EP3535574A1

EP3535574A1 - Formteil aus faserverbundwerkstoff

Info

Publication number: EP3535574A1
Application number: EP17780406.9A
Authority: EP
Inventors: Uwe Lauschke
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2017-10-06
Publication date: 2019-09-11
Also published as: WO2018082861A1; CN109906378A; DE102016221469A1

Abstract

Ein Formteil umfasst eine Schicht aus Faserverbundwerkstoff, die sich entlang einer Fläche erstreckt, und eine am Formteil fest angebrachte Abtasteinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine physikalische Eigenschaft des Formteils an einem Anbringungsort der Abtasteinrichtung zu bestimmen.

Description

Formteil aus Faserverbundwerkstoff

Die Erfindung betrifft ein Formteil aus Faserverbundwerkstoff. Insbesondere betrifft die Erfindung die Überprüfung einer physikalischen Eigenschaft des Formteils.

Ein schienengebundenes Fahrzeug, beispielsweise eine Lokomotive, ein Schienenbus oder ein Eisenbahnwagen, umfasst ein Fahrgestell und eine Verkleidung. Die Verkleidung kann insbesondere im Frontbereich verwendet werden, um eine aerodynamisch günstige Form zu erreichen, einen Aufprallschutz zu gewährleisten oder Elemente des Fahrzeugs vor Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit, Eis oder Verschmutzung zu schützen. Die Verkleidung kann ein Formteil umfassen, das mit einem Faserverbundwerkstoff gebildet ist. Weitere Formteile können an einer Außenhaut, am Frontend, einer

Bugnase, einer Bugklappe oder einem Dachteil des Fahrzeugs verwendet werden. Ein Faserverbundwerkstoff ist gebildet aus Fasern, die in einer Matrix eingebettet sind. Ein Formteil, das einen Faserverbundwerkstoff umfasst, kann ein geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit miteinander verbinden. Außerdem kann das Formteil preiswert, dauerfest und chemikalienresistent sein und eine überragende Formenvielfalt bieten.

WO 2010 / 029 188 A1 lehrt eine Fahrzeugkopfstruktur, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, wobei die Fahrzeugkopfstruktur vollständig mit Strukturelementen aus Faserverbundwerkstoffen gebildet ist.

DE 10 2006 018 461 A1 schlägt vor, ein Formteil aus faserverstärktem Kunststoff mit mindestens einem RFID-Transponder auszustatten, um eine Fälschung des Formteils zu erkennen.

Um ein Formteil mit einem Faserverbundwerkstoff auf Beschädigung, beispielsweise aufgrund von Steinschlag oder eines Unfalls, zu überprüfen, wird üblicherweise ein externes Gerät benötigt, das von einer ausgebildeten Person bedient wird. Außerdem können genaue Kenntnisse über das Formteil erforderlich sein, um beispielsweise ein einlaminiertes Versteifungselement von einer Beschädigung unterscheiden zu können. Die Untersuchung kann zeitaufwändig sein und eine Demontage des Formteils oder eines anderen Teils des Fahrzeugs erfordern.

DE 10 2007 014 696 B3 betrifft eine Technik zur Ermittlung von strukturellen Informationen von Materialien, insbesondere an einer Leichtbaustruktur. Dazu werden Piezo-Sensoren flächig am zu prüfenden Material verteilt angebracht und Wellen in Flächenrichtung zwischen den Sensoren ausgetauscht.

Diese Technik erfordert jedoch eine an das jeweilige Bauteil individuell angepasste Aufbereitung von Messwerten. Eine Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegt, besteht darin, eine verbesserte Technik zur Überprüfung eines Formteils mit einem Faserverbundwerkstoff auf Beschädigung bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.

Durch das Bestimmen der physikalischen Eigenschaft punktuell am Anbringungsort ist es nicht erforderlich, die bestimmte physikalische Eigenschaft in Relation zu einer Form des Formteils in Flächenrichtung zu stellen. Eine Kalibrierung oder gegenseitige Abstimmung von Abtasteinrichtungen, die in

Flächenrichtung voneinander beabstandet sind, muss nicht durchgeführt werden. Ein Verarbeitungsaufwand für die Bestimmung einer Beschädigung kann dadurch signifikant verringert sein. Anhand der bestimmten physikalischen Eigenschaft kann der Zustand des

Formteils auf einfache und nachvollziehbare Weise bestimmt werden. Dadurch kann das Formteil an seinem Einbauort verbleiben, während eine Überprüfung stattfindet. Die Überprüfung kann rasch und mit geringem Aufwand durchgeführt werden. In einer Ausführungsform kann die Überprüfung sogar während des Betriebs einer Vorrichtung, an der das Formteil angebaut ist, durchgeführt werden. Die Vorrichtung kann beispielsweise ein schienengebundenes Fahrzeug umfassen, wobei das Formteil beispielsweise eine Verkleidung, eine Außenhaut, ein Frontend, eine Bugnase, ein Dachteil, eine Bugklappe oder ein anderes Element an dem Fahrzeug umfassen kann. Zur Überprüfung des Formteils ist weder eine mobile Abtasteinrichtung noch ein geschultes Personal zu dessen Handhabung erforderlich. Ein Betreiber der Vorrichtung kann eine Überprüfung des Formteils selbst durchführen, ohne beispielsweise einen externen Dienst in Anspruch zu nehmen.

Es ist besonders bevorzugt, dass eine Vielzahl Abtasteinrichtungen in Flächenrichtung an der Schicht verteilt angebracht ist. Häufig hat das Formteil in einer Richtung senkrecht zur Schicht eine im Wesentlichen konstante Dicke. Die mittels der Abtasteinrichtungen bestimmten physikalischen Eigenschaften können dann, insbesondere zwischen benachbarten Abtasteinrichtungen, miteinander vergleichbar sein. Für die vorgeschlagene Technik kann das Formteil aber auch eine variierende Dicke aufweisen. Zur Bestimmung eines

Schadens kann auch eine Veränderung des physikalischen Parameters an einer Stelle über die Zeit analysiert werden. Durch die mangelnde Korrelation zwischen den Abtastungen der verschiedenen Abtasteinrichtungen kann die Bestimmung des Schadens in vereinfachter Form durchgeführt werden.

Die Abtasteinrichtungen können bevorzugt an Stellen des Formteils angebracht sein, die verbessert aussagekräftig für den Zustand des Formteils ist oder für die eine Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung erhöht ist. Ein relativer Abstand zwischen Abtasteinrichtungen kann beispielsweise in einem Bereich von ca. 20 bis 120 mm liegen. Dabei können die Abtasteinrichtungen regelmäßig angeordnet sein, beispielsweise in Form einer Matrix oder in einem Raster nach Art einer Bienenwabe, oder unregelmäßig nach dem Streuprinzip. Dabei ist bevorzugt, dass ein maximaler Abstand eines beliebigen Punkts des Formteils von einer nächstgelegenen Abtasteinrichtung einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet. Die Abtasteinrichtungen können in einer ersten Variante drahtgebunden sein, wobei eine Energie- oder Datenleitung mit dem Formteil und insbesondere mit der Schicht fest verbunden sein kann. In einer anderen Variante sind die Abtasteinrichtungen drahtlos und eine Energie- oder Datenverbindung kann mittels elektromagnetischer Wellen hergestellt werden. Dazu kann insbesondere eine bekannte drahtlose Technik wie RFID oder

Bluetooth verwendet werden. In allen Ausführungsformen ist es bevorzugt, dass eine genormte Schnittstelle gebildet ist, über die die bestimmten physikalischen Eigenschaften bereitgestellt werden. Diese Schnittstelle kann sowohl physikalisch als auch logisch definiert sein. Es ist weiterhin bevorzugt, dass die physikalische Eigenschaft entlang einer

Richtung senkrecht zur Schicht bestimmt wird. Insbesondere wenn die Schicht im Wesentlichen konstante Dicke aufweist, können bestimmte physikalische Eigenschaften an nahe zusammen liegenden Anbringungsorten miteinander in Kontext gesetzt werden. Eine genaue Kenntnis der Anbringungsorte ist dabei nicht erforderlich, da die bestimmte physikalische Eigenschaft nicht vom Abstand der Abtasteinrichtungen zueinander beeinflusst wird. Die Durchführung von Messungen in Dickenrichtung kann jedoch auch durchgeführt werden, wenn das Formteil eine über die Fläche variierende Dicke aufweist.

Die physikalische Eigenschaft ist bevorzugt von einer Beschädigung des Formteils abhängig. Beispielsweise kann die physikalische Eigenschaft eine Wärmeleitfähigkeit, eine Leitfähigkeit oder ein Echoverhalten für eine Welle, insbesondere eine akustische oder elektromagnetische Welle, eine elektrische Leitfähigkeit, Kapazität oder Induktivität umfassen. Wird das Bauteil beschädigt, so ändert sich die physikalische Eigenschaft im Bereich der Beschädigung, sodass auf der Basis des physikalischen Signals eine Überprüfung des Bauteils auf Beschädigung durchgeführt werden kann. Dabei kann die Beschädigung eine Alterung, einen Feuchtigkeitsschaden, einen Strahlungsschaden, einen Riss oder Mikroriss, ein Loch oder einen Bruch umfassen. Die Funktionsfähigkeit des Formteils kann insbesondere an einem kritischen Bauteil verbessert bestimmt werden.

Die Schicht kann flächig mit einer weiteren Schicht verbunden sein und die Beschädigung eine Ablösung der beiden Schichten voneinander umfassen. Eine solche Beschädigung wird auch Delaminierung oder Delamination genannt und kann beispielsweise zwischen verschiedenen Schichten von Faserverbundwerkstoffen auftreten. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die weitere Schicht eine Trägerstruktur, die insbesondere als Schaumkern ausgebildet sein kann. Das Formteil kann somit als einseitige oder zweiseitige Sandwich-Konstruktion ausgebildet sein. Mittels herkömmlicher Methoden kann eine partielle Delamination der Schicht von der Trägerstruktur nur sehr schwer nachweisbar sein. Mittels der wenigstens einen Abtasteinrichtung an dem beschriebenen Formteil kann ein Ablösen bereits in einem relativ frühen Stadium sicher erkannt werden. Es können unterschiedliche physikalische Eigenschaften des Formteils überprüft werden. In einer Ausführungsform umfasst die Abtasteinrichtung einen Sender für eine sich im Formteil ausbreitende Welle und einen Empfänger, der dazu eingerichtet ist, eine Reflexion der Welle abzutasten. Die Welle kann insbesondere mechanisch sein, wobei auch von Körperschall gesprochen wird. Der Sender und der Empfänger können zusammenfallen und beispielsweise in

Form eines Piezoelements ausgebildet sein. In anderen Ausführungsformen kann auch eine elektromagnetische Welle verwendet werden, beispielsweise im Radar- oder Röntgenbereich. In noch einer weiteren Ausführungsform kann auch eine Duktilität für Wärme bestimmt werden. Es ist allgemein bevorzugt, dass die physikalischen Eigenschaften des Formteils in Dickenrichtung, also senkrecht zur

Flächenrichtung, überprüft werden. Die Abtasteinrichtung kann insbesondere einstückig ausgeführt sein. Eine Analyse der physikalischen Eigenschaften kann zugelassen sein, ohne zwei oder mehr Elemente, die separat voneinander am Formteil angebracht sind, aufeinander abstimmen zu müssen.

In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst die Abtasteinrichtung einen Stromkreis, der einen Abschnitt des Formteils in einer Richtung senkrecht zur Schicht durchfließt. In einer ersten Variante ist dazu ein elektrisch leitfähiges Element an dieser Stelle vorgesehen, in einer zweiten Variante kann der Strom unmittelbar durch das Formteil fließen. Diese Variante kann insbesondere dann günstig sein, wenn der Faserverbundwerkstoff leitfähig ist, beispielsweise durch elektrisch leitfähige Fasern wie Kohlefasern. Die Schicht aus Faserverbundwerkstoff kann dann eine erste Elektrode bilden und an jeder Abtasteinrichtung ist eine zweite Elektrode vorgesehen, zu der Strom von der ersten Elektrode in einer Richtung senkrecht zur Schicht durch das Formteil fließen kann. Üblicherweise wird ein Leitwert bzw. ein elektrischer Widerstand des Formteils bestimmt, in weiteren Ausführungsformen können jedoch auch andere, elektrisch abtastbare Eigenschaften aufgenommen werden, beispielsweise kapazitive oder induktive Eigenschaften des Formteils. Ein System umfasst das oben beschriebene Formteil mit mehreren Abtasteinrichtungen und eine Verarbeitungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Beschädigung des Formteils auf der Basis der bestimmten physikalischen Eigenschaften an den Anbringungsorten der Abtasteinrichtungen zu bestimmen. Sind die Abtasteinrichtungen drahtlos ausgeführt, so ist bevorzugt, dass die

Verarbeitungseinrichtung die Energieübertragung zu den Abtasteinrichtungen und/oder die drahtlose Kommunikation mit den Abtasteinrichtungen abwickelt. Die Verarbeitungseinrichtung kann separat vom Formteil vorgesehen sein oder fest am Formteil angebracht sein, um mit diesem integriert ausgeführt zu sein. Eine Schnittstelle der Verarbeitungseinrichtung zur Bereitstellung eines Abtastoder Bestimmungsergebnisses ist bevorzugt elektrisch ausgeführt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, eine Beschädigung des Formteils zu bestimmen, wenn die bestimmte physikalische Eigenschaft an einem Punkt in der Fläche außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. Beispielsweise kann ein Bereich von ca. 5 bis 500 Ω für einen elektrischen Widerstand an den Abtasteinrichtungen vorgegeben sein. Unterschreitet der elektrische Widerstand an einer Abtasteinrichtung die untere Grenze des Bereichs oder überschreitet er die obere Grenze, so kann auf eine Beschädigung geschlossen werden. Dabei kann die bestimmte physikalische Eigenschaft jeder Abtasteinrichtung einzeln mit dem Bereich verglichen werden.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, eine Beschädigung zu bestimmen, wenn der Betrag eines

Gradienten der bestimmten physikalischen Eigenschaft über die Fläche einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. Anders ausgedrückt kann eine Beschädigung bestimmt werden, wenn die Änderung der physikalischen Eigenschaft in einer Richtung entlang der Fläche ein vorbestimmtes Maß übersteigt. Dazu kann entweder eine Krümmung oder eine Steigung einer Kurve betrachtet werden, die durch Stützstellen definiert ist, die durch bestimmte physikalische Eigenschaften an den einzelnen Anbringungsorten definiert ist. In einer weiteren Ausführungsform kann auch überprüft werden, ob der Betrag des Gradienten außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. Ein Verfahren zum Bestimmen einer Beschädigung eines Formteils, wobei das Formteil eine Schicht aus Faserverbundwerkstoff umfasst, die sich entlang einer Fläche erstreckt, umfasst Schritte des Bestimmens einer physikalischen Eigenschaft des Formteils mittels einer Abtasteinrichtung, wobei die Abtasteinrichtung an einem vorbestimmten Anbringungsort fest am Formteil angebracht ist, und des Bestimmens der Beschädigung auf der Basis der bestimmten physikalischen Eigenschaft. Das Verfahren kann insbesondere mittels der oben bezüglich des Systems beschriebenen Verarbeitungseinrichtung durchgeführt werden. Merkmale, die bezüglich des Verfahrens, des Systems und des Formteils beschrieben sind, können in entsprechender Weise auf die

Gegenstände der jeweils anderen Kategorien bezogen werden.

Die physikalische Eigenschaft kann ein erstes und ein zweites Mal bestimmt werden, wobei die Beschädigung auf der Basis einer Änderung der bestimmten physikalischen Eigenschaft zwischen den Bestimmungen bestimmt wird. Eine oder mehrere Abtasteinrichtungen können an beliebigen Stellen am Formteil angebracht werden und das erstmalige Abtasten kann eine Kalibrierung darstellen, mit der folgende Messwerte verglichen werden können. Übersteigt eine Änderung des abgetasteten physikalischen Parameters an einer Stelle ein vorbestimmtes Maß, so kann von einer Beschädigung ausgegangen werden.

Insbesondere ein schleichend fortschreitender Schaden, beispielsweise aufgrund einer Ausbreitung von Wasser im Formteil, kann so sicher detektiert werden. In einer weiteren Ausführungsform kann auch eine Beschädigung bestimmt werden, wenn sich einer der bestimmten Parameter schneller verändert als durch ein weiteres vorbestimmtes Maß vorgesehen ist. Ferner kann die Beschädigung bestimmt werden, wenn sich die relative Änderung (oder Änderungsgeschwindigkeit) des bestimmten Parameters an einer Stelle von der relativen Änderung (oder Änderungsgeschwindigkeit) des bestimmten Parameters an einer anderen Stelle um mehr als ein vorbestimmtes Maß unterscheidet.

Es ist allgemein bevorzugt, dass Messungen unterschiedlicher Abtasteinrichtungen einander gegenseitig nicht beeinflussen. Dazu können die Abtasteinrichtungen in vorbestimmten Mindestabständen am Formteil vorgesehen sein oder Messungen von nahe aneinander liegenden

Abtasteinrichtungen können zeitversetzt durchgeführt werden. Bevorzugt ist eine Vielzahl Abtasteinrichtungen in Flächenrichtung an der Schicht verteilt angebracht, wobei die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die physikalische Eigenschaft zwischen Anbringungsorten der Abtasteinrichtungen zu interpolieren und eine Beschädigung des Formteils auf der Basis eines Verlaufs der interpolierten Eigenschaft in Flächenrichtung zu bestimmen.

Die Interpolation kann entlang einer Kurve der Fläche oder entlang eines Abschnitts der Fläche erfolgen. Durch die bestimmten physikalischen Eigenschaften an den Anbringungsorten der Abtasteinrichtungen sind Stützstellen vorgegeben, zwischen denen interpoliert wird. Die Interpolation kann auf beliebige Weise erfolgen, beispielsweise mittels einer Bezierkurve, eines Splines oder eines Polynoms. Dadurch kann verbessert eine Beschädigung erkannt werden, die nur einen kleinen Bereich der Schicht betreffen, beispielsweise eine Punktierung oder ein Mikroriss.

Das Verfahren kann insbesondere in Form eines Computerprogrammprodukts mit Programmcodemitteln vorliegen, wobei das Computerprogrammprodukt zumindest teilweise auf der oben beschriebenen Verarbeitungseinrichtung ablaufen kann. Die Verarbeitungseinrichtung umfasst bevorzugt einen programmierbaren Mikrocomputer, MikroController oder ein FPGA.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:

Fig. 1 ein Formteil mit einem Faserverbundwerkstoff;

Fig. 2 ein Formteil mit einer Beschädigung;

Fig. 3 eine Interpolation einer physikalischen Eigenschaft eines

Formteils; und

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer

Beschädigung eines Formteils darstellt. Figur 1 zeigt ein System 100, das ein Formteil 105 und eine Verarbeitungseinrichtung 1 10 umfasst. Das Formteil 105 umfasst mindestens eine Schicht 1 15 eines Faserverbundwerkstoffs und eine optionale Trägerstruktur 120. Die Schicht 1 15 umfasst allgemein Fasern, die in einer Matrix eingebettet sind. Insbesondere kann die Schicht 1 15 einen glasfaserverstärkten Kunststoff

(GFK) oder einen kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK) umfassen, es können aber auch andere Fasern verwendet werden, beispielsweise Aramid- oder Textilfasern. Es kann auch eine Mischbauweise mit unterschiedlichen Fasern verwendet werden. Es können auch mehrere Schichten 1 15, die sich beispielsweise bezüglich ihrer Faserrichtungen unterscheiden, vom Formteil 105 umfasst sein, wobei die Schichten besonders bevorzugt flächig miteinander verbunden sind. Die Trägerstruktur 120 kann flächig mit der Schicht 1 15 verbunden sein oder zwischen zwei Schichten 1 15 liegen; dieser Aufbau wird auch Sandwich-Bauweise bezeichnet. Die Trägerstruktur 120 ist bevorzugt als Schaumkern ausgebildet, beispielsweise auf der Basis eines Hartschaums, der etwa Polyethylen, Polystyrol oder Polyurethan umfassen kann. Die Verarbeitungseinrichtung 1 10 kann mit dem Formteil 105 integriert aufgebaut sein, beispielsweise indem die Verarbeitungseinrichtung 1 10 an der Schicht 1 15 fest angebracht oder in einem Hohlraum eingeschlossen ist, der an zumindest einer Seite von der Schicht 1 15 begrenzt ist. In einer Ausführungsform ist die

Verarbeitungseinrichtung 1 10 in einer Aussparung der Trägerstruktur 120 angeordnet.

Die Schicht 1 15 erstreckt sich entlang einer Fläche 125, deren Dimensionen in Figur 1 exemplarisch mit x und y angegeben sind. Dabei muss die Fläche 125 nicht eben sein, sondern kann beliebig geformt und insbesondere gekrümmt sein. Es sind auch Hohlkörper möglich, beispielsweise ein Hohlzylinder oder eine Hohlkugel. In der Schicht 1 15 ist wenigstens eine Abtasteinrichtung 130 fest angebracht. Die

Abtasteinrichtung 130 kann insbesondere nach dem Herstellen des Formteils 105 an der Schicht 1 15 angebracht werden, beispielsweise mittels Laminieren. Umfasst das Formteil 105 eine Innenseite und eine Außenseite, so ist bevorzugt, die Abtasteinrichtung 130 an der Innenseite vorzusehen. Die Abtasteinrichtung 130 ist dazu eingerichtet, eine physikalische Eigenschaft des Formteils 105 lokal, also am jeweiligen Anbringungsort der Abtasteinrichtung 130, zu bestimmen. Die physikalische Eigenschaft kann beispielsweise einen elektrischen Parameter, eine Wärmeleitfähigkeit, eine Wärmekapazität oder Leit- bzw. Reflexionseigenschafen bezüglich einer Anregung der Abtasteinrichtung 130 umfassen. Die Anregung kann insbesondere eine mechanische Schwingung umfassen, die insbesondere im Ultraschallbereich liegen kann. Die

Abtasteinrichtung 130 kann dazu einen ersten Schallwandler umfassen, der dazu eingerichtet ist, als Sender Körperschall am Formteil 105 einzuleiten, und einen zweiten Schallwandler, um als Empfänger eine reflektierte Schallwelle abzutasten. Beide Schallwandler können jeweils als Piezowandler ausgeführt sein. In einer Ausführungsform wird ein einziger Piezowandler nacheinander als

Sender und als Empfänger verwendet. In anderen Ausführungsformen können Sender und/oder Empfänger auch für ein anderes Testsignal verwendet werden, beispielsweise ein elektrisches Signal oder eine elektromagnetische Welle. Die Welle kann in einer beliebigen Frequenz vorliegen, sodass sie in einem Bereich von Wärmestrahlung über sichtbares Licht und Radiowellen bis hin zu Radaroder Röntgenstrahlung liegen kann.

Es ist besonders bevorzugt, dass jede Abtasteinrichtung 130 den jeweiligen physikalischen Parameter lokal, also an ihrem jeweiligen Anbringungsort, bestimmt. Eine gegenseitige Beeinflussung unterschiedlicher

Abtasteinrichtungen 130 soll dabei möglichst vermieden werden. Dazu kann insbesondere der physikalische Parameter in einer Richtung senkrecht zur Fläche 125, also in Dickenrichtung bestimmt werden. Bei einer gekrümmten Fläche 125 wie in der in Figur 1 exemplarisch dargestellten Ausführungsform des Formteils 105 ist die absolute Richtung senkrecht zur Fläche 125 vom jeweiligen

Anbringungsort abhängig. Weist das Formteil 105 im Bereich unterschiedlicher Abtasteinrichtungen 130 unterschiedliche Dicke auf, so kann dies wegen der Unabhängigkeit der mittels der Abtasteinrichtungen 130 abgetasteten Parameter eine Messung nicht beeinträchtigen.

Die Verarbeitungseinrichtung 1 10 ist dazu eingerichtet, eine Beschädigung des Formteils 105 auf der Basis von bestimmten physikalischen Parametern der Abtasteinrichtung 130 zu bestimmen. Dazu ist die Verarbeitungseinrichtung 1 10 zumindest datentechnisch und zumindest temporär mit jeder der Abtasteinrichtungen 130 verbunden. Die datentechnische Verbindung kann drahtlos oder drahtgebunden erfolgen. Üblicherweise müssen die Abtasteinrichtungen 130 auch mit Energie versorgt werden. Diese Energie kann durch die Verarbeitungseinrichtung 1 10 bereitgestellt werden, wobei wieder alternativ eine drahtgebundene oder drahtlose Übermittlung möglich ist. Ein durch die Verarbeitungseinrichtung 1 10 bereitgestelltes Ergebnis bezüglich einer Beschädigung des Formteils 105 kann mittels einer Schnittstelle 135 nach außen bereitgestellt werden.

Beispielhafte Werte für den physikalischen Parameter an den einzelnen Abtasteinrichtungen 130 sind in Figur 1 illustrativ als Stützstellen 140 eingezeichnet. Die Stützstellen 140 sind auf die Anbringungsorte der jeweils zugeordneten Abtasteinrichtungen 130 entlang der Fläche 125 verteilt. Graphisch sind die Stützstellen 140 jeweils in einer Richtung senkrecht zur Fläche 125 dargestellt. So definieren die Stützstellen 140 eine weitere Fläche 145, die in ihrer Erstreckung der Fläche 125 im Wesentlichen folgt und deren Abstand zur Fläche 125 an jedem ihrer Punkte von der Größe des im jeweiligen Bereich bestimmten physikalischen Parameters abhängig ist. Zur Bestimmung der weiteren Fläche 145 kann zwischen den Anbringungsorten der Abtasteinrichtungen 130 eine Interpolation vorgenommen werden, wie unten mit Bezug auf Figur 3 noch genauer beschrieben wird. Für die Betrachtung des Abstands der weiteren Fläche 145 von der Fläche 125 bzw. der Schicht 1 15 ist die Form, insbesondere die Krümmung der Fläche 125 nicht erheblich. Das Formteil 105 kann daher beliebig geformt sein.

Eine Beschädigung des Formteils 105 kann bestimmt werden, wenn ein Abstand zwischen der weiteren Fläche 145 und der Fläche 125 bzw. der Schicht 1 15 einen vorbestimmten Abstand über- oder unterschreitet.

Figur 2 zeigt ein Formteil 105 mit einer Beschädigung 205. Die Beschädigung 205 kann einen Riss, ein Loch, eine Quetschung oder eine Delamination umfassen. Die dargestellte Beschädigung 205 umfasst eine Anzahl sehr kleiner

Risse, die eine Form ähnlich einem Spinnennetz bilden. Die Delamination umfasst üblicherweise eine Ablösung der Schicht 1 15 von einem flächig angrenzenden Bereich wie der Trägerstruktur 120 oder einer weiteren Schicht 1 15. Die Beschädigung 205 kann erfasst werden, da an Anbringungsorten von Abtasteinrichtungen 130 im Bereich der Beschädigung 205 der bestimmte physikalische Parameter deutlich kleiner als in einem restlichen Bereich ist. Während die meisten Abtasteinrichtungen 130 für den bestimmten physikalischen Parameter ähnliche Werte zurückliefern, weichen die Werte der Abtasteinrichtungen 130 im Bereich der Beschädigung 205 signifikant davon ab. Wird beispielsweise ein elektrischer Widerstand des Formteils 105 in einer Richtung senkrecht zur Fläche 125 bestimmt, so kann der bestimmte Wert in einem beschädigungsfreien Bereich bei ca. 10 liegen, während er im Bereich einer Beschädigung 205 bei einem Wert von ca. 100.000 liegt. Die Beschädigung 205 kann in einer einfachen Ausführungsform daran erkannt werden, dass der bestimmte physikalische Parameter außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. In einer weiteren Ausführungsform kann die Beschädigung 205 erfasst werden, wenn der Parameter einen vorbestimmten Schwellenwert über- oder unterschreitet.

Figur 3 zeigt eine beispielhafte Interpolation einer physikalischen Eigenschaft p des Formteils 105 der Figuren 1 oder 2. In rein beispielhafter Weise ist in horizontaler Richtung eine Erstreckung der Schicht 1 15 entlang der Fläche 125 dargestellt, und zwar rein exemplarisch in x-Richtung, und in vertikaler Richtung der Wert eines physikalischen Parameters, der die physikalische Eigenschaft reflektiert. In einer oberen Darstellung sind vier exemplarische Stützstellen 140 an Anbringungsorten x1 bis x4 eingezeichnet. Durch die Stützstellen 140 verläuft eine erste Kurve, die zwischen den Anbringungsorten x1 bis x4 interpoliert wurde. Das heißt, dass Werte des physikalischen Parameters p zwischen den Anbringungsorten x1 bis x4 auf der Basis der vorhandenen Stützstellen 140 rechnerisch bestimmt wurden. Der erste Verlauf 305 bildet im vorliegenden Beispiel einen Kreisbogen. Obwohl keine der Stützstellen 140 außerhalb eines vorbestimmten Bereichs 310 liegt, der auf einen beschädigungsfreien Abschnitt des Formteils 105 hinweist, übersteigt die erste Kurve 305 den Bereich 310 zwischen den Anbringungsorten x2 und x3. Wird als Kriterium für das Bestimmen der Beschädigung 205 verwendet, dass die (interpolierte) erste Kurve 305 außerhalb des Bereichs 310 liegt, so kann auch eine kleine oder schwach ausgeprägte Beschädigung 205 verbessert erfasst werden.

Im unteren Bereich von Figur 3 ist eine zweite Kurve 315 dargestellt, die eine Krümmung der ersten Kurve 305 reflektiert. Diese Krümmung kann als Betrag eines Gradienten der ersten Kurve 305 verstanden werden. In einer weiteren

Ausführungsform kann die Beschädigung 205 erfasst werden, wenn die zweite Kurve 315 außerhalb eines weiteren vorbestimmten Bereichs 320 liegt. Dadurch kann insbesondere ein abrupter Übergang oder eine Unstetigkeitsstelle der weiteren Fläche 145 als Hinweis auf eine Beschädigung 205 verwendet werden. Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Bestimmen einer

Beschädigung 205 eines Formteils 105. Das Verfahren 400 ist insbesondere zum Ablaufen auf der Verarbeitungseinrichtung 1 10 eingerichtet. Mittels des Verfahrens 400 kann bestimmt werden, ob das Formteil 105 eine Beschädigung 205 aufweist oder nicht.

In einem Schritt 405 werden bevorzugt an mehreren Anbringungsorten der Schicht 1 15 des Formteils 105 physikalische Parameter p des Formteils 105 bestimmt. Bevorzugt ist jedem Anbringungsort eine Abtasteinrichtung 130 fest zugeordnet, die am jeweiligen Anbringungsort fest an der Schicht 1 15 angebracht ist. Die Abtasteinrichtungen 130 können gleichzeitig oder nacheinander zur Bestimmung des physikalischen Parameters p gesteuert werden. In einem Schritt 410 kann jeder der bestimmten Werte des physikalischen Parameters p mit einem unteren Schwellenwert und/oder einem oberen Schwellenwert verglichen werden. Überschreitet der Parameter p den Schwellenwert, so liegt am zugeordneten Anbringungsort eine Beschädigung 205 vor.

Optional kann in einem Schritt 415 zwischen Stützstellen 140 einzelner Abtasteinrichtungen 130 interpoliert werden, wie oben mit Bezug auf Figur 3 genauer erläutert ist. Die Interpolation kann entlang einer Kurve 305 oder einer

Fläche 145 erfolgen. Dabei kann das gesamte Formteil 105 oder nur ein Abschnitt davon abgedeckt sein. In einem nachfolgenden Schritt 420 kann ein Vergleich der Werte der Kurve 305 oder der Fläche 145 mit einem unteren Schwellenwert und/oder einem oberen Schwellenwert durchgeführt werden. Liegt ein Abschnitt der Kurve 305 oder der Fläche 145 jenseits eines der

Schwellenwerte, so kann auf eine Beschädigung 205 geschlossen werden.

Weiterhin optional kann in einem Schritt 425 der Betrag eines Gradienten der Kurve 305 oder der Fläche 145 bestimmt werden. Dieser Betrag kann in einem Schritt 430 mit einem unteren und/oder einem oberen Schwellenwert verglichen werden. Liegt der Betrag des Gradienten jenseits eines der Schwellenwerte, so kann auf die Beschädigung 205 geschlossen werden.

Das Verfahren 400 kann ereignisgesteuert oder zeitgesteuert durchlaufen werden. In einer Ausführungsform wird das Verfahren 400 periodisch abgearbeitet, um eine ständige Überwachung des Formteils 105 auf Beschädigungsfreiheit zu realisieren.

Bezugszeichen

100 System

105 Formteil

1 10 Verarbeitungseinrichtung

1 15 Schicht (Faserverbundwerkstoff)

120 Trägerstruktur

125 Fläche

130 Abtasteinrichtung

135 Schnittstelle

140 Stützstelle

145 weitere Fläche

205 Beschädigung

305 erste Kurve

310 Bereich

315 zweite Kurve

320 Bereich

400 Verfahren

405 Abtasten

410 Einzelvergleich mit Bereich

415 Kurve oder Fläche interpolieren

420 Vergleich mit Bereich

425 Gradient bestimmen

Vergleich des Betrags des Gradienten mit Bereich oder

Schwellenwert

Claims

Patentansprüche

1 . Formteil (105), wobei das Formteil (105) folgendes umfasst:

eine Schicht (1 15) aus Faserverbundwerkstoff, wobei sich die Schicht (1 15) entlang einer Fläche (125) erstreckt; und

eine am Formteil (105) fest angebrachte Abtasteinrichtung (130), die dazu eingerichtet ist, eine physikalische Eigenschaft (p) des Formteils (105) an einem Anbringungsort (x) der Abtasteinrichtung (130) zu bestimmen. 2. Formteil (105) nach Anspruch 1 , wobei eine Vielzahl Abtasteinrichtungen

(130) in Flächenrichtung an der Schicht (1 15) verteilt angebracht ist.

3. Formteil (105) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die physikalische Eigenschaft (p) entlang einer Richtung senkrecht zur Schicht (1 15) bestimmt wird.

4. Formteil (105) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die

physikalische Eigenschaft von einer Beschädigung des Formteils abhängig ist. 5. Formteil (105) nach Anspruch 4, wobei die Schicht (1 15) flächig mit einer weiteren Schicht (120) verbunden ist und die Beschädigung (205) eine Ablösung eines Abschnitts der Schicht (1 15) von einer weiteren Schicht (120) umfasst. 6. Formteil (105) nach Anspruch 4, wobei die Trägerstruktur (120) flächig mit zwei Schichten (1 15) verbunden ist, die auf unterschiedlichen Seiten der Trägerstruktur (120) liegen.

7. Formteil (105) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die

Abtasteinrichtung (130) einen Sender für eine sich im Formteil (105) ausbreitende Welle und einen Empfänger für eine Reflexion der Welle umfasst.

Formteil (105) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abtasteinrichtung (130) einen Stromkreis umfasst, der einen Abschnitt des Formteils (105) in einer Richtung senkrecht zur Schicht (1 15) durchfließt.

9. System (100), umfassend ein Formteil (105) nach einem der Ansprüche 2 bis 8 und eine Verarbeitungseinrichtung (1 10), die dazu eingerichtet ist, eine Beschädigung (205) des Formteils (105) auf der Basis der bestimmten physikalischen Eigenschaften (p) an Anbringungsorten (x) der

Abtasteinrichtungen (130) zu bestimmen.

10. System (100) nach Anspruch 9, wobei die Verarbeitungseinrichtung (1 10) dazu eingerichtet ist, eine Beschädigung (205) zu bestimmen, wenn die bestimmte physikalische Eigenschaft (p) an einem Punkt in der Fläche (125) außerhalb eines vorbestimmten Bereichs (310) liegt.

1 1 . System (100) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Verarbeitungseinrichtung (1 10) dazu eingerichtet ist, eine Beschädigung (205) zu bestimmen, wenn der Betrag eines Gradienten (315) der bestimmten physikalischen

Eigenschaft (p) über die Fläche (145) einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. 12. Verfahren (400) zum Bestimmen einer Beschädigung (205) eines Formteils (105), wobei das Formteil (105) eine Schicht (1 15) aus

Faserverbundwerkstoff umfasst, die sich entlang einer Fläche (125) erstreckt, und das Verfahren (400) folgende Schritte umfasst:

Bestimmen (405) einer physikalischen Eigenschaft des Formteils (105) mittels einer Abtasteinrichtung (130), wobei die Abtasteinrichtung (130) an einem vorbestimmten Anbringungsort (x) insbesondere fest am Formteil (105) angebracht ist; und

Bestimmen (410) der Beschädigung auf der Basis der bestimmten physikalischen Eigenschaft.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Verfahren (400) folgende Schritte umfasst:

Bestimmen (405) einer physikalischen Eigenschaft des Formteils (105) an vorbestimmten Anbringungsorten (x), die in Flächenrichtung am Formteil (105) verteilt sind; Bestimmen (425) eines Gradienten (315) der bestimmten physikalischen Eigenschaft (p) über die Fläche (145);

Vergleichen (430) eines Betrags des Gradienten mit einem vorbestimmten Schwellenwert; und

Bestimmen (410) einer Beschädigung, falls der Betrag des Gradienten den Schwellenwert übersteigt.

14. Verfahren (400) nach Anspruch 12 oder 13, wobei die physikalische

Eigenschaft ein erstes und ein zweites Mal bestimmt (405) wird und die Beschädigung auf der Basis einer Änderung der bestimmten physikalischen Eigenschaft zwischen den Bestimmungen bestimmt (410) wird.

Verfahren (400) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei eine Vielzahl Abtasteinrichtungen (130) in Flächenrichtung an der Schicht (1 15) verteilt angebracht ist; wobei die physikalische Eigenschaft (p) zwischen

Anbringungsorten (x) der Abtasteinrichtungen (130) interpoliert und eine Beschädigung (205) des Formteils (105) auf der Basis eines Verlaufs (145, 305) der interpolierten Eigenschaft (p) in Flächenrichtung bestimmt wird. 16. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung eines Verfahrens (400) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinrichtung (1 10) ausgeführt wird oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.