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Fertigungstechnik: Integrierte Sensoren erhöhen Prozesssicherheit

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Autor: Jonas Völker

Fertigungstechnik: Integrierte Sensoren erhöhen Prozesssicherheit

Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF hat zusammen mit dem Projektpartner MT Aerospace AG bislang versteckte Prozessabschnitte sichtbar und digital kontrollierbar gemacht, was die Prozesssicherheit erhöht. Diese neue, effiziente Fertigungstechnologie unterstützt die zuverlässige und schnelle Entwicklung von Luft- und Raumfahrtprodukten.
Sensorik für Vakuuminfusionsverfahren
Mit CFK-Boostergehäusen fertigt die MT Aerospace AG 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 mit dem Industriepartner Glasfasersensoren bereits beim Wickeln in das Bauteil ein, die dann in diesem wichtigen Fertigungsschritt die Harzverteilung kontrollieren.
Digitaler Zwilling
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. Für die Prozessüberwachung der digitalen Durchflussfronterkennung 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.
Digitale Kontrollierbarkeit
Die neue Fertigungstechnologie macht bislang versteckte Prozesse sicht- und digital kontrollierbar, was die Prozesssicherheit erhöht. Der Informationsgewinn durch die Automatisierung des Harzflusses 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 Unternehmens steigert.
Fließfrontprozess monitoren und Fertigungskosten senken 
Darüber hinaus kann die neue Technologie eine künftig automatisierte Steuerung des Fertigungsprozesses im Sinne von Industrie 4.0 ermöglichen, und dank integrierter Sensoren lässt sich eine Strukturüberwachung (Structural Health Monitoring – SHM) bereits ab der frühesten Phase des Lebenszyklus realisieren.

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