DE102019134544A1

DE102019134544A1 - Verfahren und System zur Überprüfung einer Klebverbindung

Info

Publication number: DE102019134544A1
Application number: DE102019134544.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Sinapius; Patrick Scholle
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2021-06-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Überprüfung einer Klebverbindung eines geklebten Bauteils, bei dem ein erster Fügepartner und ein zweiter Fügepartner mittels eines Klebwerkstoffes miteinander klebend verbunden sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:- Bereitstellen eines geklebten Bauteils mit elektrisch leitfähigen Fügepartnern sowie eines elektrisch isolierenden Klebwerkstoffes zur Bildung der Klebverbindung;- Anlegen einer elektrischen Spannung an den ersten elektrisch leitfähigen Fügepartner und/oder an den zweiten elektrisch leitfähigen Fügepartner mittels einer elektrischen Energiequelle;- Messen mindestens einer elektrischen Impedanzkenngröße des aus den elektrisch leitfähigen Fügepartnern als Elektroden und des Klebwerkstoffes als Dielektrikum gebildeten Kondensators mittels einer Messeinrichtung;- Überprüfen der Klebverbindung des geklebten Bauteils in Abhängigkeit von der mindestens einen gemessenen elektrischen Impedanzkenngröße oder einer davon abgeleiteten Kenngröße mittels einer Auswerteeinheit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Überprüfung einer Klebverbindung eines geklebten Bauteils, bei dem ein erster Fügepartner und ein zweiter Fügepartner mittels eines Klebwerkstoffes miteinander klebend verbunden sind. Die Erfindung betrifft ebenso ein Überwachungssystem und ein Fahrzeug mit einem solchen Überwachungssystem hierzu. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines solchen geklebten Bauteils aus wenigstens zwei Fügepartnern.
Strukturelle Klebungen sind im Sinne der Kraftübertragung eine optimale Verbindungstechnik. Andere Verbindungstechnik, wie Nieten oder Schrauben, benötigen Löcher in den Fügepartnern, die durch Kerbwirkung eine Schwachstelle darstellen können. Klebverbindungen werden allerdings nicht flächendeckend eingesetzt, weil Schwachstellen in einer Klebung auftreten können, die häufig nicht mit zerstörungsfreien Prüfverfahren aufgedeckt werden können. Entstehende Risse in der Klebschicht können somit nicht ohne weiteres von außen visuell detektiert werden. Aus diesem Grund wird die Klebtechnik insbesondere in strukturkritischen Bereichen aufgrund von Unabwendbarkeit der Fertigungstechnologie nicht eingesetzt.
Insbesondere bei der Klebung von Faserverbundbauteilen, die aus einem Fasermaterial und das Fasermaterial einbettenden Matrixmaterial gebildet sind, ist die Anwendung der Klebung als Verbindungstechnik besonders vorteilhaft, da das Einbringen von Nieten oder Schrauben in die Faserverbundbauteile zu einer strukturellen Schwächung der Verstärkungsfasern führt.
Allerdings sind Klebverbindungen für Faserverbundbauteile gegenwärtig nicht für die Verwendung als alleiniges Fügeelement in primären Stützbauteilen eines Luftfahrzeuges zertifiziert. Der Grund hierfür ist, dass die adhäsiven Bindungen stark von Herstellungsparametern wie Verunreinigungen oder Oberflächenpräparationen oder von alterungsbedingten Veränderungen des Klebwerkstoffes oder anderen stofflichen Veränderungen abhängen. All diese Einflussparameter können zu einer Degradierung der adhäsiven Bindungen führen.
Es besteht demnach die Anforderung, eine hergestellte Klebverbindung zerstörungsfrei zu überprüfen, und zwar nicht nur direkt nach dessen Herstellung, sondern auch während des bestimmungsgemäßen Gebrauches des die hergestellte Klebverbindung aufweisenden Bauteils.
Aus der EP 3 184 284 A1 ist eine Bauteilvorrichtung insbesondere für ein primäres Stützbauteil eines Luftfahrzeuges bekannt, bei der zwei Bauteilelemente miteinander verklebt sind. Mittels einer Detektoreinrichtung soll dabei die Qualität der Verklebung ermittelt werden, indem eine Änderung eines Druckes und/oder eine Konzentration eines in einem Innenraum der Klebung befindlichen Gases gemessen wird. Nachteil hierbei ist, dass eine komplexe Sensortechnik in den Fügebereich der beiden Bauteileelemente innerhalb der Klebverbindung existieren muss, was die Herstellung derartiger Klebverbindungen deutlich verkompliziert.
Eine ähnliche Herangehensweise ist auch aus der EP 3 184 285 A1 bekannt, bei der in die Klebung eine Markersubstanzeinrichtung eingebracht ist, die bei Kontakt mit Umgebungsluft ein flüchtiges Markergas an die Umgebung abgibt. Ein solches freigesetztes Markergas kann dann mit einer Detektoreinrichtung außerhalb der Klebverbindung detektiert werden.
Aus der EP 2 431 156 A1 ist ein System und ein Verfahren zur Überwachung des Integritätszustandes von Klebverbindungen bekannt, bei dem magnetische Partikel in die Klebverbindung eingebracht sind. Mithilfe von extern angeordneten, magnetischen Sensoren kann dann die Klebverbindung auf eventuelle Beschädigungen überwacht werden, da sich die magnetische Antwort verändert. Nachteil hierbei ist, dass der Klebwerkstoff stofflich modifiziert werden muss.
Aus der WO2012/141779 ist ein System zur Überwachung der Klebstoffintegrität einer Klebverbindung bekannt, wobei hier ein Gitternetz in die Klebstoffschicht eingebracht ist. Durch die Analyse von elektrischen Signalen, die auf das Gitternetz aufgelegt werden, kann dann die Integrität der Klebstoffverbindung überprüft werden. Nachteil hierbei ist, dass ein zusätzliches Element in die Klebstoffschicht eingebracht werden muss, was den Herstellungsprozess verkompliziert und darüber hinaus das Gewicht des Bauteils erhöht.
Aus der EP 1 962 123 A1 ist eine Vorrichtung zur Überwachung der Klebverbindung bekannt, bei der Lichtwellen zur Übertragung von optischen Signalen in die Klebverbindung eingebracht sind. Eine Beschädigung der Klebverbindung kann dann durch ein verändertes optisches Übertragungssignal detektiert werden.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren anzugeben, um die Integrität einer Klebverbindung zerstörungsfrei überprüfen zu können, ohne das Bauteil oder den Klebwerkstoff modifizieren zu müssen. Es ist des Weiteren Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Überprüfung der Integrität einer Klebverbindung anzugeben, ohne dabei den Herstellungsprozess zur Herstellung der Klebverbindung zu beeinflussen.
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren zur zerstörungsfreien Überprüfung einer Klebverbindung gemäß Anspruch 1, dem Verfahren zur Herstellung eines geklebten Bauteils gemäß Anspruch 8, dem Überwachungssystem zum kontinuierlichen überwachen einer Klebverbindung gemäß Anspruch 10 sowie einem Fahrzeug gemäß Anspruch 16 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen.
Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zur zerstörungsfreien Überprüfung einer Klebverbindung eines geklebten Bauteils vorgeschlagen, wobei das Bauteil einen ersten Fügepartner und einen zweiten Fügepartner hat, die mittels eines Klebwerkstoffes miteinander klebend verbunden sind. Die beiden Fügepartner sind dabei elektrisch leitfähig, während der Klebwerkstoff elektrisch isolierenden ist.
Erfindungsgemäß wird nun eine elektrische Spannung an den ersten elektrisch leitfähigen Fügepartner und/oder an den zweiten elektrisch leitfähigen Fügepartner mittels einer elektrischen Energiequelle angelegt, wobei der erste elektrisch leitfähige Fügepartner und der zweite elektrisch leitfähige Fügepartner jeweils eine Elektrode bilden, die durch den elektrisch isolierenden Klebwerkstoff als Dielektrikum elektrisch isoliert voneinander vorliegen.
Die beiden Fügepartner, die durch den Klebwerkstoff als Dielektrikum elektrisch voneinander isoliert sind, bilden so eine Art Kondensator, dessen Kapazität beim Anlegen einer elektrischen Spannung mittels einer Messeinrichtung gemessen werden kann. Demzufolge wird erfindungsgemäß weiterhin vorgeschlagen, mindestens eine elektrische Impedanzkenngröße des aus den elektrisch leitfähigen Fügepartnern als Elektroden und des Klebwerkstoffes als Dielektrikum gebildeten Kondensators mittels einer Messeinrichtung nach dem Anlegen der elektrischen Spannung zum Messen.
Schließlich wird anhand der mindestens einen gemessenen elektrische Impedanzkenngröße (bzw. dessen konkreter gemessener Wert) die Klebverbindung des geklebten Bauteils mittels einer Auswerteeinheit überprüft, um so die Integrität der Klebverbindung zerstörungsfrei feststellen zu können.
Die Erfinder haben dabei erkannt, dass eine kapazitative Veränderung bzw. eine konkrete elektrische Impedanzkenngröße (bspw. eine kapazitative Kenngröße) einer so gebildeten Klebverbindung eines geklebten Bauteils Rückschlüsse auf die Integrität der Klebverbindung zulässt, sodass sowohl nach dem Herstellen der Klebverbindung als auch im bestimmungsgemäßen Gebrauch des geklebten Bauteils kontinuierlich festgestellt werden kann, ob die Klebverbindung die vorgegebenen Anforderungen erfüllt oder ob die Klebverbindung eine Beschädigung aufweist. Die Erfinder haben dabei insbesondere erkannt, dass eine kapazitative Messung und eine daraus resultierende gemessene elektrische Impedanzkenngröße Rückschlüsse auf die Integrität der Klebverbindung zulässt.
Unter der Integrität der Klebverbindung wird dabei insbesondere verstanden, ob die Klebverbindung innerhalb vorgegebener Fertigungstoleranzen fehlerfrei bzw. beschädigungsfrei ist oder ob und gegebenenfalls in welchem Maße die Klebverbindung fehlerbehaftet bzw. beschädigt ist und somit hinsichtlich ihrer Stabilität beeinträchtigt ist.
Die mindestens eine elektrische Impedanzkenngröße kann dabei beispielsweise die Kapazität des wie oben beschrieben gebildeten Kondensators des geklebten Bauteils sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein geklebtes Bauteil bereitgestellt wird, bei dem mindestens einer der Fügepartner aus einem Faserverbundwerkstoff aufweisend ein elektrisch leitfähiges Fasermaterial und ein das Fasermaterial einbettendes Matrixmaterial hergestellt ist, oder dass ein geklebtes Bauteil bereitgestellt wird, bei dem der erste Fügepartner aus einem Faserverbundwerkstoff aufweisend ein elektrisch leitfähiges Fasermaterial und ein das Fasermaterial einbettendes Matrixmaterial und der zweite Fügepartner aus einem Metallwerkstoff hergestellt ist.
So kann vorgesehen sein, dass nur einer der beiden Fügepartner aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet ist, während der andere Fügepartner ein von dem Faserverbundwerkstoff verschiedener Werkstoff (beispielsweise ein Metallwerkstoff) ist. Denkbar ist allerdings auch, dass beide Fügepartner aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet sind. Grundsätzlich nicht ausgeschlossen ist aber auch, dass beide Fügepartner aus einem von dem Faserverbundwerkstoff verschiedenen Werkstoffen gebildet sind, beispielsweise aus einem Metallwerkstoff.
Die Erfinder haben dabei insbesondere erkannt, dass im Zusammenhang mit einem Fügepartner aus einem Faserverbundwerkstoff, der elektrisch leitfähiges Fasermaterial enthält, eine derartige kapazitative Messung zur Bestimmung der Integrität der Klebverbindung möglich ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass mittels der Auswerteeinheit eine gemessene elektrische Impedanzkenngröße oder eine davon abgeleitete Kenngröße mit zuvor gemessenen oder abgeleiteten Werten dieser elektrischen Impedanzkenngröße verglichen wird, um die Klebverbindung zu überprüfen, wobei in Abhängigkeit von dem Vergleich eine Überwachungsreaktion durch die Auswerteinheit ausgelöst wird.
Gemäß dieser Ausführungsform wird somit der Wert der gemessenen elektrischen Impedanzkenngröße oder einer davon abgeleiteten Kenngröße mit zuvor gemessenen oder abgeleiteten Werten dieser elektrischen Impedanzkenngröße verglichen, um Abweichungen über die Zeit feststellen zu können. Werden große Veränderungen (innerhalb vorgegebener Schwellwerte) bei der Messung der elektrischen Impedanzkenngröße oder einer davon abgeleiteten Kenngröße festgestellt, so lässt dies Rückschlüsse auf einen Stabilitätsverlust der Klebverbindung zu. Es ist anzunehmen, dass Beschädigungen wie Risse oder Ablösungen in der Klebverbindung aufgetreten sind, die zu einer Reduzierung der Adhäsionskraft zwischen den Fügepartnern führt.
Bei der durch die Auswerteeinheit ausgelösten Überwachungsreaktion kann es sich beispielsweise um die Ausgabe des Vergleichsergebnisses handeln. Denkbar ist aber auch, dass die Überwachungsreaktion erst dann ausgelöst wird, wenn eine Stabilitätsdegradierung der Klebverbindung festgestellt wurde, sodass ein entsprechender Alarm ausgelöst werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Klebverbindung mittels der Auswerteeinheit derart überprüft wird, dass ein Gütemaß der Klebverbindung aus einer Kennlinie oder einer Übertragungsfunktion in Abhängigkeit von der mindestens einen gemessenen elektrischen Impedanzkenngröße ermittelt wird, wobei die Kennlinie oder die Übertragungsfunktion eine Korrelation zwischen Gütemaßen der Klebverbindung und verschiedenen Werten der elektrischen Impedanzkenngröße beschreibt.
Ein solches Gütemaß der Klebverbindung kann beispielsweise ein Prozentsatz sein, der die Integrität der Klebverbindung angibt bzw. Rückschlüsse auf die Stabilität der Klebverbindung zulässt. Ein solches Gütemaß kann beispielsweise aus einer Kennlinie abgeleitet werden, die eine Korrelation mit den Werten der gemessenen kapazitativen Kenngröße beschreibt. Denkbar ist allerdings auch eine Übertragungsfunktion, welche die Korrelation zwischen den Werten der kapazitativen Kenngröße einerseits und dem zugeordneten Gütemaß andererseits definiert.
Eine solche Kennlinie bzw. Übertragungsfunktion kann dabei durch einen vorherigen Testlauf in Form einer Kalibrierung ermittelt werden. Demzufolge ist es ganz besonders vorteilhaft, wenn zuvor eine Kennlinie oder eine Übertragungsfunktion für die Klebverbindung ermittelt wird, indem die Klebverbindung eines geklebten Probenbauteils mit einer Kraft belastet wird und hierbei kontinuierlich die elektrische Impedanzkenngröße ermittelt wird. Hierdurch kann für jeden gemessenen Wert der elektrischen Impedanzkenngröße ein Gütemaß hinterlegt werden, dass sich aus der Kraftbelastung zum Messzeitpunkt ergibt.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass kontinuierlich die elektrische Impedanzkenngröße gemessen und ein entsprechendes Gütemaß ermittelt wird, wobei bei Unterschreiten eines Mindestgütemaßes durch die Auswerteeinheit eine Überwachungsreaktion ausgelöst wird. In der Regel stellt dabei das Mindestgütemaß die Grenze dar, ab der die Integrität der Klebverbindung derart beeinträchtigt ist, dass diese den Anforderungen nicht mehr standhält.
Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit dem Verfahren zur Herstellung eines geklebten Bauteils aus wenigstens zwei Fügepartnern gelöst, wobei zunächst zwei elektrisch leitfähige Fügepartner sowie ein elektrisch isolierende Klebwerkstoff bereitgestellt werden. Anschließend werden die beiden Fügepartner unter Verwendung des Klebwerkstoffes unter Ausbildung einer Klebverbindung gefügt, um das geklebten Bauteil herzustellen. Erfindungsgemäß dabei vorgesehen, dass die Klebverbindung mittels des zuvor beschriebenen Überprüfungsverfahrens überprüft wird.
Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit dem Überwachungssystem zum kontinuierlichen überwachen einer Klebverbindung des geklebten Bauteils gelöst, wobei das Überwachungssystem eine elektrische Energiequelle, eine Messeinrichtung sowie eine Auswerteeinheit besitzt und zur Durchführung des zuvor beschriebenen Überprüfungsverfahrens ausgebildet ist.
Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit einem Fahrzeug gelöst, das mindestens ein geklebtes Bauteil aufweist, bei dem die beiden Fügepartner elektrisch leitfähig sind und bei dem die Klebverbindung durch Verwendung eines elektrisch isolierenden Klebwerkstoffes gebildet ist. Das Fahrzeug weist dabei ein Überwachungssystem wie vorstehend beschrieben auf, um so das geklebten Bauteils im Betrieb des Fahrzeuges hinsichtlich der Integrität der Klebverbindung kontinuierlich überprüfen zu können.
Ein derartiges Fahrzeug kann dabei beispielsweise ein Straßenfahrzeuge oder ein Luftfahrzeug, beispielsweise ein Flugzeug, sein. Das geklebte Bauteil ist dabei Bestandteil des Fahrzeuges, insbesondere ein strukturelles Bauteil. Bei dem geklebten Bauteil kann es sich beispielsweise um Hüllenelemente eines Rumpfes eines Stra-ßenfahrzeuges oder Luftfahrzeuges handeln, die an speziellen Stelle miteinander verklebt sind.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Überwachungssystems;
2 schematische Darstellung eines ersten Versuchsaufbaus zur Ermittlung der Kennlinie einschließlich eines Messergebnisses;
3 schematische Darstellung eines zweiten Versuchsaufbaus zur Ermittlung der Kennlinie einschließlich eines Messergebnisses.

1 zeigt in einer schematisch stark vereinfachten Darstellung ein geklebtes Bauteil 10, das einen ersten Fügepartner 11 und einen zweiten Fügepartner 12 hat. Im Bereich eine Fügezone ist der erste Fügepartner 11 und der zweite Fügepartner 12 mittels eines Klebwerkstoffes 13 unter Ausbildung einer Klebverbindung 14 miteinander klebend verbunden.
Sowohl der erste Fügepartner 11 als auch der zweite Fügepartner 12 sind dabei elektrisch leitend ausgebildet, während der Klebwerkstoff 13 elektrisch isolierend ausgebildet ist. Das so gebildete geklebte Bauteil 10 kann somit als Kondensator betrachtet werden, bei dem der erste Fügepartner 11 und der zweite Fügepartner 12 die Elektroden darstellen, während die Klebverbindung 14 mit dem Klebwerkstoff 13 das Dielektrikum bildet.
Sowohl der erste Fügepartner 11 als auch der zweite Fügepartner 12 sind dabei mit einem Überwachungssystem 20 elektrisch verbunden. Das Überwachungssystem 20 weist eine elektrische Energiequelle 21 auf, die ausgebildet ist, eine elektrische Spannung an dem ersten Fügepartner 11 und dem zweiten Fügepartner 12 anzulegen. Des Weiteren weist das Überwachungssystem 20 eine Messeinrichtung 22 auf, mit der basierend auf der angelegten elektrischen Spannung eine elektrische Impedanzkenngröße des gebildeten Kondensators gemessen werden kann. Eine solche elektrische Impedanzkenngröße kann beispielsweise die elektrische Kapazität C sein.
Schließlich weist das Überwachungssystem 20 eine Auswerteeinheit 23 auf, mittels derer die Klebverbindung 14 des geklebten Bauteils 10 basierend auf einem oder mehreren Werten der gemessenen elektrischen Impedanzkenngröße überprüft werden kann.
So kann es vorgesehen sein, dass basierend auf den Werten der gemessenen elektrischen Impedanzkenngröße jeweils ein Gütemaß für die Klebverbindung 14 ermittelt wird, dass sich beispielsweise aus einer Kennlinie oder einer Übertragungsfunktion ermitteln lässt. Sowohl die Kennlinie als auch die Übertragungsfunktion werden dabei zuvor in einem Versuchsaufbau ermittelt, wie er in den 2 und 3 näher erläutert ist.
Denkbar ist aber auch, dass kontinuierlich Werte der gemessenen elektrischen Impedanzkenngröße ermittelt und in einem Datenspeicher hinterlegt werden, wobei durch einen Vergleich eines aktuell gemessenen Wertes mit zuvor gemessenen und hinterlegten Werten festgestellt wird, ob aufgrund einer statistischen signifikanten Abweichung der Werte voneinander die Integrität der Klebverbindung 14 beeinträchtigt ist.
In einer konkreten Ausführungsform kann der erste Fügepartner 11 und der zweite Fügepartner 12 als kapazitatives Element eines RC-Tiefpasses angeschlossen werden. Durch Anregung und Spannungsmessung kann dann (ggf. unter Zuhilfenahme einer Übertragungsfunktion) auf die elektrische Impedanz des geklebten Bauteils 10 rückgeschlossen werden. Wenn die Klebverbindung durch eine Kraft F auf Schälung oder mit einer Wechsellast beansprucht wird, bildet sich ein fortschreitender Riss aus. Dabei zeigt sich eine deutliche Änderung des kapazitativen Anteils der elektrischen Impedanz bei steigender Rissausbreitung.
2 zeigt einen Versuchsaufbau, bei dem die Klebverbindung 14 des geklebten Bauteils 10 mithilfe eines Keils 30 auf Schälung beansprucht wird, wenn der Keil in Richtung x in die Klebverbindung 14 des Klebwerkstoffes 13 eingetrieben wird. Der Keil 30 drückt die beiden Fügepartner 11 und 12 auseinander und wird somit als Schälspannung auf die Klebung. Je nach mechanischen Eigenschaften der Fügepartner und des Klebstoffes (Sprödigkeit/Duktilität, E-Modul, etc.) breitet sich ein Riss langsam oder abrupt aus.
In einer gewählten Kombination eines unidirektionalen CFK Laminates und eines 5 mm Epoxid kommt es mit wachsender Belastung zu einem abrupt wachsenden Risses um wenige Zentimeter.
Im unteren Bereich der 2 ist dabei die kapazitative Veränderung der durchgeführten Messung bei dem Versuchsaufbau dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass der Riss durch die wachsende Belastung insgesamt dreimal abrupt fortschreitet. Zwischen diesen abrupten Abfällen sind auch langsame, kontinuierliche Kapazitätsabnahmen zu sehen. Da der Keil kontinuierlich in die Klebverbindung gedrückt wird, ist es plausibel, dass dieser Abfall durch einen langsam anwachsenden Riss entsteht.
3 zeigt einen Versuchsaufbau, bei dem die Klebverbindung 14 des geklebten Bauteils 10 mithilfe einer dynamischen Kraft (Wechselkraft) beansprucht wird. In der gewählten Kombination eines quasiisotropen CFK Laminates und zwei verschiedenen Klebstoffen (mit unterschiedlichen Eigenschaft hinsichtlich bspw. Duktilität) kommet es aufgrund der Wechsellast zu einem sich langsam ausbreitenden Riss.
Es ist deutlich zu erkennen, dass die Kapazität langsam abfällt. Nach etwa 400 min erreicht der Riss den zweiten Klebstoff, der aufgrund seiner höheren Duktilität einen langsameren Rissfortschritt aufweist.
Bezugszeichenliste

10: geklebtes Bauteil
11: erste Fügepartner
12: zweiter Fügepartner
13: Klebwerkstoff
14: Klebverbindung
20: Überwachungssystem
21: elektrische Energiequelle
22: Messeinrichtung
23: Auswerteeinheit
30: Keil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3184284 A1 [0006]
EP 3184285 A1 [0007]
EP 2431156 A1 [0008]
WO 2012141779 [0009]
EP 1962123 A1 [0010]

Claims

Verfahren zur zerstörungsfreien Überprüfung einer Klebverbindung (14) eines geklebten Bauteils (10), bei dem ein erster Fügepartner (11) und ein zweiter Fügepartner (12) mittels eines Klebwerkstoffes (13) miteinander klebend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Bereitstellen eines geklebten Bauteils (10) mit elektrisch leitfähigen Fügepartnern sowie eines elektrisch isolierenden Klebwerkstoffes (13) zur Bildung der Klebverbindung (14); - Anlegen einer elektrischen Spannung an den ersten elektrisch leitfähigen Fügepartner (11) und/oder an den zweiten elektrisch leitfähigen Fügepartner (12) mittels einer elektrischen Energiequelle (21); - Messen mindestens einer elektrischen Impedanzkenngröße des aus den elektrisch leitfähigen Fügepartnern (11, 12) als Elektroden und des Klebwerkstoffes (13) als Dielektrikum gebildeten Kondensators mittels einer Messeinrichtung (22); - Überprüfen der Klebverbindung (14) des geklebten Bauteils (10) in Abhängigkeit von der mindestens einen gemessenen elektrischen Impedanzkenngröße oder einer davon abgeleiteten Kenngröße mittels einer Auswerteeinheit (23).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein geklebtes Bauteil (10) bereitgestellt wird, bei dem mindestens einer der Fügepartner (11, 12) aus einem Faserverbundwerkstoff aufweisend ein elektrisch leitfähiges Fasermaterial und ein das Fasermaterial einbettendes Matrixmaterial hergestellt ist, oder dass ein geklebtes Bauteil (10) bereitgestellt wird, bei dem der erste Fügepartner (11) aus einem Faserverbundwerkstoff aufweisend ein elektrisch leitfähiges Fasermaterial und ein das Fasermaterial einbettendes Matrixmaterial und der zweite Fügepartner (12) aus einem Metallwerkstoff hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Auswerteeinheit (23) mindestens eine gemessene elektrischen Impedanzkenngröße oder eine davon abgeleitete Kenngröße mit zuvor gemessenen oder abgeleiteten Werten dieser elektrischen Impedanzkenngröße verglichen wird, um die Klebverbindung (14) zu überprüfen, wobei in Abhängigkeit von dem Vergleich eine Überwachungsreaktion durch die Auswerteinheit (23) ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebverbindung (14) mittels der Auswerteeinheit (23) derart überprüft wird, dass ein Gütemaß der Klebverbindung (14) aus einer Kennlinie oder einer Übertragungsfunktion in Abhängigkeit von der mindestens einen gemessenen elektrischen Impedanzkenngröße ermittelt wird, wobei die Kennlinie oder die Übertragungsfunktion eine Korrelation zwischen Gütemaßen der Klebverbindung (14) und verschiedenen Werten der elektrischen Impedanzkenngröße beschreibt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zuvor eine Kennlinie oder eine Übertragungsfunktion für die Klebverbindung (14) ermittelt wird, indem die Klebverbindung (14) eines geklebten Probenbauteils mit einer Kraft belastet wird und hierbei kontinuierlich die elektrischen Impedanzkenngröße ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass kontinuierlich die elektrischen Impedanzkenngröße gemessen und ein entsprechendes Gütemaß ermittelt wird, wobei bei Unterschreiten eines Mindestgütemaßes durch die Auswerteeinheit (23) eine Überwachungsreaktion ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Impedanzkenngröße eine kapazitative Kenngröße, insbesondere die elektrische Kapazität, ist.
Verfahren zur Herstellung eines geklebten Bauteils aus wenigstens zwei Fügepartnern (11, 12), die mittels eines Klebwerkstoffes (13) miteinander klebend verbunden werden sollen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Bereitstellen eines ersten, elektrisch leitfähigen Fügepartners (11) und wenigstens eines zweiten, elektrisch leitfähigen Fügepartners (12) sowie eines elektrisch isolierenden Klebwerkstoffes (13); - Fügen des ersten Fügepartners (11) und des zweiten Fügepartners (12) mittels des Klebwerkstoffes (13) unter Ausbildung einer Klebverbindung (14) zur Herstellung des geklebten Bauteils (10); gekennzeichnet durch - Überprüfen der Klebverbindung (14) mittels des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Fügepartner (11, 12) aus einem Faserverbundwerkstoff aufweisend ein elektrisch leitfähiges Fasermaterial und ein das Fasermaterial einbettendes Matrixmaterial hergestellt ist oder dass der erste Fügepartner (11) aus einem Faserverbundwerkstoff aufweisend ein elektrisch leitfähiges Fasermaterial und ein das Fasermaterial einbettendes Matrixmaterial und der zweite Fügepartner (12) aus einem Metallwerkstoff hergestellt ist.
Überwachungssystem (20) zum kontinuierlichen Überwachen einer Klebverbindung (14) eines geklebten Bauteils (10), bei dem ein erster, elektrisch leitfähiger Fügepartner (11) und ein zweiter, elektrisch leitfähiger Fügepartner (12) mittels eines Klebwerkstoffes (14) miteinander klebend verbunden sind, wobei das Überwachungssystem aufweist: - eine elektrische Energiequelle (21), die zum Anlegen einer elektrischen Spannung an den ersten elektrisch leitfähigen Fügepartner (11) und/oder an den zweiten elektrisch leitfähigen Fügepartner (12) ausgebildet ist, - eine Messeinrichtung (22), die zum Messen mindestens einer elektrischen Impedanzkenngröße des aus den elektrisch leitfähigen Fügepartnern (11, 12) als Elektroden und des Klebwerkstoffes (13) als Dielektrikum gebildeten Kondensators ausgebildet ist, und - einer Auswerteeinheit (23), die zum Überprüfen der Klebverbindung (14) des geklebten Bauteils (10) in Abhängigkeit von der mindestens einen gemessenen elektrischen Impedanzkenngröße ausgebildet ist.
Überwachungssystem (20) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Fügepartner (11, 12) aus einem Faserverbundwerkstoff aufweisend ein elektrisch leitfähiges Fasermaterial und ein das Fasermaterial einbettendes Matrixmaterial hergestellt ist oder dass der erste Fügepartner (11) aus einem Faserverbundwerkstoff aufweisend ein elektrisch leitfähiges Fasermaterial und ein das Fasermaterial einbettendes Matrixmaterial und der zweite Fügepartner (12) aus einem Metallwerkstoff hergestellt ist.
Überwachungssystem (20) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinheit (23) eingerichtet ist, eine gemessene elektrischen Impedanzkenngröße oder eine davon abgeleitete Kenngröße mit zuvor gemessenen und hinterlegten Werten dieser elektrischen Impedanzkenngröße oder einer davon abgeleiteten Kenngröße zu vergleichen, um die Klebverbindung (14) zu überprüfen, wobei in Abhängigkeit von dem Vergleich eine Überwachungsreaktion durch die Auswerteinheit (23) ausgelöst wird.
Überwachungssystem (20) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (23) eingerichtet ist, ein Gütemaß der Klebverbindung (14) aus einer Kennlinie oder einer Übertragungsfunktion in Abhängigkeit von der mindestens einen gemessenen elektrischen Impedanzkenngröße zu ermitteln, wobei die Kennlinie oder die Übertragungsfunktion eine Korrelation zwischen Gütemaßen der Klebverbindung (14) und verschiedenen Werten der elektrischen Impedanzkenngröße beschreibt.
Überwachungssystem (20) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (22) zum kontinuierlichen Messen der elektrischen Impedanzkenngröße und die Auswerteeinheit (23) zum kontinuierlichen Ermitteln eines Gütemaßes eingerichtet ist, wobei bei Unterschreiten eines Mindestgütemaßes durch die Auswerteeinheit (23) eine Überwachungsreaktion ausgelöst wird.
Überwachungssystem (20) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Impedanzkenngröße eine kapazitative Kenngröße, insbesondere die elektrische Kapazität, ist.
Fahrzeug mit wenigstens einem geklebten Bauteil (10), bei dem ein erster, elektrisch leitfähiger Fügepartner (11) und ein zweiter, elektrisch leitfähiger Fügepartner (12) unter Ausbildung einer Klebverbindung (14) mittels eines Klebwerkstoffes (13) miteinander klebend verbunden sind, wobei das Fahrzeug ein Überwachungssystem (20) nach einem der Ansprüche 10 bis 15 hat, um die Klebverbindung (14) des geklebten Bauteils (10) zu überwachen.