Prozess- und Zustandsüberwachung von Verbundwerkstoffen

Das Konzept des "Damage Tolerant Design" wird in der Luft- und Raumfahrtindustrie bereits seit mehreren Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt. Dieses Konzept basiert auf der Idee, dass eine bestimmte Anzahl von Defekten in einem Bauteil toleriert werden kann, bevor es repariert oder ausgetauscht werden muss. Um die strukturelle Integrität zu gewährleisten, werden kontinuierliche, zerstörungsfreie Inspektionen durchgeführt. Darüber hinaus ist die Zahl der Strukturbauteile aus CFK stark angestiegen, aber ihr Potenzial ist aufgrund von Unsicherheiten im Produktionsprozess und bei der Vorhersage der Restlebensdauer noch nicht ausgeschöpft. Könnte ein solches zerstörungsfreies Inspektionssystem dauerhaft an Strukturen eingesetzt und online betrieben werden (Structural Health Monitoring), wäre insbesondere bei Verbundwerkstoffen eine starke Reduzierung der Ausfallzeiten, der Instandhaltungskosten und eine Gewichtsreduzierung zu erwarten. Neben der Überwachung der Nutzung ist auch die Prozessüberwachung von automatisierten Verbundwerkstoff-Fertigungsprozessen wichtig geworden. Daher werden Konzepte zur integrierten Prozess- und Strukturüberwachung benötigt. AAC entwickelt Methoden und Sensoren für die Prozesssimulation und -überwachung sowie Konzepte und Algorithmen für die Off- und Online-Schadenserkennung und -quantifizierung für Verbundwerkstoffstrukturen auf der Basis von passiven und aktiven Ultraschallmethoden wie Acoustic Emission, Guided Ultrasonic Waves zusammen mit lokalen Dehnungsansätzen, die durch verteilte faseroptische Sensoren gemessen werden.

AAC ist seit 2010 in die Forschung und Entwicklung von Prozess- und Strukturüberwachung involviert und hat erfolgreich an mehr als 5 nationalen und europäischen Projekten teilgenommen, an denen Teilehersteller (FACC), Werkzeughersteller (ALPEX) und Flugzeughersteller (Airbus) beteiligt waren:

• 2011 FFG: ASHMOSD-II: "Austrian Structural Health Monitoring System Demonstrator-II"
• 2011: EU CleanSky: FOS3D: Faseroptischer Sensor zur Erkennung von Ablenkung und Beschädigung
• 2013 FFG: SPARTA: Spantfertigung im RTM-Verfahren für Luftfahrtanwendungen
• 2016 FFG: Addi@tive Werkzeuge: Additive Fertigung Innovativer Werkzeugbau zur Herstellung Intelligenter Faserverbundbauteile
• 2017 FFG: Entwicklung#4: Entwicklung einer vollautomatisierten Luftfahrt-Fertigungstechnologie für Intergrale, one-shot, netshape Strukturbauteile für die Industrie 4.0