Bauteilintegrierte berwachung variothermer Faserverbundfertigungsprozesse mittels minimalinvasiver Foliensensoren auf lslichem Substrat

Um bei der Fertigung von Faserverbundkunststoffen Zeit, Energie und Kosten sparen zu knnen, werden mglichst viele Informationen ber die Vorgnge whrend des Fertigungsprozesses bentigt. Die Integration von Foliensensoren in die hergestellten Bauteile ist eine von mehreren Mglichkeiten, diese Informationen zu erhalten. Foliensensoren bestehen aus einer thermoplastischen Folie, auf der metallische Elektroden strukturiert sind. Ihre Integration in das Bauteil bringt unterschiedliche Vor- und Nachteile mit sich. Einerseits sind bauteilintegrierte Sensoren flexibler einsetzbar als werkzeugintegrierte Sensoren und ermglichen eine feinere rumliche Auflsung der Aushrtevorgnge. Andererseits werden sie bei der Fertigung zum Produktbestandteil. Sie sollten deswegen einfach und kostengnstig sein, sowie die Lasttragfhigkeit nicht beeintrchtigen. Aus mechanischer Sicht bringen Foliensensoren vor allem ein Delaminationsrisiko mit sich. Die Wahl des thermoplastischen Substratmaterials macht dabei den entscheidenden Einflussfaktor aus. Whrend Sensoren auf Basis des hufig verwendeten Materials Polyimid ein erhebliches Delaminationsrisiko mit sich bringen, ist der Einfluss von Polyetherimid weit weniger schdlich oder verbessert sogar einzelne Festigkeitskennwerte. Neben dem Substratmaterial wirken sich auch die metallischen Sensorstrukturen auf die Belastbarkeit aus. Zur Gestaltung minimalinvasiver Sensoren sollte ein mglichst geringer Metallisierungsgrad angestrebt werden. Das verbreitetste Design fr Foliensensoren zur Aushrteberwachung sind sogenannte Interdigitalelektroden, die eine elektrische Kapazitt bilden, deren Impedanz von der direkten Umgebung beeinflusst wird. In variothermen Fertigungsprozessen besteht eine Herausforderung darin, den Einfluss der Temperatur von dem des Aushrtegrades zu trennen. Die an integrierten Sensoren gemessenen Impedanzinformationen mssen dazu eine Verarbeitung durchlaufen, in deren Verlauf die Frequenzabhngigkeit und die Einflsse von Temperatur und Sensorgeometrie aus den Daten entfernt werden. Fr eine variotherme Aushrteberwachung ist daher die Verwendung eines zustzlichen Temperatursensors unverzichtbar. Die Sensordaten bieten darber hinaus Potential fr die Ermittlung des Faservolumengehalts oder zur Detektion von Harzfehlanmischungen.