DE3522771C2 - Verfahren zur Überwachung der physikalischen und/oder der chemischen Änderungen in einem Gastmaterial und Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der physikalischen und/oder der chemischen Änderungen in einem Gastmaterial zwischen einem flüssigen oder nicht ausgehärtetem Zustand und einem festen oder ausgehärtetem Zustand, bei dem (1) ein akustischer Wellenleiter in dem Gastmaterial, während es sich in einem flüssigen oder nicht ausgehärteten Zustand befindet, eingebettet wird, wobei der Wellenleiter sich aus dem Gastmaterial herauserstreckt; und bei dem (2) Schallwellen in dem Wellenleiter ausgewertet werden, nachdem die Schallwellen durch den Wellenleiter in dem Material hindurchgelaufen sind.

Ein derartiges Verfahren ist aus der US-PS 4 335 613 (entsprechend der CH 647 331 A5) bereits bekannt.

Bei dieser Druckschrift werden Messungen sowohl bei flüssigem Medium (Wasser) als auch bei erstarrtem Medium (Eis) durchgeführt.

Wenn aushärtbare Harze durch einen gesteuerten Prozeß, wie beispielsweise bei thermisch aushärtbaren Harzen durch Hitze, ausgehärtet werden, ist es oftmals notwendig, das Ausmaß zu überwachen, bis zu dem die Harze ausgehärtet sind, um auf diese Weise zu wissen, ob der Aushärteprozeß fortgesetzt werden soll oder zu beenden ist. Wenn das Harz zu wenig ausgehärtet ist, wird der sich ergebende Gegenstand schwach sein und schlechte Eigenschaften besitzen, und wenn das Harz zu stark ausgehärtet wird, wird Zeit und Energie verschwendet und die Eigenschaften des sich ergebenden Gegenstandes können sich wiederum erneut zu verschlechtern beginnen.

Eine Möglichkeit, das Ausmaß der Aushärtung zu überwachen, ist die Anwendung von elektrischen Verfahren, bei denen die Elektrizitätskonstante und der Verlustfaktor des Harzes überwacht wird, während das Harz ausgehärtet wird. Jedoch erfordert dieses Verfahren, daß Metallelektroden in das Harz eindringen oder das Harz berühren. Auch ist es, da sich ein schlechtes Signal-zu-Rauschverhältnis ergibt, kein ideales Verfahren für die Anwendung bei Graphit-Epoxy-Zusammensetzungen.

Der Aushärteprozeß kann auch mit Hilfe von Ultraschallwellen überwacht werden. Ein Ultraschallsender wird auf der einen Seite des Behälters und ein Ultraschallempfänger auf der anderen Seite angeordnet, und Ultraschallwellen werden durch das Harz hindurchgeleitet, während dieses aushärtet. Beispiele dafür sind die US 4 312 228 und US 4 327 587. Bei der US 4 312 228 wird eine oberflächliche akustische Welle erzeugt, indem ein Element benutzt wird, das auf der Oberfläche des zu überwachenden Harzes aufgeschichtet wird. Bei der US 4 327 587 werden Ultraschalloszillationen benutzt, um die Polymerisation zu überwachen. Es wird zumindest ein Ultraschallwandler benutzt, der sowohl Ultraschallwellen erzeugt als auch solche empfängt. Der Wandler ist mit einer Ultraschallverzögerungsleitung akustisch verkoppelt, die in einem Polymerisationsmonomer angeordnet ist. Bei beiden Druckschriften ergibt sich der Nachteil, daß durch Diffusion des Ultraschallstrahles die erreichbare Empfindlichkeit zur Messung von physikalischen und chemischen Änderungen, die bei der Harzaushärtung auftreten, nicht besonders groß ist. Als besser geeignet hat sich eine Anordnung und eine Verfahrensweise erwiesen, bei der mit einem Wellenleiter gearbeitet wird, der permanent in dem zu überwachenden Medium angeordnet wird, wie dies bei der CH 647 331 A5 oder der US-PS 4 335 613 der Fall ist, auf die eingangs bereits kurz hingewiesen wurde und von dem die vorliegende Erfindung ausgeht. Gemäß diesen Druckschriften werden Messungen sowohl bei flüssigem Medium (Wasser) als auch bei erstarrtem Medium (Eis) durchgeführt. Damit will man erreichen, die Bildung von Eis auf der Oberfläche der Straße zu erkennen. Zur Erkennung von Eis auf einer Flugzeugoberfläche dient gemäß der US 4 054 255 ebenfalls ein Wellenleiter.

Aufgabe der Erfindung ist es, das aus der eingangs genannten Druckschrift bekannte Verfahren einer neuen Aufgabe zuzuführen, nämlich nicht nur die Überwachung des Straßenzustandes zu ermöglichen, sondern dem Aushärteprozeß von harzartigen Gastmaterialien bis zur endgültigen Verfestigung zu ermöglichen, wobei auch noch nach dem abgeschlossenen Verfestigungsprozeß eine weitere Überwachung bei Bedarf möglich sein sollte.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Schallwellen durch den im Gastmaterial permanent eingebetteten akustischem Wellenleiter zwischen den Verfahrensschritten (1) und (2) hindurchgeführt werden und daß das Gastmaterial aus einem harzartigen, aushärtbarem Kunststoff besteht.

Durch diese Verfahrensweise wird es möglich, den Aushärteprozeß von harzartigen Gastmaterialien bis zur endgültigen Verfestigung zu überwachen, wobei auch noch nach dem abgeschlossenen Verfestigungsprozeß eine weitere Überwachung möglich ist. Die erfindungsgemäße Verfahrensweise und die zugehörige Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens erlaubt Ausführungformen, die auch zur Ermittlung von Brüchen in dem zu überwachenden Gegenstand führen können, wobei sogar Entfernungsmessungen möglich sind. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ist, daß eine Herstellung des Wellenleiters aus glasfaserverstärktem Polyesterharz möglich wird, wobei diese Anordnung insofern besonders günstig ist, als sie mit dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Gastmaterials besonders gut zusammenpaßt. In diesem Zusammenhang ergibt sich noch ein besonderer Vorteil dadurch, daß bei einer glasfaserverstärkten Wellenleiterkonstruktion das Gastmaterial bzw. der sich aus dieser Kombination ergebende Gesamtgegenstand mechanisch noch verstärken läßt. Dieser Gesichtspunkt wird in keiner der Entgegenhaltungen angesprochen.

Die Verwendung eines Wellenleiters in einem Gastmaterial aus einem harzartigen, aushärtbarem Kunststoff, wobei dieser Wellenleiter in dem Gastmaterial eingebettet ist, erlaubt auch eine genauere Festlegung der Bereiche, die in dem Gastmaterial überwacht werden sollen, was bei einer diffusen Ultraschallüberwachung ohne Wellenleiter nicht möglich ist. So ist eine Ausführungsform denkbar, bei der der Wellenleiter an seinem Ende eine Fehlanpassung aufweist und die Welle reflektiert, wobei eine derartige Wellenleiterkonstruktion beispielsweise schleifenförmig im Gastmaterial angeordnet werden kann, und zwar insbesondere dort, wo besonders wichtige Meßvorgänge stattzufinden haben.

Außerdem ist es möglich, mittels hoch energetischer Ultraschallwellen die Aushärtung des Gastmaterials zu bewirken oder zu beschleunigen, und zwar insbesondere auch gesteuert an solchen Stellen, wo dies besonders wichtig ist. Denkbar sind beispielsweise Anwendungsfälle, bei denen mit anderen Beschleunigungsmaßnahmen, wie Wärme und ähnlichem, nicht so gut gearbeitet werden kann, weil beispielsweise diese Stellen unzugänglich sind.

Auch ist eine besonders günstige Verwendung im fertigen Produkt denkbar, beispielsweise dann, wenn das Gastmaterial einen Flugzeugflügel darstellt und mehrere Wellenleiter mit akustischen Sensoren an ihren Enden vorgesehen werden. In diesem Falle kann der Aufschlag von Gegenständen auf den Flügel festgestellt und ggf. sogar lokalisiert werden.

Mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise und der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde ermittelt, daß die physikalischen und chemischen Änderungen, die beispielsweise während der Polymerisation auftreten, wenn eine Flüssigkeit sich verfestigt, mit extremer Empfindlichkeit überwacht werden können, indem eine Schallwelle durch einen Schallwellenleiter hindurchgeführt wird, der in Flüssigkeit eingebettet ist. Diese Verfahrensweise ist so empfindlich, daß Änderungen in der Schalldämpfung in dem Wellenleiter von 1000 : 1 oder selbst von 10 000 : 1 währenddes Aushärtens des Harzes auftreten.

Hinzu kommt, daß dann, nachdem die Flüssigkeit sich verfestigt hat, der Wellenleiter in dem sich ergebenden Feststoff eingebettet verbleibt und daß irgendwelche angelegten Belastungen oder Kräfte leicht durch Änderungen erkannt werden können, die in einer Schallwelle auftreten, die durch den Wellenleiter hindurchgelaufen ist. Außerdem kann jeder physikalische Kontakt mit dem Festkörper, oder jede strukturelle Änderung (wie Mikrobrüche) innerhalb des Körpers leicht aufgefunden werden, indem der akustische Wellenleiter als eine akustische Empfangseinrichtung verwendet wird. Beispielsweise ist ein Wellenleiter, der in einer 23×23 cm großen Schicht aus Graphit-Epoxy-Zusammensetzung angeordnet ist, so empfindlich, daß akustische Wellen leicht erkannt werden können, die lediglich durch Blasen auf die Schicht oder Berühren mit einer Feder erzeugt werden. Wenn akustische Sensoren auf jedes Ende eines akustischen Wellenleiters aufgebracht werden, können Schallentfernungsmessungen verwendet werden, um eine akustische Emissionsstelle innerhalb des ausgehärteten Feststoffes zu lokalisieren.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind.

Es zeigt

Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung ein Gerät gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung ein Laminat gemäß einer weiteren Ausführungsform; und

Fig. 3 bis 5 grafische Darstellungen von Versuchsergebnissen.

In Fig. 1 ist ein Behälter 1 mit einer verfestigbaren Flüssigkeit 2 bis zu einem Pegel 3 gefüllt. Der Behälter besitzt Flüssigkeitsdichtungen 4 und 5 an den Stellen des Behälters, durch die der Wellenleiter 6 hindurchreicht. Auf jedes Ende des Wellenleiters 6 ist ein Wandler 7 bzw. 8 aufgebracht. Diese Wandler setzen die elektrische Energie in Schallwellen und Schallwellen zurück in elektrische Energie um, und zwar über Leitungen 9 bzw. 10, die an die Überwachungsausrüstung (nicht dargestellt) angebracht sind.

In Fig. 2 besitzt ein Laminat 11, bestehend aus einem Stapel aus harzimprägnierten Vorpräparaten 12 einen eingebetteten akustischen Wellenleiter 13, der sich durch das Laminat hindurcherstreckt.

Es wird angenommen, daß die durch einen Wellenleiter übertragene Schallenergie in enger Beziehung steht zu der Differenz zwischen der akustischen Impedanz des Wellenleiters und akustischen Impedanz des Gastmaterials, das den Wellenleiter umgibt, und daß die akustische Impedanz des Mediums, das den Wellenleiter umgibt, von der Dichte des Gastmaterials, multipliziert mit der Schallgeschwindigkeit durch dieses Gastmaterial, abhängt. Somit wird jede physikalische oder chemische Änderung, die die Dichte des Gastmaterials oder die Geschwindigkeit des Schalls durch das Material verändert, dessen akustische Impedanz und die Schallenergie verändern, die durch den Wellenleiter hindurch übertragen wird. Da die Dichte des Gastmaterials und die Schallgeschwindigkeit durch dieses Material hindurch von der Temperatur, vom Druck, von der Dehnung, von der Einwirkung auf das Gastmerial beeinflußt wird, können alle diese Dinge mit Hilfe des Wellenleiters überwacht werden. Es ist sogar möglich, den sogenannten Young-Modulus aus der Information abzuleiten, die durch den Wellenleiter erhalten wird. Die Durchgangszeit der Schallwelle durch den Wellenleiter wird auch durch diese Faktoren beeinflußt und kann ebenfalls benutzt werden, um Änderungen zu überwachen, die in dem Gastmaterial auftreten.

Ein Verfahren und ein Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei jedem Gastmaterial angewendet werden, das einer physikalischen Änderung unterliegt, insbesondere einer Änderung von einem flüssigen zu einem festen Zustand. Besonders interessant sind voll imprägnierte Gegenstände, die in Schichten, hergestellt aus einem Substrat, in das Harz einimprägniert und dann in den B-Zustand gebracht wurde. Diese vorimprägnierten Gegenstände werden mit dem Wellenleiter dazwischen gestapelt. Unter Hitze und Druck verflüssigt sich das im B-Zustand befindliche Harz und härtet aus, um alle Schichten zu einem Laminat miteinander zu verbinden.

Der Wellenleiter kann aus jedem Material hergestellt sein, das durch das Gastmaterial nicht außer Funktion gesetzt wird. Beispielsweise können Stahl, Saphir, Quarz, Kunststoffe, Glas, glasfaserverstärktes Polyester und glasfaserverstärktes Epoxyharz als Wellenleiter verwendet werden. Glasfaservestärktes Polyesterharz ist das vorzugsweise Wellenleitermaterial für aus Kunststoff bestehende Gastmaterialien, weil es flexibel ist, die Struktur des Kunststoffes verstärkt und sehr gut arbeitet. Es ist vorzuziehen, ein Wellenleitermaterial auszuwählen, das hinsichtlich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu dem Gastmaterial paßt, um die Erzeugung von Belastungen in dem Gastmaterial zu vermeiden. Auch wird ein gutes Wellenleitermaterial den sich ergebenen Gegenstand verstärken und an dem Gastmaterial sich anbinden. Vorzugsweise sollte der Wellenleiter eine Dämfpung von weniger als etwa 10 Dezibel pro Meter seiner Länge haben, um so seine Empfindlichkeit aufrecht zu erhalten. Wenn natürlich der Wellenleiter sehr kurz ist, könnten auch höhere Dämpfungen akzeptabel sein. Die Dämpfung hängt von dem Material ab, aus dem der Wellenleiter hergestellt ist, wie auch von seiner Querschnittsfläche und der Frequenz der Schallwelle, die durch den Wellenleiter hindurchgeführt wird. Ebenso wird die Dämpfung reduziert, wenn das Wellenleitermaterial und das Gastmaterial eine akustische Fehlanpassung bilden. Der Wellenleiter kann von nahezu jeder Länge sein, jedoch erfordern längere Wellenleiter natürlich ein kräftigeres akustisches Signal. Obwohl kreisförmige Wellenleiter vorgezogen werden, kann der Wellenleiter irgendeine Querschnittsform aufweisen. Der wellenleiter kann irgendwo innerhalb des Gastmaterials angeordnet werden. Wenn nur ein Wellenleiter verwendet wird, wird dieser im allgemeinen in der Mitte des Materials angeorrdnet. Wenn irgendwelcher Wellenleiter verwendet werden, können sich gleichförmig verteilt werden, oder sie können in empfindlicheren Teilen des Gastmaterials angeordnet werden.

Ultraschallwandler werden verwendet, um eine Schallwelle in dem Wellenleiter zu erzeugen. Im allgemeinen werden zwei Wandler benutzt, einer an jedem Ende, einer zum Aussenden des Schalles und der andere für den Empfang des Schalles. Die Wandler arbeiten durch Verwandlung eines elektrischen Signals in ein Schallsignal und, umgekehrt, durch Änderung eines Schallsignals zurück in ein elektrisches Signal. Es ist auch möglich, einen einzigen Wandler zu verwenden, indem die Schallwelle an einem Ende des Wellenleiters reflekiert wird, so daß der aussendende Wandler auch der empfangende Wandler wird. Wenn eine Schallwelle am Ende des Wellenleiters zurückgeworfen wird, kann es wünschenswert sein, ein akustisches fehlangepaßtes Material an dem Ende des Wellenleiters anzubringen, um die Reflektivität für die Schallwelle zurück in den Wellenleiter möglichst groß zu machen. Um mehr Fläche innerhalb des Gastmaterials zu überwachen, ist eine andere mögliche Konfiguration die, den Wellenleiter in eine Schleife zu biegen, so daß die Schallwelle durch den Wandler hindurch entlang der Schleife und zurück zu einem anderen Wandler läuft. Es ist auch möglich, das Signal durch einen Wellenleiter hindurchzuschicken und es durch einen anderen Wellenleiter zu empfangen, nachdem das Signal durch das Gastmaterial hindurchgelaufen ist.

Für die Schallwelle, die der Wellenleiter überträgt, kann eine beliebige Schallfrequenz benutzt werden, obwohl Ultraschallwellen, die typischerweise von 10 bis 300 Kilohertz reichen, vorzuziehen sind, da sie die größte Empfindlichkeit liefern. Bei niedrigeren Frequenzen kann das Signal durch Hintergrundgeräusche verschleiert werden, und bei höheren Frequenzen kann das Signal zu stark gedämpft werden. Natürlich können akustische Filter angewendet werden, um ungewünschtes Geräusch auszuschalten.

Das Gastmaterial kann durch verschiedene Einrichtungen gehärtet werden, einschließlich Ultraviolettstrahlung, Mikrowellen, Elektronenstrahlung, oder andere Strahlung, Hitze, das Hinzufügen von Katalysatoren, oder selbst auch durch Ultraschallwellen. Hochenergetische Ultraschallwellen für Aushärtezwecke können in den eingegrabenen Wellenleitern eingeführt werden. Die sich ergebende Struktur besteht aus dem festen Gastmaterial, mit dem darin eingebetteten Wellenleiter. Dieser Gegenstand ist sehr nütztlich für die Erkennung von physikalischen oder chemischen Änderungen, die in dem Gastmaterial auftreten, welche Änderungen die Dämpfung oder die Geschwindigkeit des Schalles durch dieses Material beeinflussen. Wenn beispielsweise das Gastmaterial einen Flugzeugflügel bildet, kann der Wellenleiter benutzt werden, um dessen Zugbelastungen und die sonstigen Belastungen zu überwachen, in dem der Wellenleiter in einer Schallwellen empfangenden Betriebsart verwendet wird, wobei die Geschwindigkeit der Luft, die über den Tragflügel strömt, oder der Aufschlag von Gegenständen auf den Flügel überwacht werden kann. Die Stelle des Einschlags eines Objektes auf den Flügel kann festgestellt werden durch die Zeitunterschiede, mit denen der Einschlag an den akustischen Sensoren festgestellt wird, welche Sensoren an den Enden des Wellenleiters angebracht sind. Alternativ kann auch mehr als ein Wellenleiter benutzt, um die Einschlagstelle zu lokalisieren, wobei die Größe und die Eintreffzeit des Signals verwendet wird.

Die Erfindung sei nun anhand der folgenden Beispiele noch näher erläutert:

Beispiel 1

Ein akustischer Wellenleiter aus glasfaserverstärktem Epoxyharz mit einem Durchmesser von 1/16 mm wurde durch zwei aus Silikon bestehende akustische Isolationsdichtungen an jedem Ende von zwei kreisförmigen Polyvinylchloridbehältern hindurchgeführt, jeder mit einem Durchmesser von 5,7 cm, angeordnet 2,5 cm oberhalb des Bodens des Behälters. Ein akustischer Sender für eine Frequenz von 74 kHz wurde an einem Ende des Wellenleiters angebracht, und ein akustischer Empfänger für eine Frequenz von 74 kHz wurde an dem anderen Ende des Wellenleiters angebracht, beide außerhalb des Behälters. Ein Bispenol A-Epoxyharz wurde in einen Behälter eingegossen, bis zu einer Tiefe von etwa 3,2 cm, und ein Gel wurde in einen ähnlichen Behälter bis zu einer ähnlichen Tiefe eingegossen, beide bis etwa 0,64 cm oberhalb des Wellenleiters. Das Gel bestand aus 100 Gewichtsteilen flüssigem Diglycidyläther des Bisphenol A, 20 Gewichtsteilen Aminhärter und 10 Gewichtsteilen eines Beschleunigers. Das Gel wurde bei 80°C unter Vacuum gemischt und härtete aus, nachdem es in den Container gegossen wurde. Der Wellenleiter für das Epoxyharz war 24,5 cm lang, und der Wellenleiter für das Gel war 34,9 cm lang. Impulsartige akustische Wellenzüge wurden durch die Wellenleiter übertragen und die empfangenen Signals ausgewertet, während die Harze in die Behälter eingegossen wurden, und während des Aushärteprozesses. Während die Harze um den Wellenleiter herum während des Aushärteprozesses schrumpften, wurden die Signale, die durch die Wellenleiter übertragen wurden, um etwa zwei Größenordnungen gedämpft. Zusätzlich gab es Änderungen in der Durchlaufzeit der akustischen Wellen.

In Fig. 3 sind die Ergebnisse in einer graphischen Darstellung wiedergegeben, in der die Spitzenwerte des akustischen Signals von 74 kHz in Millivolt über der Zeit aufgetragen sind, die vergangen war, nachdem das Harz in die Behälter eingegossen worden war. Die grafische Darstellung zeigt, daß für das Epoxyharz das durch den Wellenleiter übertragene Signal um etwa den Faktor 100 : 1 gedämpft wurde, und eine maximale Dämpfung nach 44 min erreichte, wobei angenommen wird, daß diese Zeit mit dem Ende des Aushärteprozesses zusammenfällt. Der Anstieg im Signalpegel, der später auftrat, ist vermutlich dadurch zu erklären, daß das Harz auf Umgebungstemperatur zurückkehrt, was ein weiteres Anzeichen für die Empfindlichkeit des Systems ist. Das langsamer aushärtende Gel veranlaßte ebenfalls eine Gesamtsignaldämpfung von etwa 100 : 1, jedoch wurde die maximale Dämpfung nicht vor Ablauf von 350 min erreicht.

Fig. 4 ist eine grafische Darstellung, die, in Millivolt, den Unterschied zwischen dem anfänglich auftretenden akustischen Signal und dem Signal aufzeigt, das zu der Zeit auftrat, die jeweils auf der horizontalen Achse aufgetragen ist. Kurve A gilt für das Epoxyharz und Kurve B für das Gel. Zur Kurve A paßt die Gleichung V₀-V=2,1×t^1,03, und Kurve B läßt sich darstellen durch die Gleichung V₀-V=0,66×t^0,88. Der Punkt X ist die Beendigung des Aushärtens für das Epoxyharz und der Punkt Y ist die Beendigung des Aushärtens für das Gel. Die geraden Linien, die durch die Daten erzeugt werden, zeigen, daß die Polymerisationsprozesse und die Gelierungsprozesse chemischen Reaktionen erster Ordnung folgen, und daß die Dämpfung der akustischen Welle der Polymerisation des Harzes entspricht. Aus diesen Gleichungen ist es möglich, zu einem frühen Zeitpunkt während des Aushärteprozesses die ungefähre Zeit vorherzusagen, die benötigt wird, um den Prozeß abzuschließen.

Beispiel 

Dreißig vorimprägnierte Stücke mit den Maßen von 15,2×15,2 cm, die mit Graphitfasern eines Durchmessers von 9 Mikron mit Epoxyharzimprägnierung bestehen, verkauft von der Fa. Hercules unter der Bezeichnung "3501-6/AS", wurden in alternativen Richtungen gestapelt, mit der Ausnahme der mittleren zwei vorimprägnierten Stücke, die zueinander parallel lagen. Ein akustischer Wellenleiter mit einer Länge von 91 cm aus glasfaserverstärktem Polyester mit einer Dicke von 0,16 cm wurde zwischen die mittleren zwei Vorimprägnierstücke, parallel zu den Fasern, angeordnet.

Die Enden des Wellenleiters waren an Ultraschallwandler einer Frequenz von 70 kHz angeschlossen. Die Wandler waren elektrisch mit Vorverstärkern und Filtern verbunden und dann an einen Oszillographen angeschlossen.

Ein Laminat wurde hergestellt, indem der Stapel aus vorimprägnierten Stücken mit einem Druck von 0,345 N/mm² gepreßt wurde, unter gleichzeitiger Erhitzung, um das Harz auszuhärten. Fig. 5 gibt die Temperatur des Stapels über der Zeit wieder. Auch in Fig. 5 dargestellt ist die akustische Signalspitze, die bei 71 kHz während des Aushärtens empfangen wurde. Ein Signal von etwa 3000 Mikrovolt wurde mit Hilfe von einem der Wandler während des Aushärtens durch den Wellenleiter geschickt.

Unten in Fig. 5 sind die Ergebnisse bei Verwendung automatischer Dielektrometrie bei 1 kHz und 100 Hz wiedergegeben, um das Aushärten eines identischen Stapels von Vorimprägnierstücken in der gleichen Zeitperiode zu überwachen.

Die in Fig. 5 dargestellten Ergebnisse zeigen, daß das erfindungsgemäße Verfahren um ein mehrfaches empfindlicher ist als die automatische Dielektrometrie, die gegenwärtig die gängige Methode der Überwachung des Aushärtens darstellt.

Beispiel 3

Beispiel 2 wurde wiederholt, wobei identische Materialien und Verfahrensweisen angewendet wurden, mit der Ausnahme, daß die vorimprägnierten Stücke eine Größe von 23 cm×23 cm aufwiesen und der Wellenleiter aus Epoxy-Glasfaser- Material bestand. Die Empfindlichkeit des Wellenleiters wurde untersucht, indem einzelne Salzkörner auf den Wellenleiter aus einer Höhe von 25 cm fallengelassen wurden. Der Einschlag eines jeden Korns erzeugte ein akustisches Signal von etwa 1000 Mikrovolt in dem Wellenleiter, wodurch jeder Einschlag leicht erkennbar wurde. Selbst ein sehr leichtes Berühren des Laminats mit einer Feder erzeugte ein merkliches Signal in dem Wellenleiter.

Claims (18)

1. Verfahren zur Überwachung der physikalischen und/oder der chemischen Änderungen in einem Gastmaterial zwischen einem flüssigen oder nicht ausgehärtetem Zustand und einem festen oder ausgehärteten Zustand, bei dem (1) ein akustischer Wellenleiter in dem Gastmaterial, während es sich in einem flüssigen oder nicht ausgehärteten Zustand befindet, eingebettet wird, wobei der Wellenleiter sich aus dem Gastmaterial herauserstreckt; und bei dem (2) Schallwellen in dem Wellenleiter ausgewertet werden, nachdem die Schallwellen durch den Wellenleiter in dem Material hindurchgelaufen sind, dadurch gekennzeichnet, daß Schallwellen durch den im Gastmaterial permanent eingebetteten akustischen Wellenleiter zwischen den Verfahrensschritten (1) und (2) hindurchgeführt werden und daß das Gastmaterial aus einem harzartigen, aushärtbaren Kunststoff besteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der harzartige, aushärtbare Kunststoff aus thermisch aushärtbarem Kunststoff, insbesondere aus im B-Zustand befindlichem thermisch aushärtbarem Harz besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das im B-Zustand befindliche thermisch aushärtbare Harz in vorimprägnierten Stücken enthalten ist, und daß der akustische Wellenleiter zwischen diese vorimprägnierten Stücke gelegt und das Harz in den vorimprägnierten Stücken während der Herstellung eines Laminats verflüssigt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der akustische Wellenleiter aus glasfaserverstärktem Material, insbesondere aus glasfaserverstärktem Polyesterharz besteht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß hoch energetische Ultraschallwellen in den eingebetteten akustischen Wellenleiter eingeführt werden, um das ihn umgebende Material auszuhärten.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der akustische Wellenleiter in dem Gastmaterial schleifenförmig angeordnet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem einen Ende des akustischen Wellenleiters ein sendender und empfangender Schallwandler angeordnet wird, und daß an dem anderen Ende des akustischen Wellenleiters eine Fehlanpassung angeordnet wird, und daß diese die Welle reflektiert.

8. Verwendung einer nach den Ansprüchen 1 bis 7 hergestellten Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß an das Gastmaterial, nachdem dieses sich verfestigt hat, angelegte Belastungen oder Kräfte durch Änderungen in den Schallwellen ermittelt werden, welche durch den akustischen Wellenleiter hindurchlaufen.

9. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der akustische Wellenleiter zur Überwachung der Belastung eines Flugzeugflügels, der Geschwindigkeit der den Flügel überströmenden Luft oder des Aufschlags von Gegenständen auf den Flugzeugflügel dient.

10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung des Aufschlagens von Gegenständen auf dem Flugzeugflügel mehrere Wellenleiter mit akustischen Sensoren an ihren Enden vorgesehen sind.

11. Verfahren zur Überwachung der physikalischen und/oder der chemischen Änderungen in einem Gastmaterial zwischen einem flüssigen, nicht ausgehärteten Zustand und einem festen, ausgehärteten Zustand, bei dem (1) ein akustischer Wellenleiter in dem Gastmaterial, während es sich in einem flüssigen Zustand befindet, eingebettet wird, wobei der Wellenleiter sich aus dem Gastmaterial herausgestreckt; und wobei (2) Schallwellen in dem akustischen Wellenleiter ausgewertet werden, nachdem die Schallwellen durch den Wellenleiter in dem Material hindurchgelaufen sind, dadurch gekennzeichnet, daß Schallwellen durch den akustischen Wellenleiter zwischen den Verfahrensschritten (1) und (2) hindurchgeführt werden, und daß das Gastmaterial im festen, ausgehärteten Zustand einen Flugzeugflügel bildet.

12. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung folgendes umfaßt: einen akustischen Wellenleiter, der sich in einen Behälter hineinerstreckt, mit flüssigkeitsdichten Ausgangseinrichtungen (4, 5) in einem Bereich, wo der akustische Wellenleiter (6) sich durch den Behälter erstreckt, einer verfestigbaren, harzartigen Flüssigkeit (2) in dem Behälter (1) bis zu einer Höhe (3) oberhalb der flüssigkeitsdichten Ausgangseinrichtungen (4, 5), die den Wellenleiter permanent in dem Behälter einbettet; Einrichtungen (7, 8, 9, 10) außerhalb des Behälters (1), um eine akustische Welle durch den Wellenleiter (6) in dem Behälter (1) zu senden; und Einrichtungen (7, 8, 9, 10) außerhalb des Behälters (1) zur Überwachung der akustischen Welle, nachdem diese durch den Wellenleiter (6) in dem Behälter (1) gelaufen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die verfestigbare harzartige Flüssigkeit (2) ein im B-Zustand befindliches Harz auf einem vorimprägnierten Stück ist, welches Harzu unter Hitze und Druck verflüssigbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand ein aus Gastmaterial hergestelltes Laminat mit einem harzimprägnierten Substrat darstellt, das einen in dem Substrat permanent eingebetteten und von diesem sich wegerstreckenden akustischen Wellenleiter aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren akustischen Wellenleitern diese in empfindlichen Teilen des Gegenstandes angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung nur eines einzigen akustischen Wellenleiters dieser in der Mitte des Gastmaterials angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von mehreren akustischen Wellenleitern diese gleichförmig verteilt sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von mehreren akustischen Wellenleitern diese in empfindlichen Teilen des Gastmaterials angeordnet sind.