Infusion 4.0 überwacht Fließfront bei CFK-Strukturen

Im Projekt Infusion 4.0 überwachen Sensoren bei der Herstellung dickwandiger CFK-Bauteile die Fließfront und senken Kosten.

Wie wirksam faseroptische Sensoren sind, um die Fließfront des Harzes während der Herstellung großer CFK-Strukturen im Vakuuminfusionsverfahren zu überwachen, zeigt das Projekt Infusion 4.0. Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF hat zusammen mit MT Aerospace bislang versteckte Prozessabschnitte sichtbar und digital kontrollierbar gemacht, was die Prozesssicherheit erhöht. Dies unterstützt die Entwicklung von Luft- und Raumfahrtprodukten.

Mit CFK-Boostergehäusen fertigt MT Aerospace in Augsburg große CFK-Bauteile (carbonfaserverstärkter Kunststoff) in der Raumfahrt im Vakuuminfusionsverfahren. Bei der Vakuuminfusion wird eine trocken gewickelte Vorform in einem Vakuumsack durch Harz infiltriert, und währenddessen werden die Elemente in einem Ofen langsam gedreht. Um die Fließfront des einströmenden Harzes zu überwachen und Prozesse zu optimieren, wird eine intelligente Sensorik benötigt. Wissenschaftler aus dem Fraunhofer LBF bringen zu diesem Zweck Glasfasersensoren bereits beim Wickeln in das Bauteil ein, die dann in diesem wichtigen Fertigungsschritt die Harzverteilung kontrollieren.

Jede Sensorfaser enthält mehrere der insgesamt über 60 Glasfasersensoren. Die Fließfront ist die Linie, an der das Harz zuerst mit den trockenen Fasern in Kontakt kommt. Um die Für die Durchflussfront zu erkennen müssen die Signale vom rotierenden Teil im Ofen an einen Computer außerhalb übertragen werden. Dort zeigt eine digitale Darstellung der Sensorposition auf dem Bauteil, wann die Fließfront den Sensor erreicht. „Erstmals erhalten wir im Herstellungsprozess solch dickwandiger Teile transparente Informationen und erhöhen die Prozesssicherheit von Vakuuminfusionsprozessen“, erklärt Martin Lehmann, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fraunhofer LBF.

Die neue Fertigungstechnik macht bislang versteckte Prozesse sicht- und digital kontrollierbar, was die Prozesssicherheit erhöht. Der Informationsgewinn sichert die Reproduzierbarkeit und die Qualität des neuen Produktes und ermöglicht bei Bedarf ein gezieltes Eingreifen noch während der Fertigung. Dank verbesserter Steuerung lässt sich der Serienhochlauf beschleunigen, was die Wettbewerbsfähigkeit des steigert.

Darüber hinaus lässt sich dank integrierter Sensoren  eine Strukturüberwachung (Structural Health Monitoring – SHM) bereits ab der frühesten Phase des Lebenszyklus realisieren. Das Projekt „Infusion 4.0 – Fließfronterkennung im Vakuuminfusionsprozess eines CFK-Boostergehäuses mit faseroptischen Sensoren“ wurde laut Beschluss des Deutschen Bundestages vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.

mg