DE4025564C1 - Impact damage registering appts. for laminated fibre components - uses piezoelectric foil pieces distributed over component and connected to monitor to ascertain changes in capacitative charge - Google Patents
Impact damage registering appts. for laminated fibre components - uses piezoelectric foil pieces distributed over component and connected to monitor to ascertain changes in capacitative chargeInfo
- Publication number
- DE4025564C1 DE4025564C1 DE19904025564 DE4025564A DE4025564C1 DE 4025564 C1 DE4025564 C1 DE 4025564C1 DE 19904025564 DE19904025564 DE 19904025564 DE 4025564 A DE4025564 A DE 4025564A DE 4025564 C1 DE4025564 C1 DE 4025564C1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- piezoelectric film
- film pieces
- component
- impact
- piezoelectric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/60—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrostatic variables, e.g. electrographic flaw testing
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Description
Vorrichtung zur Feststellung von Schlagbeschädigungen an
Faserverbundwerkstoff-Bauteilen, insbesondere von Fahr- und
Flugzeugen.
Im Fahrzeug- und Flugzeugbau werden immer mehr Bauteile aus
Faserverbundwerkstoffen verwendet, insbesondere
kohlefaserverstärkte Verbundwerkstoffe. Die Bauteile werden im
allgemeinen durch Laminieren kunststoffimprägnierter
Faserschichten, sog. Prepregs, unter Druck und Wärme in einer
Preßform hergestellt.
Diesen Bauteilen ist damit die Gefahr eigen, zu delaminieren.
Eine Delamination kann insbesondere bei Schlägen auf das Bauteil
auftreten. Demgemäß kann eine Schlagbeschädigung eines
Faserverbundwerkstoff-Bauteils durch Delamination zu einem hohen
Verlust an mechanischer Festigkeit führen.
Faserverbundwerkstoffe besitzen daher bei Schlagschädigungen
eine relativ geringe Schadenstoleranz.
Im Betrieb ist ein Flugzeug stets der Gefahr von Schlägen
ausgesetzt, beispielsweise im Flug durch Vögel, Hagel,
Eisstücke, die bei Vereisungen abplatzen, oder beim Starten und
Landen durch nach oben geschleuderte Steine.
Die Schlagschäden, die sich, wie gesagt, insbesondere in Form
einer Delamination des Faserverbundwerkstoffs auswirken, sind
von außen normalerweise nicht erkennbar. Um Schlagschäden an den
Faserverbundwerkstoffbauteilen festzustellen, ist es bekannt,
sie in Wartungsintervallen zerstörungsfreien Prüfmethoden, wie
Röntgenuntersuchungen oder Ultraschalltests, zu unterwerfen.
Diese Methoden sind aber nicht nur sehr zeitaufwendig, vielmehr
haftet ihnen der wesentliche Nachteil an, daß ein Flugzeug, das
durch Schlag äußerlich nicht erkennbar beschädigt worden ist,
bis zur nächsten Wartung weiterfliegt und somit einem hohen
Sicherheitsrisiko ausgesetzt ist.
Es ist auch schon eine Reihe von Vorschlägen gemacht worden, um
Beschädigungen an Flugzeugen sofort zu erfassen.
So ist schon sehr früh vorgeschlagen worden, Dehnungsmeßstreifen
zur Feststellung von Beschädigungen zu verwenden (vgl. DE-PS 8 32 689).
Mit Dehnungsmeßstreifen können jedoch nur permanente
Verformungen erfaßt werden, also beispielsweise Dullen oder
andere Verbiegungen von Metallteilen, nicht jedoch die
Delamination oder andere Schäden im Innern eines
Faserverbundwerkstoffbauteils.
Ferner ist es bekannt, z. B. Flug Revue 5/86, S. 83ff, Lichtleitfasern zur Überwachung und
Kontrolle von Faserverbundwerkstoffbauteilen zu verwenden. Dabei
ist aber der Aufwand an benötigten, teuren Lichtleitfasern groß.
Ebenso ist die Bruchgefahr der Fasern durch noch zulässige
Beanspruchung hoch. Schäden werden angezeigt, sobald ein Riß der
Leitfaser erfolgt. Findet jedoch eine elastische Verformung
statt, auch wenn sie noch gar keine Schadensnachwirkung hat, so
führt auch dies zum Bruch der Leitfasern und damit zu einer
Schadensmeldung. Es muß damit eine Untersuchung des betreffenden
Bauteils vorgenommen werden, obwohl gar kein bleibender Schaden
vorliegt. Nachteilig ist weiterhin, daß Lichtleitfasern in das
Faserverbundwerkstoffbauteil eingebracht werden müssen, wodurch
der Fertigungsprozeß des Faserverbundwerkstoffbauteils stark
beeinträchtigt wird. Auch ist bei der Herstellung des Bauteils
in der Preßform ein Bruch der Lichtleitfasern zu befürchten.
Darüber hinaus ist es aus der DE-PS 36 22 656 bekannt, das
Faserverbundwerkstoffbauteil flächendeckend mit einem Drahtnetz
zu versehen und Schlagbeschädigungen durch Änderungen des
ohm′schen Widerstandes des Drahtnetzes zu erfassen. Da das
Drahtnetz an der Außenseite des Bauteils einer zu großen
Beschädigungsgefahr ausgesetzt ist, andererseits Schläge mit
einem an der Innenseite angeordneten Drahtnetz nicht mit der
notwendigen Sicherheit erfaßt werden können, muß das Drahtnetz
innerhalb des Faserverbundwerkstoffbauteils angeordnet werden,
wodurch der Fertigungsprozeß des Faserverbundwerkstoffbauteils
erheblich gestört wird.
Weiterhin bedeutet das flächendeckend angeordnete Drahtnetz eine
wesentliche Gewichtserhöhung des Bauteils. Auch ergeben sich
Probleme bei der Verlegung eines solchen Drahtnetzes im Bereich
von Kanten und Ecken, wie sie beispielsweise bei einem Flugzeug
an den Spanten und Stringern auftreten. Zur Widerstandsmessung
wird ferner eine Spannungsquelle benötigt, die das Drahtnetz
ständig mit Strom versorgt.
Darüber hinaus ist es bekannt (vgl. GB 21 07 213), auf das
Faserverbundwerkstoffbauteil außen eine Schicht aus
Mikrohohlkügelchen aufzubringen, die mit einer Farbe o. dgl.
Indikator gefüllt sind, so daß Schlagschäden am Flugzeug optisch
erkennbar werden. Diese Methode hat allerdings den Nachteil, daß
die Hohlkügelchen schon bei relativ geringen Schlägen platzen,
zumal die Wandung der Hohlkügelchen aus Gewichtsgründen dünn
ausgebildet werden muß. So ist beispielsweise bei Hagelschlag
praktisch eine Zerstörung aller Hohlkügelchen des Bauteils zu
erwarten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine zuverlässige und exakte
Schlagerkennungsvorrichtung für Faserverbundwerkstoffbauteile
bereitzustellen, die in einfacher Weise am fertigen Bauteil
angebracht werden kann.
Dies wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1
gekennzeichnete Vorrichtung erreicht. In den Unteransprüchen
sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.
Nach der Erfindung wird das Faserverbundwerkstoffbauteil, das
auf Schlagschäden kontrolliert werden soll, also mit einer
Vielzahl punktuell angeordneter piezoelektrischer Folienstücke
versehen. Die piezoelektrische Folie, aus denen die Folienstücke
hergestellt werden, besteht im allgemeinen aus einer beidseitig
metallisierten piezoelektrischen Kunststoffschicht. Die
piezoelektrische Kunsstoffschicht wird vorzugsweise durch
Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder ein anderes aus polaren
Molekülen bestehendes Polymer gebildet. Zwischen den beiden
metallisierten Schichten bildet sich somit eine elektrische
Ladung aus, die zu einer kapazitiven Ladungsänderung bei
Druckeinwirkung führt. Die kapazitive Ladungsänderung ist zum
Druck im wesentlichen proportional.
Piezoelektrische Folien sind sehr leicht. Sie stellen damit eine
vernachlässigbare Gewichtskomponente dar, zumal sie nach der
Erfindung nur punktuell am Bauteil angebracht werden.
Die erfindungsgemäß verwendeten piezoelektrischen Folienstücke
weisen vorzugsweise eine Dicke von 5 bis 500, insbesondere 20
bis 300 um auf. Da die Empfindlichkeit im allgemeinen um so
größer ist, je dünner die Folie ist, kann über die Dicke der
Folie die Empfindlichkeit der piezoelektrischen Folienstücke dem
jeweiligen Anwendungsfall angepaßt werden.
Weiterhin besitzen die piezoelektrischen Folienstücke selbst ein
Ladungspotential, stellen also keine elektrischen Verbraucher
dar, so daß für den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung
keine Spannungsquelle erforderlich ist.
Um die Auslösung von Fehlsignalen zu verhindern, sind die
piezoelektrischen Folienstücke der erfindungsgemäßen Vorrichtung
vorzugsweise gegen elektromagnetische Störeinflüsse abgeschirmt.
Eine besonders elegante Methode der elektromagnetischen
Abschirmung besteht darin, die piezoelektrischen Folienstücke
umzuschlagen, also einmal zu falten, und die in dem
umgeschlagenen Folienstück innere metallisierte Schicht an die
Überwachungseinrichtung anzuschließen, während die äußere
metallisierte Schicht des umgeschlagenen Folienstücks geerdet,
also an die Masse angeschlossen wird. Jedes piezoelektrische
Folienstück kann natürlich auch durch eine separate, geerdete
Metallschicht elektrisch abgeschirmt werden.
Die piezoelektrischen Folienstücke werden vorzugsweise an der
Innenseite oder Rückseite des Faserverbundwerkstoffbauteils
angebracht, vorzugsweise durch Kleben, wodurch eine hohe
Betriebssicherheit gewährleistet wird. Gegenüber dem
Einlaminieren in das Faserverbundwerkstoffbauteil bringt dies
den weiteren Vorteil, daß die Verdrahtung problemlos
nachträglich vorgenommen werden kann und der Prozeß bei der
Herstellung des Faserverbundwerkstoffbauteils nicht gestört
wird. Außerdem kann damit die erfindungsgemäße Vorrichtung
nachträglich an bereits im Einsatz befindliche
Faserverbundwerkstoffbauteile angebracht werden.
Die Größe der piezoelektrischen Folienstücke beträgt
vorzugsweise zwischen 0,1 und 10 cm2, vorzugsweise 1 bis 5 cm2.
Die Größe hängt dabei insbesondere von der Empfindlichkeit ab,
also beispielsweise der Dicke der piezoelektrischen Folien.
Bei piezoelektrischen Folienstücken über etwa 10 cm2 ist im
allgemeinen keine Zunahme der Empindlichkeit mehr festzustellen,
sondern u. U. sogar eine Abnahme der Empfindlichkeit gegeben, da
die kapazitive Ladungsänderung an dem Anschluß der Verdrahtung
mit zunehmendem Abstand der Druckeinwirkung von dem Anschluß
geringer wird.
Der Abstand zwischen den piezoelektrischen Folienstücken ist
vorzugsweise so groß, das maximal drei um den Aufschlagort
angeordnete piezoelektrische Folienstücke eine meßbare
kapazitive Ladungsänderung erfahren, wenn der Schlag eine
vorgegebene Mindestgröße erreicht, d. h. eine Größe, bei der
beispielsweise ein Delaminieren des Bauteils eintreten kann.
Beispielsweise können die Folienstücke mit einem Abstand von 0,5
bis 2 m voneinander angeordnet sein.
Mit einem Netz von in einem solchen Abstand voneinander
angeordneten piezoelektrischen Folienstücken ist damit eine
eindeutige Lokalisierung der Impactstelle möglich. Die
vorgegebene Mindestgröße eines Schlages kann dabei z. B. zwischen
1 und 10 je Millimeter Dicke des Faserverbundwerkstoffbauteils betragen.
Bei einem herkömmlichen kohlefaserverstärkten
Verbundwerkstoffbauteil liegt sie beispielsweise bei 3 J/mm.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:
Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 ein anderes Legemuster der piezoelektrischen
Folienstücke;
Fig. 3 ein piezoelektrisches Folienstück in vergrößerter
Wiedergabe und
Fig. 4 bis 7 jeweils Diagramme von mit einer Versuchsanordnung
gemessenen Impact-Signalen.
Gemäß Fig. 1 ist die Rückseite eines
Faserverbundwerkstoffbauteils 1 mit im Abstand von einander
angeordneten piezoelektrischen Folienstücken 2, 3, 4, 5, 6 ...
versehen.
Die piezoelektrischen Folienstücke 2, 3, 4, 5, 6 ... sind in Reihen
7 bis 15 angeordnet und auf Lücke ausgerichtet, d. h. das
Folienstück der einen Reihe 10 liegt dem Folienstück 3 der
übernächsten Reihe 12 gegenüber.
Die Folienstücke 2, 3, 4, 5, 6.. sind über Leitungen
16, 17, 18, 19, 20 ... an einen Meßstellenschalter oder Multiplexer
21 angeschlossen. Die Leitungen der übrigen Folienstücke des
Bauteils 1 zu dem Meßstellenschalter 21 sind der
Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Der
Meßstellenschalter 21 ist mit einem Ladungsverstärker 22 und
einer Meßeinrichtung 23 versehen und an die
Überwachungseinrichtung 24 angeschlossen.
Durch die netzförmige Anordnung der Folienstücke 2, 3, 4, 5, 6 ...
ist eine eindeutige Lokalisierung der Aufschlagstelle möglich,
beispielsweise eines Aufschlags an der Stelle 25 an der
Vorderseite des Bauteils 1.
Der Abstand a zwischen den Folienstücken 2, 3, 4, 5, 6 ... ist so
gewählt, daß bei einem Schlag von z. B. 10 J auf das
beispielsweise 4 mm dicke Bauteil 1, also bei einem Schlag mit
einer Stärke, ab der eine Delaminierung des Bauteils 1 zu
befürchten ist, nur drei Folienstücke, d. h. bei der
Aufschlagstelle 25, nur die Folienstücke 2, 3 und 5 eine
kapazitive Ladungsänderung erfahren, die über den
Ladungsverstärker 22 und den Meßstellenschalter 21 von der
Überwachungseinrichtung 24 erfaßt wird.
Der Abstand a, mit dem die Folienstücke 2, 3, 4, 5, 6 ...
voneinander angeordnet sind, beträgt beispielsweise 1 m. Eine
Lokalisierung der Aufschlagstelle 25 kann beispielsweise dadurch
erfolgen, daß die drei Signale der Folienstücke 2, 3 und 5, die
von der Überwachungseinrichtung 24 erfaßt werden, anzeigen, daß
die Aufschlagstelle 25 in dem Dreieck zwischen den drei
Folienstücken 2, 3 und 5 liegt, wodurch eine Eingrenzung der
Schadensstelle auf einen Bereich von ca. 0,3 m2 erfolgt.
Es ist jedoch eine noch exaktere Lokalisierung der
Aufschlagstelle 25 mit einem solchen Legemuster möglich. Die
Größe der Ladungsänderung der Folienstücke 2, 3 und 5 ist nämlich
von ihrer Entfernung von der Aufschlagstelle 25 abhängig. Das
heißt, das Folienstück 2, das von den drei Eckpunkten des aus
den Folienstücken 2, 3 und 5 gebildeten Dreiecks der
Aufschlagstelle 25 am nächsten liegt, wird die größte
Ladungsänderung und das Folienstück 3 mit der größten Entfernung
von der Aufschlagstelle 25 die geringste Ladungsänderung
erfahren. Damit kann der Schadensort und die Größe des Schlages
aus der Größe der kapazitiven Ladungsänderung der einzelnen
Sensoren 2,3 und 5, die um den Aufschlagort 25 angeordnet sind,
mit Hilfe einer Verknüpfung der Einzelsignale und einer
entsprechenden vergleichenden Signalanalyse festgestellt werden.
Denkbar ist auch eine Auswertung, die auf der unterschiedlichen
Laufzeit der Sensorsignale aufgrund des unterschiedlichen
Abstands der Folienstücke 2, 3, 4, 5 vom Aufschlagort 25 basiert.
Der Aufschlagort 25 kann dann z. B. durch Röntgen überprüft
werden, um festzustellen, ob durch den Schlag tatsächlich eine
Delaminierung oder sonstige Beschädigung des Bauteils 1
stattgefunden hat.
Bauteile eines Flugzeuges werden heutzutage z. B. um ein Drittel
überdimensioniert, um sicherzustellen, daß auch bei einer
teilweisen Delaminierung des Bauteils noch eine hinreichende
Festigkeit gegeben ist. Durch die hohe Meßgenauigkeit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung kann daher u. U. die
Dimensionierung eines derart überwachten Bauteils günstiger
gewählt werden.
Da die kapazitiven Ladungsänderungen an den piezoelektrischen
Folienstücken 2, 3, ... im allgemeinen relativ gering sind, ist
der Verstärker 22 erforderlich. Der Widerstand der
piezoelektrischen Folienstücke 2, 3, ... ist jedoch in der Regel
gering und beträgt im allgemeinen lediglich etwa 100 Kiloohm.
Eine meßtechnische Verstärkung der Signale ist daher
unproblematisch.
Um zu verhindern, daß kapazitive Ladungsänderungen an den
piezoelektrischen Folienstücken 2, 3, ..., die bei normalem
Flugbetrieb durch Verformungen des Bauteils, beispielsweise
aufgrund von Schwingungen, auftreten, nicht mit den kapazitiven
Ladungsänderungen verwechselt werden, die durch einen Schlag
hervorgerufen werden, wird die Meßvorrichtung 23 verwendet,
welche die piezoelektrischen Folienstücke 2,3, ... permanent auf
kapazitive Ladungsänderungen innerhalb eines bestimmten
Zeitabstandes überprüft, der kleiner als die Dauer eines
Aufschlags ist. Die Dauer eines Aufschlags liegt normalerweise
in der Größenordnung von 10 Millisekunden. Der Zeitabstand, mit
dem die Meßeinrichtung 23 die Folienstücke 2, 3, 4, 5, ... auf
Ladungsänderungen überprüft, beträgt dabei beispielsweise die
Hälfte dieses Zeitabstands.
Durch die Meßstellenumschalteinrichtung 21 werden die
piezoelektrischen Folienstücke 2, 3, 4, ... in einem bestimmten
Zeitraum abwechselnd mit der Überwachungseinrichtung 24
verbunden, wobei dieser Zeitraum kleiner ist als die Dauer eines
Aufschlags. Das heißt, durch die Umschalteinrichtung 23 können
mit einer einzigen Überwachungseinrichtung 24 die
Ladungsänderungen der piezoelektrischen Folienstücke 2,3, ... in
entsprechend kurzen Zeitabständen permanent abgefragt und
beobachtet werden. Das System wird dabei durch die
Umschalteinrichtung 21 sehr schnell getaktet, so daß ca. 30
piezoelektrische Folienstücke 2, 3, ... mit einer einzigen
Überwachungseinrichtung 24 betrieben werden können. Das heißt,
mit einer einzigen Überwachungseinrichtung 24 und dreißig
piezoelektrischen Folienstücken 2, 3, ... kann bei einem Abstand
a der Folienstücke 2, 3, ... voneinander von einem Meter ein
Bauteil 1 mit einer Fläche von ca. 30 m2 überprüft werden.
Durch entsprechende Abschirmung oder Impedanzwandlung bei den
piezoelektrischen Folienstücken 2, 3, ... muß ausgeschlossen
werden, daß Fehlanzeigen aufgrund von Wechselwirkungen zwischen
äußeren elektromagnetischen Feldern und den Zuleitungen 16 bis
20 ausgelöst werden können. Dazu können beispielsweise
abgeschirmte Kabel für die Leitungen 16 bis 20 verwendet werden.
In Fig. 2 ist ein Bauteil 26 aus Faserverbundwerkstoff
dargestellt, das durch Rippen 27, 28, 29 verstärkt ist,
beispielsweise durch Spanten oder Stringer, wie in der Luft- und
Raumfahrt üblich. Die piezoelektrischen Folienstücke 30, 31, 32
... sind dabei im Bereich dieser tragenden Rippen 27, 28, 29
angeordnet.
Wie anhand des piezoelektrischen Folienstücks 2 in Fig. 3
dargestellt, werden die piezoelektrischen Folienstücke an dem
Bauteil 1 vorzugsweise im ungeschlagenen Zustand befestigt. Der
umgeschlagene Zustand wird durch den Klebstoff 34 fixiert. Das
piezoelektrische Folienstück 2 besteht aus der piezoelektrischen
Kunststoffschicht 35, die an beiden Seiten unter Bildung der
Metallschichten 36 und 37 metallisiert ist. Die innere
Metallschicht 36 des Folienstücks 2 ist dabei an die Leitung 16
angeschlossen, die zur Überwachungseinrichtung 24 führt, während
die äußere Metallschicht 37 über die Leitung 38 geerdet, also an
Masse angeschlossen ist. Das Folienstück 2 ist mit einem Kleber
39 am Bauteil 1 befestigt.
Das nachstehende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der
Erfindung.
Auf ein plattenförmiges Bauteil aus kohlefaserverstärktem
Kunststoff mit einer thermoplastischen Polyätherätherketon
(PEEK)-matrix, das eine Größe von 400×400 mm und eine Dicke
von 4 mm aufweist, wurde mit in einem Abstand von 1 m
voneinander entfernten 2 cm2 großen piezoelektrischen
Folienstücken durch Aufkleben versehen. Die piezoelektrischen
Folienstücke wurden an einen Ladungsverstärker angeschlossen,
der über einen Transientenrekorder und einen Speicher an einen
Rechner angeschlossen war. Die Vorrichtung wurde so eingestellt,
daß das Signal von zwei piezoelektrischen Folienstücken
gleichzeitig erfaßt werden konnte.
Mit einem Schlaghammer wurden zwei Energieniveaus von ca. 4 und
8 J, also 1 bzw. 2 J/mm auf das Bauteil aufgebracht. Die Fig.
4 und 5 geben die Meßstreifen des Transientenschreibers wieder.
Fig. 4 zeigt dabei den Meßstreifen für das Signal eines
piezoelektrischen Folienstücks, das in der Plattenmitte
angeordnet ist, bei einem Schlag von ca. 1,0 J/mm. Fig. 5 zeigt
den Meßstreifen für den gleichen Sensor bei einem Schlag von 2,0 J/mm.
Man erkennt, daß das Signal des piezoelektrischen
Folienstücks bei höherer Schlagenergie deutlich stärker ist als
bei kleinerer Schlagenergie. Das heißt, es kann eine eindeutige
Korrelation zwischen den aufgebrachten Energieniveaus und der
Höhe der Signale der Piezofolienstücke festgestellt werden. Um
den Einfluß des Abstandes zwischen dem Aufschlagort und dem
piezoelektrischen Folienstück auf die Höhe des Signals
festzustellen, wurden die Signale zweier piezoelektrischer
Folienstücke, die in einem Abstand von 300 bzw. 10 mm vom
Aufschlagort angeordnet waren, aufgezeichnet. In Fig. 6 und 7
sind die Meßstreifen dieser Versuche wiedergegeben. In Fig. 6
ist der zeitliche Verlauf der Signale für einen Schlag von ca. 1 J/mm
dargestellt. Die Höhe des Signals für das piezoelektrische
Folienstück, das in einem Abstand von 300 mm von dem
Aufschlagsort angeordnet ist, ist geringer als das des
piezoelektrischen Folienstücks, das in einem Abstand von 10 mm
vom Aufschlagsort angeordnet ist. Fig. 7 zeigt den
Ladungsverlauf derselben Sensoren bei eine Schlag von ca. 2 J/mm.
Auch hier zeigt der Sensor, der näher am Aufschlagort
angeordnet ist, das höhere Signal. Zusätzlich zeigen die Fig.
6 und 7 wiederum die Abhängigkeit der Signalhöhe von der
Aufschlagenergie.
Claims (13)
1. Vorrichtung zur Feststellung von Schlagbeschädigungen
an einem Faserverbundwerkstoff-Bauteil insbesondere von Fahr- und
Flugzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (1, 26) mit
einer Vielzahl von im Abstand (a) voneinander angeordneten
piezoelektrischen Folienstücken (2, 3, 4...; 31, 32, 33 ...)
versehen ist, die zur Feststellung schadensbedingter kapazitiver
Ladungsänderungen an eine Überwachungseinrichtung (24)
angeschlossen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die piezoelektrischen Folienstücke (2, 3, 4....; 31, 32, 33...)
jeweils eine Größe von 0,1 bis 10 cm2 aufweisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Abstand (a) zwischen den
piezoelektrischen Folienstücken (2, 3, 4...; 31, 32, 33 ...) so
gewählt ist, daß maximal drei um den Aufschlagort (25)
angeordnete piezoelektrische Folienstücke (2, 3, 4 ...; 31, 32, 33
...) bei einer vorgegebenen Mindestgröße des Schlages eine von
der Überwachungseinrichtung (24) meßbare kapazitive
Ladungsänderung erfahren.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Folienstücke
(2, 3, 4... 32, 33 ...) reihenförmig und auf Lücke angeordnet
sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Folienstücke (31, 32, 33
...) im Bereich der tragenden Strukturen (27, 28, 29) des
Faserverbundwerkstoff-Bauteils (26) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Folienstücke
(2, 3, 4 ....; 31, 32, 33 ...) mit einer elektromagnetischen
Abschirmung versehen sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Folienstücke
(2) aus einer beidseitig metallisierten (36, 37)
piezoelektrischen Kunststoffschicht (35) bestehen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Folienstücke (2) zur
elektromagnetischen Abschirmung umgeschlagen und die in den
umgeschlagenen Folienstücken (2) innere metallisierte Schicht
(35) an die Überwachungseinrichtung (24) angeschlossen ist und
die äußere metallisierte Schicht (37) geerdet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die piezoelektrische Kunststoffschicht aus
Polyvinylidenfluorid besteht.
10.Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Folienstücke
(2, 3, 4, ...; 31, 32, 33 ...) an der Innenseite des Bauteils (1, 26)
befestigt sind.
11.Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung (23) vorgesehen
ist, welche die piezoelektrischen Folienstücke (2, 3, 4,
...; 31, 32, 33 ...) ständig auf kapazitive Ladungsänderungen
innerhalb eines bestimmten Zeitabstands überprüft, der kleiner
ist als die Dauer eines Aufschlags.
12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Folienstücke
(2, 3, 4 ...; 31, 32, 33 ...) über einen Ladungsverstärker an die
Überwachungseinrichtung (24) angeschlossen sind.
13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
daurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Folienstücke
(2, 3, 4 ...; 31, 32, 33 ...) an die Überwachungseinrichtung (24)
über eine Umschalteinrichtung (21) angeschlossen sind, welche
die Überwachungseinrichtung (24) abwechselnd mit den
piezoelektrischen Folienstücken (2, 3, 4, ...; 31, 32, 33 ...)
innerhalb eines bestimmten Zeitraumes verbindet, der kleiner ist
als die Dauer eines Aufschlags.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904025564 DE4025564C1 (en) | 1990-08-11 | 1990-08-11 | Impact damage registering appts. for laminated fibre components - uses piezoelectric foil pieces distributed over component and connected to monitor to ascertain changes in capacitative charge |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904025564 DE4025564C1 (en) | 1990-08-11 | 1990-08-11 | Impact damage registering appts. for laminated fibre components - uses piezoelectric foil pieces distributed over component and connected to monitor to ascertain changes in capacitative charge |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4025564C1 true DE4025564C1 (en) | 1991-09-19 |
Family
ID=6412118
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19904025564 Expired - Lifetime DE4025564C1 (en) | 1990-08-11 | 1990-08-11 | Impact damage registering appts. for laminated fibre components - uses piezoelectric foil pieces distributed over component and connected to monitor to ascertain changes in capacitative charge |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4025564C1 (de) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0696971A1 (de) * | 1994-03-07 | 1996-02-21 | Automotive Systems Laboratory Inc. | Fahrzeug aufprall detektor system |
EP0893309A1 (de) * | 1997-07-26 | 1999-01-27 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Kollisions-Sensor-Anordnung für Kraftfahrzeuge |
DE10301542A1 (de) * | 2003-01-17 | 2004-07-29 | Volkswagen Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Beanspruchungsanalyse nicht sichtbarer Systembauteile in Fahrzeugen |
DE10350974A1 (de) * | 2003-10-30 | 2005-06-02 | Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh | Vorrichtung zur Feststellung von Belastungen an Faserverbund-Bauteilen |
US7158017B2 (en) | 2004-12-22 | 2007-01-02 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method for controlling a safety system in a vehicle |
GB2435519A (en) * | 2006-02-14 | 2007-08-29 | Boeing Co | Capacitive sensor for sensing structural damage |
US7539569B2 (en) | 2003-12-10 | 2009-05-26 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method for operating a sensor in a safety system |
DE102007055090A1 (de) * | 2007-11-16 | 2009-05-28 | Eads Deutschland Gmbh | Überwachungsvorrichtung zur Überwachung der Außenhaut eines Luftfahrzeuges |
DE102008003498A1 (de) * | 2008-01-08 | 2009-07-09 | Eads Deutschland Gmbh | Aufprallerfassungselement für ein Luftfahrzeug, damit aufgebaute Aufprallerfassungsvorrichtung sowie Verfahren zur Überwachung von Aufprallvorgängen auf ein Luftfahrzeug |
WO2015145468A1 (en) * | 2014-03-28 | 2015-10-01 | Faber Industrie S.P.A. | Composite-material pressure vessel and system and method for controlling the vessel |
DE102018218360A1 (de) * | 2018-10-26 | 2020-04-30 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | System und verfahren zur erfassung von partikeleinschlägen an einem probenkörper |
DE102004051638B4 (de) | 2003-12-10 | 2021-12-23 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Sicherheitssystem mit einer zentralen Systemeinheit und mit einem Netzwerk von Sensoren |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE832689C (de) * | 1950-07-16 | 1952-02-28 | Werkstaette Fuer Elektroakusti | Gespulter Dehnungsmessstreifen |
GB2107213A (en) * | 1981-10-08 | 1983-04-27 | Baj Vickers Ltd | Coatings |
DE3622656C1 (de) * | 1986-07-05 | 1987-10-15 | Dornier Gmbh | Schadensermittlung bei Faserverbundwerkstoffen |
-
1990
- 1990-08-11 DE DE19904025564 patent/DE4025564C1/de not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE832689C (de) * | 1950-07-16 | 1952-02-28 | Werkstaette Fuer Elektroakusti | Gespulter Dehnungsmessstreifen |
GB2107213A (en) * | 1981-10-08 | 1983-04-27 | Baj Vickers Ltd | Coatings |
DE3622656C1 (de) * | 1986-07-05 | 1987-10-15 | Dornier Gmbh | Schadensermittlung bei Faserverbundwerkstoffen |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Flug Revue 5/86, S. 83ff * |
Cited By (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0696971A4 (de) * | 1994-03-07 | 1996-08-28 | Automotive Systems Lab | Fahrzeug aufprall detektor system |
EP0696971A1 (de) * | 1994-03-07 | 1996-02-21 | Automotive Systems Laboratory Inc. | Fahrzeug aufprall detektor system |
DE19732302B4 (de) * | 1997-07-26 | 2006-12-28 | Volkswagen Ag | Zierleiste und Stoßfänger mit Kollisions-Sensor-Anordnung für Kraftfahrzeuge |
EP0893309A1 (de) * | 1997-07-26 | 1999-01-27 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Kollisions-Sensor-Anordnung für Kraftfahrzeuge |
DE10301542A1 (de) * | 2003-01-17 | 2004-07-29 | Volkswagen Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Beanspruchungsanalyse nicht sichtbarer Systembauteile in Fahrzeugen |
US7552644B2 (en) | 2003-10-30 | 2009-06-30 | Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh | Device for determining strains on fiber composite components |
DE10350974A1 (de) * | 2003-10-30 | 2005-06-02 | Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh | Vorrichtung zur Feststellung von Belastungen an Faserverbund-Bauteilen |
US7539569B2 (en) | 2003-12-10 | 2009-05-26 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method for operating a sensor in a safety system |
DE102004051638B4 (de) | 2003-12-10 | 2021-12-23 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Sicherheitssystem mit einer zentralen Systemeinheit und mit einem Netzwerk von Sensoren |
US7158017B2 (en) | 2004-12-22 | 2007-01-02 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method for controlling a safety system in a vehicle |
GB2435519A (en) * | 2006-02-14 | 2007-08-29 | Boeing Co | Capacitive sensor for sensing structural damage |
DE102007055090B4 (de) * | 2007-11-16 | 2013-03-14 | Eads Deutschland Gmbh | Überwachungsvorrichtung zur Überwachung der Außenhaut eines Luftfahrzeuges |
DE102007055090A1 (de) * | 2007-11-16 | 2009-05-28 | Eads Deutschland Gmbh | Überwachungsvorrichtung zur Überwachung der Außenhaut eines Luftfahrzeuges |
WO2009087164A1 (de) * | 2008-01-08 | 2009-07-16 | Eads Deutschland Gmbh | Aufprallerfassungselement für ein luftfahrzeug, damit aufgebaute aufprallerfassungsvorrichtung sowie verfahren zur überwachung von aufprallvorgängen auf ein luftfahrzeug |
DE102008003498A1 (de) * | 2008-01-08 | 2009-07-09 | Eads Deutschland Gmbh | Aufprallerfassungselement für ein Luftfahrzeug, damit aufgebaute Aufprallerfassungsvorrichtung sowie Verfahren zur Überwachung von Aufprallvorgängen auf ein Luftfahrzeug |
DE102008003498B4 (de) | 2008-01-08 | 2022-09-01 | Airbus Defence and Space GmbH | Aufprallerfassungselement für ein Luftfahrzeug, damit aufgebaute Aufprallerfassungsvorrichtung sowie Verfahren zur Überwachung von Aufprallvorgängen auf ein Luftfahrzeug |
WO2015145468A1 (en) * | 2014-03-28 | 2015-10-01 | Faber Industrie S.P.A. | Composite-material pressure vessel and system and method for controlling the vessel |
US10379073B2 (en) | 2014-03-28 | 2019-08-13 | Faber Industrie S.P.A. | Composite-material pressure vessel and system and method for controlling the vessel |
DE102018218360A1 (de) * | 2018-10-26 | 2020-04-30 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | System und verfahren zur erfassung von partikeleinschlägen an einem probenkörper |
DE102018218360B4 (de) * | 2018-10-26 | 2021-02-04 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | System und verfahren zur erfassung von partikeleinschlägen an einem probenkörper |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE4025564C1 (en) | Impact damage registering appts. for laminated fibre components - uses piezoelectric foil pieces distributed over component and connected to monitor to ascertain changes in capacitative charge | |
DE10350974B4 (de) | Aufnehmerelement, Vorrichtung zur Feststellung von Belastungen an Faserverbundwerkstoffbauteilen und Herstellungsverfahren für die Vorrichtung | |
DE19805584C2 (de) | System und Verfahren zur Materialüberprüfung von Werkstoffen, sowie Werkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung | |
DE102009060441B4 (de) | Sensorelement | |
WO2012010307A1 (de) | Beplankungsplatte für ein strukturbauteil, strömungskörper mit einer solchen beplankungsplatte sowie vorrichtung zur überwachung eines materialschadens an einer beplankungsplatte | |
EP3564015B1 (de) | Strukturbauteil sowie system und verfahren zur detektion von beschädigungen | |
EP0116685A1 (de) | Optische Messanordnung zum Feststellen von Rissen | |
DE102008058882A1 (de) | Faserverstärkte Kunststoffstruktur | |
DE102012007551A1 (de) | Verfahren und Prüfanordnung zum Überprüfen der Dichtigkeit eines Innenraums eines Fahrzeugs | |
DE102008058244A1 (de) | System zur Analyse des Fahrwerkzustands bei Schienenfahrzeugen | |
DE3622656C1 (de) | Schadensermittlung bei Faserverbundwerkstoffen | |
EP3722768B1 (de) | Sensorvorrichtung zur erfassung von bremskräften in einem fahrzeug und messsystem | |
WO1982003454A1 (en) | Measuring device for the detection of cracks | |
DE102018131948B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren eines Schlagereignisses sowie ein Fahrzeug hierzu | |
EP2846145B1 (de) | Strukturüberwachungssystem für einen Werkstoff und Herstellungsverfahrensverfahren | |
EP3430364B1 (de) | Faserverstärkter verbundwerkstoff mit einer sensoranordnung zur strukturüberwachung des verbundwerkstoffs | |
DE102011122481A1 (de) | Verfahren und Anordnung zur Überwachung und Lokalisierung von Materialschäden und Diskontinuitäten in Leichtbau-Verbundstrukturen | |
EP2572871A2 (de) | Textilverstärkter Faserverbund sowie Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Faserorientierung und Lagenaufbau in Bauteilen aus textilverstärkten Verbundwerkstoffen | |
EP2534466B1 (de) | Sensorsystem zur bestimmung der ermüdung an metallischen bauteilen | |
DE102021122956B4 (de) | Vorrichtung mit Schutzanordnung | |
EP3258230B1 (de) | Sensorhaut mit temperatursensorik | |
EP3258258B1 (de) | Sensorhaut | |
DE4402705C2 (de) | Vorrichtung zum Prüfen von mehrschichtigen Bauteilen | |
DE102019111042A1 (de) | Strukturüberwachungssystem und Strukturüberwachungsverfahren | |
DE102017218335B4 (de) | Defekterkennung an Schiffsrümpfen |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DEUTSCHE AEROSPACE AG, 8000 MUENCHEN, DE |
|
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLER-BENZ AEROSPACE AKTIENGESELLSCHAFT, 80804 M |
|
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AEROSPACE AKTIENGESELLSCHAFT, 8099 |
|
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AEROSPACE AG, 85521 OTTOBRUNN, DE |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |