der 41 11 686 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur berührungslosen Dichtigkeitsprüfung mit infrarotempfindlichen Detektoren bekannt, wobei ein Prüfling mit einem Prüffluid gefüllt und eine Leckage dann anhand einer charakteristischen Eigenschaft des austretenden Prüffluids mithilfe von Kameras detektierbar ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Erkennen von Leckagen an einem vakuumabgedichteten Aufbau zur Herstellung eines Faserverbundbauteils anzugeben, mit dem insbesondere Großbauteile prozesssicher überwacht werden können, ohne hierbei signifikant die Anlagenkomplexität zu steigern.
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie der Vorrichtung gemäß Anspruch 9 erfindungsgemäß gelöst.
Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zum Erkennen einer Leckage an einem evakuierten Vakuumaufbau zur Herstellung eines vom Faserverbundbauteil aus einem Faserverbundwerkstoff vorgeschlagen, wobei der Faserverbundwerkstoff ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial beinhaltet. Gattungsgemäß ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass mithilfe eines Wärmebildsensors entsprechende Wärmebilddaten des evakuierten Vakuumaufbaus aufgenommen werden, wobei eine Leckage an dem evakuierten Vakuumaufbau in Abhängigkeit von einer aus den Wärmebilddaten ermittelten Temperaturdifferenz detektiert wird. Das vorliegende Leckageerkennungsverfahren bedient sich somit der in der DE 10 2011 100 096 A1 offenbarten technischen Lehre, wo mithilfe einer an einem Vakuumaufbau detektierten Temperaturdifferenz auf eine entsprechende Leckage des Vakuumaufbaus geschlossen wird.
Dieses gattungsgemäße Leckageerkennungsverfahren wird nun erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass zumindest ein Teil des evakuierten Vakuumaufbaus durch eine reflektierende Spiegeloberfläche mindestens eines Spiegels in Richtung des Wärmebildsensors reflektiert wird, wobei Wärmebilddaten des durch den mindestens einen Spiegel reflektierenden Teils des Vakuumaufbaus von der reflektierenden Spiegeloberfläche durch den Wärmebildsensor aufgenommen werden.
Erfindungsgemäß wird somit der gesamte Vakuumaufbau nicht direkt durch den Wärmebildsensor aufgenommen, sondern es wird zumindest ein Teil des Vakuumaufbaus, vorteilhafterweise wie später noch gezeigt der vollständige Vakuumaufbau, mithilfe eines Spiegels indirekt durch den Wärmebildsensor aufgenommen. Der Wärmebildsensor nimmt dabei nicht direkt das Bild des Vakuumaufbaus auf, sondern die Wärmebilddaten werden von der Spiegeloberfläche und dem darauf abgebildeten Abbilds des Vakuumaufbaus, bzw. eines Teils davon, aufgenommen. Der durch den Spiegel in Richtung des Wärmebildsensors reflektierte Teil des Vakuumaufbaus wird somit nicht direkt von dem Wärmebildsensor erfasst, sondern über den Umweg des Spiegels bzw. basierend auf dem durch die reflektierende Spiegeloberfläche erstellten Abbildes des entsprechenden Teils des Vakuumaufbaus.
Der Wärmebildsensor ist somit mit seinem Aufnahmebereich bzw. Sichtbereich teilweise oder vollständig auf die reflektierende Spiegeloberfläche ausgerichtet.
Hierdurch wird es möglich, durch eine Anordnung eines oder mehrerer Spiegel und eine entsprechende Ausrichtung auf den Wärmebildsensor so, dass Teile des Vakuumaufbaus in Richtung des Wärmebildsensors abgelenkt bzw. reflektiert werden, dass die Anzahl der Wärmebildsensoren bei großen Bauteilen drastisch reduziert werden kann und im Idealfall nur ein einziger Wärmebildsensor Anwendung findet. Darüber hinaus lassen sich die Spiegel auch so anordnen, dass komplexe geometrische Bauformen, wie beispielsweise Hinterschneidungen, vollständig erfasst werden können, indem die Spiegel so angeordnet werden, dass der hinterschnittende Teil des Vakuumaufbaus in Richtung des Wärmebildsensors reflektiert wird und somit durch den Wärmebildsensor aufgenommen werden kann, auch wenn dieser reflektierende Teil des Vakuumaufbaus nicht in direkter Sichtverbindung liegt.
Die Erfinder haben hierbei erkannt, dass trotz der Anwendung von einem oder mehreren Spiegeln und einer reflektierenden Spiegeloberfläche dennoch prozesssicher eine Temperaturdifferenz in dem Vakuumaufbau erkannt und somit auf eine Leckage geschlossen werden kann, so als würde das Bauteil direkt durch den Wärmebildsensor aufgenommen werden. Es wurde insbesondere erkannt, dass trotz Einsatz von einer reflektierenden Spiegeloberfläche prozesssicher die Wärmebilddaten aufgenommen werden können, um so eine Leckage am Vakuumaufbau erkennen zu können.
Bei den Fasermaterialien im Sinne der vorliegenden Erfindung kann es sich um trockene Fasermaterialen handeln, die mit Hilfe des Vakuumaufbaus zusätzlich noch mit dem Matrixmaterial infundiert werden sollen, oder um vorimprägnierte Fasermaterialien (Prepregs) handeln, die bereits mit Matrixmaterial imprägniert sind.
Die Erfindung schafft somit die Möglichkeit, sowohl sehr große Bauteile (beispielsweise durch die Verwendung von konvex oder konkav gekrümmten Spiegeloberflächen) als auch geometrisch sehr komplexe Bauteile prozesssicher mit nur einem oder sehr wenigen Wärmebildsensoren hinsichtlich einer Leckage zu überwachen, so dass die Anlagenkomplexität insgesamt verringert, die Bauteilkosten hierdurch reduziert und der gesamte Herstellungsprozess dennoch sehr ökonomisch und effizient durchgeführt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird zwischen der reflektierenden Spiegeloberfläche des zumindest einen Spiegels und dem Vakuumaufbau während der Aufnahme der Wärmebilddaten durch den Wärmebildsensor eine Relativbewegung mittels einer Bewegungseinrichtung bewirkt, so dass sich während der Aufnahme der Wärmebilddaten der Aufnahmewinkel, mit dem der reflektierende Teil des Vakuumaufbaus aufgenommen wird, wodurch Fehldetektionen vermieden und die Detektionsgenauigkeit erhöht werden kann. Denn bei recht kleinen Leckagen können Spiegelungen an der Oberfläche des Vakuumaufbaus aufgrund der verwendeten Materialien des Vakuumaufbaus unter gewissen Umständen eine Temperaturdifferenz anzeigen, die auf eine Leckage schließen lassen würde, obwohl an dieser Stelle keine Leckage existiert. Durch das Erzeugen einer Relativbewegung zwischen Spiegel und Vakuumaufbau wird somit der Aufnahmewinkel durch den Wärmebildsensor verändert, wodurch derartige Fehldetektionen vermieden werden können.
Dabei kann die Relativbewegung kontinuierlich und dauerhaft während der gesamten Aufnahmezeit bewirkt werden. Denkbar ist aber auch, dass zunächst ein erster Satz Wärmebilddaten unter einem ersten Aufnahmewinkel aufgenommen wird, die Aufnahme dann pausiert wird, dann eine Relativbewegung zwischen Spiegel und Vakuumaufbau bewirkt wird, um so den Winkel zu ändern und dann mindestens ein zweiter Satz Wärmebilddaten aufgenommen wird. Dadurch werden ein erster und wenigstens ein zweiter Satz Wärmebilddaten erzeugt, die sich hinsichtlich des aufgenommenen Aufnahmewinkels unterscheiden.
Vorteilhafterweise wird das Erzeugen der Relativbewegung zwischen Spiegel und Vakuumaufbau durch eine Bewegungseinrichtung derart bewirkt, dass der Spiegel von einer ersten Position in eine zweite Position bewegt wird. Dies kann auch kontinuierlich geschehen, so dass der Spiegel kontinuierlich von der ersten in die zweite Position und dann wieder zurück zur ersten Position bewegt wird, wobei dann der Spiegel wieder in die zweite Position usw. bewegt wird. Dabei ändert sich permanent der Reflektionswinkel, wodurch trotz des feststehenden Wärmebildsensors regelmäßig der Aufnahmewinkel verändert wird.
Es ist selbstverständlich aber auch denkbar, dass der Vakuumaufbau gegenüber einem feststehenden Spiegel und einem feststehenden Wärmebildsensor bewegt wird, um so den Aufnahmewinkel zu verändern.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden die Wärmebilddaten von einer konvex oder konkav gekrümmten Spiegeloberfläche des mindestens einen Spiegels durch den Wärmebildsensor aufgenommen. Bei einer konvex gekrümmten Spiegeloberfläche (ein sogenannter Konvexspiegel) ist die Spiegeloberfläche nach außen gewölbt bzw. gekrümmt, wodurch der Reflektionsbereich vergrößert werden kann. Damit lassen sich insbesondere sehr große Vakuumaufbauten mit nur einem einzigen Wärmebildsensor vollständig aufnehmen. Denkbar ist aber auch, dass eine konkav gekrümmte Spiegeloberfläche eines Konkavspiegels verwendet wird, um so beispielsweise größere Hinterschneidungsflächen auf einen kleineren Bereich abbilden zu können. Dies ist beispielsweise dann denkbar, wenn der Spiegel gleich oder größer ist als der Vakuumaufbau. Ein Konvexspiegel kann dann besonders sinnvoll sein, wenn der Vakuumaufbau deutlich größer ist als der Spiegel.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die konvex gekrümmte Spiegeloberfläche des mindestens einen Konvexspiegels pendelartig gegenüber dem Vakuumaufbau während der Aufnahme der Wärmebilddaten durch den Wärmebildsensor bewegt, so dass kontinuierlich der Reflektionswinkel verändert und somit auch der Aufnahmewinkel variiert wird. Durch das pendelartige Bewegen des Konvexspiegels wird die konvex gekrümmte Spiegeloberfläche über den Vakuumaufbau hin und her bewegt, wobei der Drehpunkt der Pendelbewegung vorteilhafterweise oberhalb des Vakuumaufbaus liegt. Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Drehachse der Pendelbewegung parallel zum Vakuumaufbau ausgerichtet ist oder wenn die Drehachse koaxial zum Mittelpunkt der konvexen Krümmung vorliegt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung diesbezüglich ist der Wärmebildsensor an dem Konvexspiegel fest angeordnet, so dass bei einer Bewegung des Konvexspiegels bzw. bei einer Bewegung der konvexgekrümmten Spiegeloberfläche die Kamera ebenfalls mitbewegt wird. Daraus resultiert, dass der Wärmebildsensor auch bei einem Bewegen des Konvexspiegels einen immer gleichbleibenden Aufnahmewinkel in Bezug auf den Konvexspiegel hat. Durch das Bewegen des Konvexspiegels und der konvexgekrümmten Spiegeloberfläche wird jedoch der Reflektionswinkel verändert, so dass aufgrund eines veränderten Reflektionswinkels auch der Aufnahmewinkel bezüglich des Vakuumaufbaus verändert wird.
So ist es denkbar und bei großen Bauteilen auch vorteilhaft, wenn der Konvexspiegel oberhalb des Vakuumaufbaus angeordnet ist und eine pendelartige Bewegung gegenüber dem Vakuumaufbau ausführt. Mit Hilfe einer Halterung ist der Wärmebildsensor dabei an dem Konvexspiegel angeordnet und auch die konvexgekrümmte Spiegeloberfläche ausgerichtet, wobei der Wärmebildsensor dann zwischen dem Vakuumaufbau und der konvexgekrümmten Spiegeloberfläche des Konvexspiegels angeordnet ist (beispielsweise in einer Ruheposition oder in einer bewegten Position). Dadurch kann der Wärmebildsensor den Vakuumaufbau vollständig aufnehmen, auch wenn der Wärmebildsensor konstruktionsbedingt gerade nicht auf den Vakuumaufbau ausgerichtet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der Spiegel gegenüber dem Vakuumaufbau verfahren, was insbesondere dann besonders vorteilhaft ist, wenn besonders große Bauteile wie beispielsweise Flügelschalen von Verkehrsflugzeugen oder Rotorblätter von Windkraftanlagen überwacht werden sollen. Diese sind in der Regel sehr breit und sehr lang, wobei durch einen entsprechenden Spiegel, wie beispielsweise einem Konvexspiegel, die gesamte Breite des Bauteils erfasst werden kann, während durch das Verfahren längs des Bauteils dann auch die gesamte Länge des Bauteils überprüft werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Temperiereinrichtung vorgesehen, die eine Temperaturdifferenz zwischen dem Vakuumaufbau und der Umgebungsluft des Vakuumaufbaus erzeugt. Aufgrund dieser Temperaturdifferenz lassen sich dann bei Leckagen entsprechende Temperaturdifferenzen innerhalb des Vakuumaufbaus besser erkennen, wodurch die Erkennungsgenauigkeit gerade bei kleinen Leckagen deutlich verbessert werden kann.
Unter einem Spiegel bzw. einer reflektierenden Spiegeloberfläche wird insbesondere eine Oberfläche verstanden, die nicht nur Licht im sichtbaren Bereich reflektiert, sondern insbesondere auch entsprechende Wärmestrahlen bzw. IR-Strahlen, umso durch Aufnahme der Spiegelung des Vakuumaufbaus entsprechende Wärmebilddaten generieren zu können. Bei den Wärmebilddaten handelt es sich um meist optisch darstellbare Bilddaten, die mit einer entsprechenden Temperatur in den jeweiligen Bildbereich korrelieren. Hierdurch lassen sich Rückschlüsse auf die Temperatur des Bauteils in dem durch den Pixel abgedeckten Bauteilbereich ableiten. Insbesondere Wärmebildkameras erzeugen derartige Wärmebilddaten.
Das Verfahren kann dabei manuell oder automatisiert durchgeführt werden. Dabei ist es denkbar, dass der Wärmebildsensor mit einer Recheneinheit in Verbindung steht und basierend auf den aufgenommenen Wärmebilddaten dann eine Temperaturdifferenz zur Leckageerkennung identifiziert und somit die Leckage detektiert. Dies lässt sich diesbezüglich dahingehend automatisieren, dass oberhalb eines Grenzwertes bei sprunghaft angestiegener Temperatur innerhalb eines gewissen Bereiches von einer Leckage auszugehen ist, da mit hoher Wahrscheinlichkeit die anders temperierte Umgebungsluft in den Vakuumaufbau eindringt und dort zu einem Temperaturunterschied führt. Auch das sich plötzlich ausdehnende Fluid, das bei einer Leckage in den Vakuumaufbau einströmt, führt zu einer Erkaltung bzw. zu einer Veränderung der Temperatur und kann entsprechend durch geeignete Bilderkennungsverfahren aus den Wärmebilddaten identifiziert werden.
Denkbar ist aber auch, dass die Wärmebilddaten auf einem Monitor optisch dargestellt werden, wobei eine Leckage dann bereits anhand der sich verändernden Farben auf dem Monitor erkannt werden kann. So ist es beispielsweise denkbar, dass die Farben zur Darstellung der Temperatur auf die Umgebungstemperatur normiert werden, so dass allein durch bloßes Betrachten der Wärmebilddaten den Monitor Bereiche erkennen lassen, in denen sich die Temperatur verändert, da diese dann gegenüber den anderen Bereichen in einer jeweils anderen Farbe dargestellt werden.
Darüber hinaus ist es auch ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff anzugeben, wobei bei einer solchen Herstellung eines Faserverbundbauteils mit Hilfe eines Vakuumaufbaus ein Leckageerkennungsverfahren wie vorstehend beschrieben versendet wird.
Darüber hinaus wird mit Anspruch 9 eine Vorrichtung zum Erkennen einer Leckage an einem evakuierten Vakuumaufbau zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff vorgeschlagen, wobei der Faserverbundwerkstoff ein Fasermaterial oder Matrixmaterial beinhaltet. Die Vorrichtung hat einen Wärmebildsensor zur Aufnahme von Wärmebilddaten des evakuierten Vakuumaufbaus, wobei der Wärmebildsensor mit einer Recheneinheit und ggf. mit einem Monitor verbunden ist, die zum Erkennen einer Temperaturdifferenz in dem evakuierten Vakuumaufbau um Detektieren einer Leckagenabhängigkeit von der erkannten Temperaturdifferenz eingerichtet ist. Die Vorrichtung weist des Weiteren mindestens einen Spiegel mit einer reflektierenden Spiegeloberfläche auf, wobei die reflektierende Spiegeloberfläche derart ausgerichtet ist, dass zumindest ein Teil des evakuierten Vakuumaufbaus durch den Spiegel in Richtung des Wärmebildsensors reflektiert wird, um Wärmebilddaten des durch den mindestens einen spiegelreflektierenden Teils des Vakuumaufbaus von der reflektierenden Spiegeloberfläche durch den Wärmebildsensor aufzunehmen.
Erfindungsgemäß ist somit der Wärmebildsensor zumindest teilweise auf die reflektierende Spiegeloberfläche ausgerichtet und kann diese aufnehmen, so dass der Bereich des Vakuumaufbaus, der aufgrund der Reflektion der reflektierenden Spiegeloberfläche als Abbild in der Spiegeloberfläche für die Wärmebildsensor erscheint, durch diesen entsprechend aufgenommen werden kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:

1 - schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Konvexspiegel;
2 - schematische Darstellung einer Ausführungsform.

1 zeigt einen Vakuumaufbau 10, bei dem ein auf ein Formwerkzeug 11 abgelegtes Fasermaterial 12 und einer Vakuumfolie 13 luftdicht verschlossen wurde. Das luftdichte Verschließen des Fasermaterials 12 (trocken oder vorimprägniert) kann darüber hinaus auch mit anderen Elementen als mit einer Vakuumfolie 13 erfolgen, beispielsweise mit Hilfe einer Vakuumhaube. Der Einsatz von Vakuumfolien 13 ist bei derartigen Vakuumaufbauten jedoch sehr häufig anzutreffen. Die Vakuumfolie 13 wird dann im Randbereich des Formwerkzeuges 11 gegenüber diesem mithilfe einer Abdichtung 14 luftdicht verschlossen.
Das Fasermaterial 12 kann dabei trockenes oder vorimprägniertes Fasermaterial sein, das nach dem Evakuieren der unter dem Vakuumaufbau 10 gebildeten Kavität 15 mit einem Matrixmaterial infundiert werden soll. Das Evakuieren der Kavität 15 und somit des Fasermaterials 12, welches sich in der Kavität 15 befindet, erfolgt dabei durch eine nicht dargestellte Vakuumpumpe. Nach dem Evakuieren wird dann das Matrixmaterial über eine entsprechende Zuleitung in das Fasermaterial 12 geleitet.
Nach dem Evakuieren, vorteilhafterweise jedoch vor der Harzinjektion soll nun der Vakuumaufbau 10 hinsichtlich von Leckagen überprüft werden. Hierfür ist über dem Vakuumaufbau 10 im Ausführungsbeispiel der 1 ein Konvexspiegel 20 angeordnet, der eine konvexgekrümmte Spiegeloberfläche 21 hat. Der Konvexspiegel 20 ist dabei mithilfe einer nicht weiter spezifizierten Aufhängung über den Vakuumaufbau 10 bewegbar angeordnet.
Die Aufhängung des Konvexspiegels 20 ist dabei dergestalt, dass der Konvexspiegel 20 in Bezug auf den Vakuumaufbau 10 eine Relativbewegung ausführen kann in Form einer pendelartigen Bewegung, bspw. um eine (flexible) Achse von dem Drehpunkt (22), um die Breite und/oder Länge des Bauteils abzudecken . Hierbei schwingt der Konvexspiegel 20 um einen Drehpunkt 22 von einer ersten Pendelposition P₁ in eine zweite Pendelposition P₂ , wodurch der Reflektionswinkel des darunterliegenden Vakuumaufbaus 10 verändert wird. Bei dem Drehpunkt 22 kann es sich bspw. um ein Drehgelenk handeln, dass über die gesamte Oberfläche des Bauteils schwenkbar den Spiegel führen kann (z.B. ein Kugelgelenk).
Über entsprechende Haltearme 31 (Halterung) ist an dem Konvexspiegel 20 ein Wärmebildsensor 30 angeordnet, dessen durch einen Pfeil gekennzeichneter Aufnahmerichtung in Richtung der konvex gekrümmten Spiegeloberfläche 21 ausgerichtet ist. Der Wärmebildsensor 30 ist somit so eingerichtet, dass er die konvex gekrümmte Oberfläche 21 und das darin befindliche Abbild einer Spiegelung entsprechend aufnehmen kann.
In dieser in 1 gezeigten Ausführungsform befindet sich der Wärmebildsensor 30 quasi zwischen dem Konvexspiegel 20 und dem Vakuumaufbau 10, wobei der Wärmebildsensor 30 gerade nicht auf den Vakuumaufbau 10 ausgerichtet ist, sondern ausschließlich auf die konvex gekrümmte Oberfläche 21 des Konvexspiegels 20.
Der Aufnahmebereich 32 des Wärmebildsensors 30 ist somit vollständig auf die konvex gekrümmte Oberfläche 21 ausgerichtet.
In der konvex gekrümmten Oberfläche 21 entsteht nun aufgrund der Ausrichtung des Konvexspiegels 20 eine Reflektion des darunterliegenden Vakuumaufbaus 10, was durch den Wärmebildsensor 30 als Spiegelung in dem Konvexspiegel 20 aufgenommen werden kann. Basierend hierauf werden dann die entsprechenden Wärmebilddaten durch den Wärmebildsensor 30 erzeugt. Der durch den Konvexspiegel 20 erzeugte Aufnahmebereich 33 ist dabei größer als der Aufnahmebereich 32 des Wärmebildsensors 30. Durch die Pendelbewegung kann dieser Aufnahmebereich 33 noch vergrößert werden. Die Pendelbewegung kann, wie in 1 gezeigt, in der Ebene der Richtungen P₁ und P₂ erfolgen. Selbstverständlich kann die Pendelbewegung aber in jede beliebige Richtung, auch kreisförmig über dem Bauteil, erfolgen, so dass die Pendelbewegung auch aus der Betrachtungsebene heraus liegen kann.
Die durch den Wärmebildsensor 30 aufgenommenen Wärmebilddaten werden dann an eine Auswerteeinheit 40 signaltechnisch übertragen, beispielsweise kabelgebunden oder kabellos, und werden dort mithilfe eines auf der Auswerteeinheit 40 ablaufenden Bilderkennungsprogramms 41 analysiert. Mithilfe der Bilderkennungssoftware können dabei die Konturdifferenzen innerhalb der aufgenommenen Wärmebilddaten erkannt werden, wobei dann auf eine entsprechende Leckage geschlossen werden kann.
Dabei ist es denkbar, dass die aufgezeichneten Wärmebilddaten auf einem Monitor 42 einer den Prozess (bspw. Infusionsprozess) überwachenden Person angezeigt werden können, so dass hier gegebenenfalls auch manuell überprüft werden kann, ob eine Leckage vorliegt oder nicht.
Durch das schwenkbare Anordnen des Konvexspiegels 20 im Drehpunkt 22 kann der Konvexspiegel zwischen einer Pendelposition P₁ und einer Pendelposition P₂ schwingen, wobei hierdurch der Reflektionswinkel auf der konvex gekrümmten Oberfläche 21 in Bezug auf den Vakuumaufbau 10 verändert wird. Durch den an dem Konvexspiegel 22 festangeordneten Wärmebildsensor 30 wird nun bei einer entsprechenden Pendelbewegung zwischen P₁ und P₂ letztlich der Aufnahmewinkel in Bezug auf den Vakuumaufbau 10 verändert, so dass sich unterschiedliche Aufnahmewinkel für den Vakuumaufbau 10 in den Wärmebilddaten ergeben.
Hierdurch kann erreicht werden, dass die aufgrund von Reflektionen entstehenden Fehldetektionen vermieden werden, da nun der Vakuumaufbau regelmäßig unter verschiedenen Aufnahmewinkeln aufgenommen wird. Hierdurch egalisieren sich eventuelle Temperaturdifferenzen, die ihre Grundlage in einer Oberflächenspiegelung haben, heraus und die Wahrscheinlichkeit von Fehldetektionen kann deutlich verringert werden.
Darüber hinaus kann mit dem pendelförmigen Konvexspiegel erreicht werden, dass auch besonders große bzw. breite Vakuumaufbauten 10 mit nur einem einzigen Wärmebildsensor 30 untersucht werden können, so dass die Anlagenkomplexität und die Anlagenkosten reduziert werden können. So ist es denkbar, dass der Aufnahmebereich 33 des Konvexspiegels 30 kleiner ist als das Bauteil selber, wobei durch die Relativbewegung des Spiegels gegenüber dem Bauteil erreicht werden kann, dass auch das gesamt Bauteil überwacht wird. Gleichzeitig kann dann zwischen einer Leckage und einer Reflexion entsprechend unterschieden werden.
Im Ausführungsbeispiel der 1 ist der Wärmebildsensor 30 so ausgerichtet, dass er niemals direkt Teile des Vakuumaufbaus 10 aufnehmen wird. Im Ausführungsbeispiel der 1 erfolgt die Aufnahme der Wärmebilddaten ausschließlich über den Konvexspiegel 20. Ein anderes Ausführungsbeispiel hierzu zeigt die 2. Der Wärmebildsensor 30 ist dabei so auf den Vakuumaufbau 10 ausgerichtet, dass eine obere Seite 10a des Vakuumaufbaus 10 direkt von dem Wärmebildsensor 30 erfasst werden kann. Die Seitenflächen 10b des steil abfallenden Vakuumaufbaus 10 können jedoch aus dem Blickwinkel des Wärmebildsensors 30 nicht prozesssicher erfasst werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 sind gegenüber den jeweiligen Seitenflächen 10b entsprechende Spiegel 50 angeordnet, die so ausgerichtet sind, dass sie die Seitenflächen 10b des Vakuumaufbaus 10 in Richtung des Aufnahmebereiches des Wärmebildsensors 30 reflektieren. Der Wärmebildsensor 30 kann nun das in den Spiegeln 50 erscheinende Abbild der Seitenflächen 10b aufnehmen und als Wärmebilddaten an die nicht dargestellte Recheneinheit 40 übertragen. Der Ausführungsbereich 32 ist dabei nur teilweise auf die Seitenspiegel 50 ausgerichtet, so dass der Aufnahmebereich 32 auch auf die obere Seite 10a ausgerichtet ist.
Dabei ist es denkbar, dass die Seitenspiegel 50 beispielsweise eine konkave Krümmung entlang des Bauteils (aus der Sichtebene heraus) haben, wodurch die Seitenflächen 10b auf einem kleineren Bereich abgebildet werden.
Mit dem Funktionsprinzip, das in 2 gezeigt wurde, lassen sich somit auch komplexe Vakuumaufbauten mit komplexen Geometrien prozesssicher hinsichtlich der Feststellung einer Leckage überwachen, ohne dass hierfür eine Vielzahl von verschiedensten Wärmebildsensoren vorgesehen sein müssen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl im Raum als auch in einem Ofen, z.B. einem Autoklaven durchgeführt werden. Dabei ist es ebenfalls möglich, die Vorrichtung aus der 1 mit der aus der 2 zu kombinieren, wodurch sich nicht nur das Bauteil vollständig überwachen lässt, sondern auch Hinterschneidungen überwachen lassen.
Bezugszeichenliste

10 -: Vakuumaufbau
10a -: obere Seite des Vakuumaufbaus
10b -: Seitenflächen des Vakuumaufbaus
11 -: Formwerkzeug
12 -: Fasermaterial
13 -: Vakuumfolie
14 -: Abdichtung der Vakuumfolie
20 -: Konvexspiegel
21 -: konvex gekrümmte Oberfläche
22 -: Drehpunkt
30 -: Wärmebildsensor
31 -: Haltearme
32 -: Aufnahmebereich des Wärmebildsensors
33 -: Aufnahmebereich des Spiegels
40 -: Rechen- und Auswerteeinheit
41 -: Bilderkennungssoftware
42 -: Monitor
50 -: Seitenspiegel
P₁, P₂ -: Pendelbewegungen/Pendelposition

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011100096 A1 [0009, 0016]
EP 1109002 A2 [0011]
DE 19723799 A1 [0012]

Claims

Verfahren zum Erkennen einer Leckage an einem evakuierten Vakuumaufbau (10) zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, der ein Fasermaterial (12) und ein Matrixmaterial beinhaltet, wobei Wärmebilddaten des evakuierten Vakuumaufbaus (10) durch einen Wärmebildsensor (30) aufgenommen werden und eine Leckage an dem evakuierten Vakuumaufbau (10) in Abhängigkeit von einer aus den Wärmebilddaten ermittelten Temperaturdifferenz detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des evakuierten Vakuumaufbaus (10) durch eine reflektierende Spiegeloberfläche mindestens eines Spiegels (20) in Richtung des Wärmebildsensors (30) reflektiert wird, wobei Wärmebilddaten des durch den mindestens einen Spiegel (20) reflektierenden Teils des Vakuumaufbaus (10) von der reflektierenden Spiegeloberfläche durch den Wärmebildsensor (30) aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Relativbewegung zwischen der reflektierenden Spiegeloberfläche des zumindest einen Spiegels (20) und dem Vakuumaufbau (10) während der Aufnahme der Wärmebilddaten durch den Wärmebildsensor (30) bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebilddaten von einer konvex oder konkav gekrümmten Spiegeloberfläche (21) des mindestens einen Spiegels (20) durch den Wärmebildsensor (30) aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die konvex gekrümmte Spiegeloberfläche (21) des mindestens eines Konvexspiegels (20) pendelartig gegenüber dem Vakuumaufbau (10) während der Aufnahme der Wärmebilddaten durch den Wärmebildsensor (30) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmebildsensor (30) sich gemeinsam mit der konvex gekrümmten Spiegeloberfläche (21) des mindestens einen Konvexspiegels (20) pendelartig bewegt und gegenüber der konvex gekrümmten Spiegeloberfläche (21) des mindestens einen Konvexspiegels (20) während der pendelartigen Bewegung keine Relativbewegung ausführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die konvex gekrümmte Spiegeloberfläche (21) des mindestens einen Konvexspiegels (20) über dem Vakuumaufbau (10) und der Wärmebildsensor (30) mittels einer Halterung an dem Konvexspiegel (20) derart angeordnet wird, dass der Wärmebildsensor (30) zwischen Vakuumaufbau (10) und der konvex gekrümmten Spiegeloberfläche (21) des mindestens einen Konvexspeigels (20) liegt und mit seiner Aufnahmerichtung in Richtung der konvex gekrümmten Spiegeloberfläche (21) ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Spiegeloberfläche (21) mindestens eines Spiegels (20) während der Aufnahme der Wärmebilddaten gegenüber dem Vakuumaufbau (10) verfahren wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Temperiereinrichtung eine Temperaturdifferenz zwischen dem Vakuumaufbau (10) und der Umgebungsluft des Vakuumaufbaus (10) erzeugt wird.
Vorrichtung zum Erkennen einer Leckage an einem evakuierten Vakuumaufbau (10) zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, der ein Fasermaterial (12) und ein Matrixmaterial beinhaltet, wobei die Vorrichtung einen Wärmebildsensor (30) zur Aufnahme von Wärmebilddaten des evakuierten Vakuumaufbaus (10) hat und mit einer Recheneinheit (40) verbunden ist, die zum Erkennen einer Temperaturdifferenz in dem evakuierten Vakuumaufbau (10) und zum Detektieren einer Leckage in Abhängigkeit von der erkannten Temperaturdifferenz eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Spiegel (20) mit einer reflektierenden Spiegeloberfläche (21) vorgesehen ist, wobei die reflektierende Spiegeloberfläche (21) derart ausgerichtet ist, dass zumindest ein Teil des evakuierten Vakuumaufbaus (10) durch den Spiegel (20) in Richtung des Wärmebildsensors (30) reflektiert wird, um Wärmebilddaten des durch den mindestens einen Spiegel (20) reflektierenden Teils des Vakuumaufbaus (10) von der reflektierenden Spiegeloberfläche (21) durch den Wärmebildsensor aufzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegungseinrichtung vorgesehen ist, die zum Bewirken einer Relativbewegung zwischen der reflektierenden Spiegeloberfläche (21) zumindest eines Spiegels (20) und dem Vakuumaufbau (10) während der Aufnahme der Wärmebilddaten durch den Wärmebildsensor (30) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Spiegeloberfläche (21) wenigstens eines Spiegels (20) eine konvexe Krümmung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pendeleinrichtung vorgesehen ist, die zum pendelartigen Bewegen der konvex gekrümmten Spiegeloberfläche (21) des wenigstens einen Konvexspiegels (20) gegenüber dem Vakuumaufbau (10) während der Aufnahme der Wärmebilddaten durch den Wärmebildsensor (30) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmebildsensor (30) mittels einer Halterung an dem Konvexspiegel (20) fest angeordnet und mit seiner Aufnahmerichtung in Richtung der konvex gekrümmten Spiegeloberfläche (21) ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die konvex gekrümmte Spiegeloberfläche (21) des mindestens einen Konvexspiegels (20) über dem Vakuumaufbau (10) angeordnet ist und der Wärmebildsensor (30) mittels der Halterung an dem Konvexspiegel (20) derart befestigt ist, dass der Wärmebildsensor (30) zwischen Vakuumaufbau (10) und der konvex gekrümmten Spiegeloberfläche (21) des mindestens einen Konvexspeigels (20) liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperiereinrichtung vorgesehen ist, die zum Erzeugen einer Temperaturdifferenz zwischen dem Vakuumaufbau (10) und der Umgebungsluft des Vakuumaufbaus (10) ausgebildet ist.