DE3111858A1

DE3111858A1 - Messanordnung zum feststellen von rissen

Info

Publication number: DE3111858A1
Application number: DE19813111858
Authority: DE
Inventors: Berd 2874 Lemwerder Hofer; Samir 2822 Schwanwede-Leuchtenburg Malek
Original assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke 2800 Bremen GmbH; Vereinigte Flugtechnische Werke GmbH; Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1981-03-26
Filing date: 1981-03-26
Publication date: 1982-10-14

Description

Meßanordnung zum Feststellen von Rissen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßanordnung zum Feststellen von Rissen in Prüflingen mit einem am Prüfling anzubringenden Rißdetektor, welcher beim Auftreten von Rissen ein Signal zur Rißanzeige erzeugt.
Bei Luftfahrzeugen und anderen Strukturbauteilen ist es üblich, Meßanordnungen zum Feststellen von Rissen zu benutzen. Für solche auch als Rißsensoren bezeichnete Meßanordnungen besteht ein ausgeprägter Bedarf, weil eine frühzeitige Erkennung bei im Einsatz befindlichen Flugzeugen oder anderer Strukturbauteile, sowie bei Versuchen eine rechtzeitige Unterdrückung von Störungen ermöglicht.
Zum Feststellen von Rissen ist es bekannt einen mit einer isolierenden Mantel schicht versehenen Draht auf ein Bauteil aufzukleben und den aufgrund eines Risses entstandenen Drahtbruch zur Rißanzeige zu benutzen.
Bei diesem Verfahren wird elektrischer Strom durch den Draht geleitet, welcher bei einem Drahtbruch zusammenbricht und in einer Auswertelektronik die Rißanzeige auslöst. Bei einem weiteren Verfahren zur Rißfeststellung wird das betreffende Bauteil insgesamt mit einer Isolationsschicht und anschließend durch Aufsprühen mit Leiterbahnen versehen, welche wie zuvor beschrieben bei einem Bruch ebenfalls eine Rißanzeige auslösen. Beide Verfahren haben einige Nachteile. Zunächst wird durch die erforderliche Isolierschicht zwischen Bauteil und rißnachweisenden Leiter die Nachweisempfindlichkeit beeinträchtigt. Außerdem ist im Außeneinsatz, insbesondere bei Anwendung von Silberleitlack , mit Korrbsionsproblemen zu rechnen, wodurch eine Langzeitüberwachung praktisch unmöglich wird. Silberleitlack ist zudem sehr teuer und außerdem ist das Aufbringen von Leiterbahnen ziemlich aufwendig und problematisch.
Schließlich kann durch einen Bruch der Leiterbahnen oder Drähte,auf welche darüber hinaus eleld;rqrnagnetische Störungen der Umwelt nicht auszuschließen sind, nur eine kurzzeitige Unterbrechung auftreten, weil z. B. die Belastung nachläßt und damit zu einer Schließung des Stromkreises führt. Hierdurch wird aber die Rißanzeige wieder gelöscht und damit eine nicht vorhandene Rißfreiheit vorgetäuscht.
Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde eine Meßanordnung zum Feststellen von Rissen der eingangs genannten. Art vorzunehmen, welche stets eine zuverlässige und irreversible Rißanzeige gewährleistet. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wir anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
E-s zeigen: Fig. 1 das Prinzip einer Meßanordnung zum Feststellen von Rissen, Fig. 2 einen Lichteinkoppler Fig. 3 ein mit Lichtleitfasern versehenes Bauteil und Fig. 4 eine Strukturverbindung mit angebrachten Lichtleitfasern In Fig. 1 ist das Prinzip einer Meßanordnung zum Feststellen von Rissen dargestellt, bei der auf ein Bauteil 1 eine lichtleitende Faser 2 mit einem geeigneten Klebstoff aufgeklebt ist. Die lichtleitende Faser 2, welche aus Glas, Quarz oder Kuststoff bestehen kann, ist ohne Isolierschicht, d. h. unmittelbar auf das Bauteil 1 aufgebracht. Das Aufbringen der Fasern geschieht beim Auftragen von Lack, vorzugsweise Zweikomponenten Zinkchromatlack. Die Fasern sind somit in eine schützende Lackschicht eingebettet und haften damit innig am Bauteil. Diese Haftung hält den im Einsatz vorkommenden Belastungen, insbesondere hohen Temperaturen stand.Ober einen Lichteinkoppler 3 wird die lichtleitende Faser 2 an einem Ende mit Licht versorgt, welches von einer Lichtquelle 4 über einen Speiselichtleiter 5 zugeführt wird.Am anderen Ende der lichtleitenden Faser 2 ist ein Lichtdetektor 6 vorgesehen, welcher das empfangene Licht in eine elektrishce Größe wandelt und über eine Doppel leitung zu einer Auswertelektronik 7 leitet. Ein angedeuteter Riß 8 im Bauteil 1 hat somit eine Bruchstelle 9 der lichtleitenden Faser 2 zur Folge, welche irreversible ist und somit bei einer Entlastung des Bauteils 1 erhalten bleibt.
Der in der lichtleitenden Faser 2 entstandene Bruch 9 reduziert sehr stark die Lichttrasmission, so daß der Lichtdetektor 6 ebenfalls eine stark veränderte elektrishce Größe der Auswertelektronik 7 meldet.
ist möglich den Riß 8, falls er noch nicht sichtbar ist, durch den Lichtaustritt an der Bruchstelle 9 festzustellen und damit zusätzlich eine Anzeige für den Ort des Risses zu erhalten. Theoretische Oberlegungen haben ergeben, daß die Rißnachweisempfindlichkeit umgekehrt proportional dem Faserdurchmesser ist. Diese Oberlegungen konnten durch erste praktische Versuche bestätigt werden. So ergab sich eine gute Nachweisempfindlichkeit bei Aluminiumbauteilen oder Aluminiumstrukturverbindungen bei Verwendung von Glasfasern mit einem Durchmesser von 30 pm und 60 pm sowie einem konventionellen 2-Komponenten Epoxy-Klebstoff.
gehindert einkoppeln und die Oberwachung ungehindert vornehmen zu können. Die zwischen den Laschenelementen 20,22 dargestellten Linien deuten den Lack und eine Dichtpaste an. Die lichtleitenden Fasern sind dabei in der Lage, den durch die Vernietung entstehenden Druck schadlos und auf Dauer auszuhalten.
Die erfindungsgemäße Überwachung kann in mehreren Betriebsarten benutzt werden. Wie bereits erwähnt kann Licht von einer Lichtquelle ständig eingekoppelt und der Durchgang auch die lichtleitende Faser 2 durch eine Kontrollperson von Zeit zu Zeit oder von Lichtdetektoren und einer Auswertelektronik ständig überwacht werden. Es ist aber auch möglich Licht nur dann einzukoppeln, wenn eine Kontrollperson eine Inspektion visuell oder mit der Auswertelektronik vornimmt. Die erfindungsgemäße Meßanordnung zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen gegenüber den bisherigen Meßanordnungen aus.Durch den unmittelbaren Kontakt der lichtleitenden Faser mit der Bauteiloberfläche wird die Nachweisempfindlichkeit wesentlich erhöht. Korrosionsprobleme sind nicht zu erwarten und bei einem Bruch zeigt die Lichtaustrittstelle die Rißstelle an. Die lichtleitende Faser ist unempfindlich gegen elektromagnetische Störfelder jeglicher Art. Ein einmal entstandener Faserbruch ist irreversibel, so daß ein Riß auch nach Entlastung des Bauteiles angezeigt wird. Außerdem sind die Kosten für lichtleitende Fasern sehr gering.
Fig. 2 zeigt die Einzelheiten eines Lichteinkopplers 3, bei dem eine Rampe 15 den Übergang vom Speiselichtleiter 5 zu den lichtleitenden Fasern 2 bildet. Diese Rampe 15 ist zum Anschluß an den Speiselichtleiter 5 bis zur Hälfte als Quader und danach als Keil ausgebildet, so daß sich für die lichtleitenden Fasern 2 ein einwandfreier über gang zum jeweiligen Bauteil ergibt. Die Breite der Rampe 15 ist dabei so gewählt, daß mehrere lichtleitenden Fasern 2 darauf ohne weiteres an den Speiselichtleiter 5 angeschlossen werden können.
In der Darstellung nach Fig. 3 ist ein Bauteil 1 zu sehen, auf das sechs lichtleitende Fasern 2 parallelliegend in Längsrichtung aufgeklebt sind. Die sechs lichtleitenden Fasern 2 sind an einem Ende zu einem gemeinsamen Lichteinkoppler 3 geführt, der über einen Speiselichtleiter 5 von einer nicht näher dargestellten Lichtquelle Licht erhält. Im Bauteil 1 ist ein Riß 8 angedeutet, der von der Mitte aus die lichtleitenden Fasern 2 unterwandert. Es ist möglich die freien Enden der lichtleitenden Fasern 2 von einer Kontrollperson von Zeit zu Zeit visuell beobachten zu lassen, oder für jede lichtleitende Faser einen Lichtdetektor 6 wie in Fig. 1 zur ständigen Beobachtung und Auswertung mit einer Auswertelektronik 7 einzusetzen.
In der letzten Darstellung nach Fig. 4 ist eine Strukturverbindung zu sehen, in welcher eine lichtleitende Faser 2 für eine ständige Rißüberwachung eingesetzt ist. Die Strukturverbindung besteht aus einem Laschenelement 20, dessen abgebildetes Ende mit zwei zu beiden Seiten liegenden Laschenelementen 21, 22 verbunden ist. Die Verbindung ist eine Nietverbindung, was durch die Bohrungen 23 in Fig. 4 a angedeutet ist. Wie aus Fig. 4 a ebenfalls zu erkennen ist, ist die lichtleitende Faser 2 mit einer Längsschleife um die mittlere Reihe der Bohrungen 23 geführt, aber es ist wie strichpunktiert angedeutet auch eine mäanderförmige Verlegung der lichtleitenden Faser 2 möglich. Durch schrägstehende Bohrungen 24, welche im Laschenelement vorgesehen sind, ist die lichtleitende Faser 2 auf die Außenseite geführt, um das Licht un- Leerseite

Claims

Meßanordnung zum Feststellen von Rissen Patentansprüche Meßanordnung zum Feststellen von Rissen in Prüflingen mit einem am Prüfling anzubringenden Rißdetektor , welcher beim Auftreten von Rissen ein Signal zur Rißanzeige erzeugt, dadurch g e -k e n n z ei c h ne t, daß der Rißdetektor aus auf den Prüfling (1) aufklebbaren und über einen Lichteinkoppler (3) mit Licht versorgten lichtleitenden Fasern (2) besteht.
2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß für die lichtleitenden Fasern (2) Glafifasern eingesetzt sind.
3. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß für die lichtleitenden Fasern (2) Quarzfasern eingesetzt sind.
4. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß für die lichtleitenden Fasern (2) Kunststofffasern eingesetzt sind.
5. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gek e n n z e i c h ne t, daß die lichtleitenden Fasern (2) mäanderförmig verlegt sind.
6. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß für die lichtleitenden Fasern (2) vorzugsweise aufgedampfte lichtleitende Filme eingesetzt sind.
7. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Lichteinkoppler (3) zur Versorgung mehrerer lichtleitenden Fasern (2) ausgebildet ist.
8. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß je einem Ende der lichtleitenden Fasern (2) ein Lichtdetektor (6) zugeordnet ist, deren Ausgangssignale einer Auswertelektronik (7) zugeleitet sind.