F. Lehmann, S. Kroll, A. Saleem, K. Unnasch

Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) sind aufgrund ihrer hohen Designflexibilität und ihrer außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften im Flugzeugbau nicht mehr weg zu denken. Der Aufbau des Materials aus einzelnen Lagen ermöglicht es lokale, lastpfadgerechte Verstärkungen und Sensorik in das Laminat zu integrieren, um somit etwa der örtlichen Beanspruchung Rechnung zu tragen oder einen hohen Leichtbaugrad zu realisieren. Daher wurden am Fraunhofer IWU Funktionsträger in unterschiedlichen Varianten entwickelt, mithilfe einer Tape-Lege Anlage gefertigt und zwischen multiaxialen Carbonfaser-Halbzeugen eingebracht und qualifiziert. Aufgrund der hohen Anforderungen an die Funktionsträger hinsichtlich Positioniergenauigkeit und Ausrichtung in der Struktur, erfolgte die Entwicklung einer roboterbasierten Ultraschalluntersuchung mit automatischem Datenmanagement. Dabei wurden ein kollaborierender Roboter eingesetzt, um den Ultraschallsensor über das Bauteil zu führen und neue Wege hinsichtlich Auswertung sowie Datenmanagement beschritten. Die Untersuchung unterschiedlicher Parameter wie Prüfgeschwindigkeit, Rasterweite und die Fokussierung des Sensors, erlaubte die Ableitung von Standards, sowie die Gestaltung eines hocheffizienten zerstörungsfreien Prüfprozesses mittels Ultraschall-Analyse. Dadurch lassen sich die hohen Anforderungen aus der Luftfahrt erfüllen und Kosten durch automatische Inspektion und Bewertung deutlich reduzieren. Die innovativen Funktionsträger der Tape-Lege Anlage liefern darüber hinaus beste Voraussetzungen für die Integration in CFK-Luftfahrtstrukturen von morgen.

Carbon fiber reinforced plastics (CFRP) have become indispensable in aircraft construction due to their high design flexibility and exceptional mechanical properties. The material´s layered structure allows for the integration of local, load-path-optimized reinforcements and sensors into the laminate, thus accommodating local stresses or achieving a high degree of lightweight construction. Therefore, functional carriers in various configurations were developed at Fraunhofer IWU, manufactured using a tape laying system, and inserted and qualified between multiaxial carbon fiber semi-finished products. Due to the stringent requirements for positioning accuracy and alignment within the structure, a robot-based ultrasonic testing method with automated data management was developed. A collaborative robot was used to guide the ultrasonic sensor across the component, pioneering new approaches to data evaluation and management. Investigating various parameters such as test speed, grid spacing, and sensor focus enabled the derivation of standards and the design of a highly efficient, non-destructive testing process using ultrasonic analysis. This allows the stringent requirements of the aviation industry to be met and costs to be significantly reduced through automated inspection and evaluation. Furthermore, the innovative functional components of the tape laying system provide ideal conditions for integration into the CFRP aerospace structures of tomorrow.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2022, Dresden

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2022

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 8 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2022112515114056085161

10.25967/570267

Funktionsträger in CFK-Strukturen, Ultraschall, Carbonfasern, CFK, Faserverbundwerkstoffe, Funktionsintegration, Automatisierung, Verstärkungsstruktur, Patch-Integration, Tape-Lege Anlage, Automated Tape Laying

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Lehmann, F.; Kroll, S.; et al. (2022): Automatisierte Ultraschalluntersuchung von CFK-Strukturen mit integrierten Funktionsträgern. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.. (Text). https://doi.org/10.25967/570267. urn:nbn:de:101:1-2022112515114056085161.

25.11.2022