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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Faserverbundbauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff in einem Faserverbund-Herstellungsprozess basierend auf einem oder mehreren Prozessparametern.
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Faserverbundwerkstoffe weisen in der Regel zwei wesentliche Hauptbestandteile auf, nämlich zum einen ein Fasermaterial und zum anderen ein Matrixmaterial. Das Matrixmaterial wird dabei in das Fasermaterial infundiert und bildet nach dem Konsolidieren zusammen mit den Fasern des Fasermaterials einen integralen Werkstoff, dessen lasttragende Eigenschaften insbesondere durch die Faserrichtung der Fasern bestimmt werden. Das Konsolidieren des Matrixmaterials, zumeist ein thermoplastischer oder duroplastischer Kunststoff bzw. ein Harz, erfolgt dabei durch Temperaturbeaufschlagung und gegebenenfalls auch Druckbeaufschlagung. Bei duroplastischen Kunststoffen wird dabei in der Regel ein Polymerisationsprozess des Matrixmaterials in Gang gesetzt, bei dem durch molekulare Vernetzung das Matrixmaterial seine entsprechende Festigkeit erreicht und so die Fasern des Fasermaterials in die vorliegende Struktur zwingt. Bei der Verwendung von thermoplastischen Kunststoffen ist es dabei denkbar, dass das in das Fasermaterial bereits infundierte und ausgehärtete thermoplastische Matrixmaterial durch die Temperaturbeaufschlagung elastisch formbar wird, wodurch es in seine vorgegebene Form gezwungen werden kann, wobei nach Beendigung des Temperprozesses dann der thermoplastische Kunststoff wieder sich verfestigt. Auch dies wird konsolidieren im Sinne der vorliegenden Erfindung genannt.
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Bei dem Fasermaterial kann es sich bspw. um Trockenfasern bzw. trockenes Fasermaterial handeln, bei dem das Matrixmaterial zu einem späteren Zeitpunkt mittels eines Infusionsprozesses in das Fasermaterial infundiert wird. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Fasermaterial meistens in einem Formwerkzeug und besitzt als Faserpreform zu diesem Zeitpunkt in der Regel die spätere Bauteilgeometrie. Bei dem Fasermaterial eines Faserverbundwerkstoffes kann es sich aber auch um sogenannte vorimprägnierte Fasern handeln, die auch als Prepregs bezeichnet werden, und bei denen das Matrixmaterial zu einem früheren Zeitpunkt in das Fasermaterial infundiert wurde. Diese Fasermaterialien können dabei nach dem Ablegen des Fasermaterials in einem Formwerkzeug direkt durch Temperaturbeaufschlagung konsolidiert werden, ohne dass es einem zusätzlichen Infusionsprozess bedarf, da das für die Herstellung des Faserverbundbauteils notwendige Matrixmaterial bereits in dem Fasermaterial vorhanden ist.
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Nicht selten werden Faserpreforms, insbesondere mehrlagige Faserpreforms, mit einem Bindermaterial versehen, um die einzelnen Faserlagen der Faserpreform bei thermischer Aktivierung des Bindermaterials zu fixieren. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird das thermische Aktivieren eines Bindermaterials ebenfalls als konsolidieren einer Faserpreform verstanden.
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Ein Faserverbund-Herstellungsprozess, bei dem ein trockenes Fasermaterial verwendet wird, lässt sich in mehrere Teilprozesse unterteilen, um ein Faserverbundbauteil aus dem Faserverbundwerkstoff herzustellen. Dabei wird zunächst ein trockenes Fasermaterial in ein Formwerkzeug eingebracht und die entsprechende Faserpreform hergestellt. Das Herstellen der Faserpreform kann dabei auch außerhalb des Formwerkzeuges erfolgen und durch eine Binderaktivierung kann die Faserpreform entsprechend vorkonsolidiert werden.
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Nach dem Einbringen bzw. Herstellen der Faserpreform in dem Formwerkzeug wird das Formwerkzeug bspw. durch eine Vakuumabdeckung (Vakuumfolie, Vakuumhaube) luftdicht verschlossen und das Fasermaterial evakuiert. Anschließend wird in das evakuierte Fasermaterial das Matrixmaterial infundiert, bis das Fasermaterial vollständig getränkt ist.
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Nun erfolgt der wesentliche Prozessschritt, nämlich das Tempern der mit Matrixmaterial infundierten Faserpreform durch Temperieren der Faserpreform, wobei dies bspw. durch einen Autoklaven oder Ofen geschehen kann. Hierzu wird die Faserpreform, insbesondere bei großen Bauteilen in einen Autoklaven eingefahren. Nach dem Konsolidieren der Faserpreform erfolgt dann das Entformen des hergestellten Faserverbundbauteils und gegebenenfalls entsprechende Nachbearbeitung.
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Denkbar ist aber auch, dass eine Faserpreform in ein mehrteiliges, geschlossenes Formwerkzeug eingebracht bzw. in einem solchen Formwerkzeug hergestellt wird, wobei die Preform dann in einer Kavität des mehrteiligen, geschlossenen Formwerkzeuges verbleibt und das Matrixmaterial unter Druck injiziert wird, während sich das Werkzeug meist in einer beheizten Presse befindet. Auch in einem solchen Verfahren kann aus einem trockenen Fasermaterial ein Faserverbundbauteil hergestellt werden.
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Werden Prepregs verwendet, d.h. bereits vorimprägnierte Fasermaterialien, so entfällt in der Regel der Prozessschritt des Infundierens.
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Jeder Teilprozess des Faserverbund-Herstellungsprozesses hat dabei seine eigenen vorgegebenen und einzuhaltenden Prozessparameter. Gerade bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen für Luftfahrtanwendungen gelten dabei strenge Richtlinien bzgl. des Einhaltens dieser Prozessparameter, wobei ein nicht unwesentlicher Bestandteil darin besteht, die Prozessparameter zu dokumentieren. Oftmals werden dabei Prozesse nicht aufgrund ihrer Effizienz ausgewählt, sondern wegen der Dokumentierbarkeit der Prozessparameter.
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Bei zunehmender Automatisierung des Faserverbund-Herstellungsprozesses wird es jedoch notwendig, die vorgegebenen Prozessparameter zu überwachen und entsprechend an die vorliegenden Bedingungen anzupassen. Bei einer manuellen Durchführung von Teilprozessen gibt es dabei immer die Möglichkeit der direkten Fehlerkorrektur durch das menschliche Auge und die zu Hilfenahme geeigneter Werkzeuge, um Abweichungen entsprechend kompensieren zu können. In einem automatisierten Prozess ist dies jedoch nur sehr eingeschränkt möglich, sodass sichergestellt werden muss, dass gleich beim ersten Versuch die erforderlichen Mechanismen richtig einwirken.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils durch einen Faserverbund-Herstellungsprozess anzugeben, bei dem insbesondere in teilautomatisierten Prozessen die für die Automation vorgegebenen Prozessparameter an die vorgegebenen Bedingungen richtig angepasst werden können.
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Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 erfindungsgemäß gelöst.
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Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Faserverbundbauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff in einem Faserverbund-Herstellungsprozess basierend auf einem oder mehreren Prozessparametern vorgeschlagen, wobei der Faserverbund-Herstellungsprozess mehrere Prozesse hat, von denen jeder teilweise oder vollständig automatisierbar ist bzw. sein kann.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein Kalibrierbauteil bereitgestellt wird, das wenigstens einen Sensor zum Erfassen wenigstens einer prozessbezogenen Einflussgröße des Faserverbund-Herstellungsprozesses hat.
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Der oder die Sensoren des Kalibrierbauteils können dabei sowohl passive als auch aktive Sensoren sein, wobei bei aktiven Sensoren in der Regel kontinuierlich ein Sensorsignal geliefert wird, während bei passiven Sensoren meist ein vorgegebener Parameterwert des Prozessparameters erfasst und gespeichert wird (bspw. durch Veränderung von Materialeigenschaften).
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Anschließend wird zumindest ein Teil des Faserverbund-Herstellungsprozesses unter Verwendung des Kalibrierbauteils als dem Faserverbund-Herstellungsprozess zugrunde liegendes Bauteil basierend auf dem oder den vorgegebenen Prozessparametern durchgeführt, wobei während der Durchführung des zumindest einen Teils des Faserverbund-Herstellungsprozesses die wenigstens eine prozessbezogene Einflussgröße durch den wenigstens einen Sensor des Kalibrierbauteils erfasst wird.
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Das Kalibrierbauteil ist dabei gerade kein Bauteil, das nach Durchführung des Faserverbund-Herstellungsprozesses als ein herzustellendes Faserverbundbauteil verwendet wird. Vielmehr handelt es sich bei dem Kalibrierbauteil um eine Art Dummy, mit dem der Herstellungsprozess einmal durchlaufen und die gewünschten Prozessparameter dabei erfasst werden. Zur Abgrenzung, bei dem Kalibrierbauteil handelt es sich gerade nicht um ein herzustellendes Faserverbundbauteil, das entsprechende Sensoren aufweist, die zum späteren Zeitpunkt in dem hergestellten Faserverbundbauteil verbleiben und das seiner endgültigen Verwendung dann zugeführt wird. Bei dem Kalibrierbauteil handelt es sich um ein Bauteil, das nicht für die nachgeschaltete Verwendung der herzustellenden Faserverbundbauteile gedacht ist, mithin also kein Endprodukt ist.
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Anschließend werden einer oder mehrere Prozessparameter des Faserverbund-Herstellungsprozesses zum Herstellen nachfolgender Faserverbundbauteile in Abhängigkeit von der mindestens einen erfassten prozessbezogenen Einflussgröße angepasst, um so den Faserverbund-Herstellungsprozess bzgl. der einzuhaltenden Prozessparameter einzustellen. Das Anpassen der Prozessparameter kann bspw. dadurch geschehen, dass die ermittelten Werte der erfassten Einflussgröße während des Faserverbund-Herstellungsprozesses mit den vorgegebenen Prozessparametern verglichen werden und in Abhängigkeit des Vergleiches dann eine entsprechende Anpassung der Prozessparameter erfolgt.
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So ist es bspw. denkbar, dass das Kalibrierbauteil einen oder mehrere Thermosensoren und einen oder mehrere Drucksensoren aufweist, um während des Temperprozesses des Faserverbund-Herstellungsprozesses, bei dem das Faserverbundbauteil temperiert und mit Druck beaufschlagt wird, diese innerhalb des Bauteils, d.h. bauteilnah, zu erfassen. Anschließend wird überprüft, ob das Kalibrierbauteil die vorgegebenen Temperaturen über das gesamte Bauteil hinweg erreicht und ob eine gleichmäßige Druckverteilung vorlag. Wird dabei festgestellt, dass an einigen Stellen des Kalibrierbauteils die Temperatur den notwendigen Schwellenwert bspw. nicht überschritten hat, so muss hier der Prozessparameter bzgl. der Temperaturkurve und Temperatureinstellung angepasst werden, sodass das Bauteil hinsichtlich seiner Temperierung den vorgegebenen Randbedingungen entspricht.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird es somit möglich, die Prozessparameter eines Faserverbund-Herstellungsprozesses zu überwachen, zu dokumentieren und anzupassen, sodass der Herstellungsprozess teilweise oder vollständig hinsichtlich seiner Prozessparameter kalibriert werden kann. Hierdurch können die strengen Richtlinien bzgl. der Einhaltung der Prozessparameter erreicht werden und der Faserverbund-Herstellungsprozess insgesamt sicherer gestaltet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Teilprozess ein Infusionsprozess, bei dem ein Matrix- oder Harzsystem in das Kalibrierbauteil injiziert wird, und/oder ein Temperprozess, bei dem das Kalibrierbauteil temperiert und gegebenenfalls mit Druck beaufschlagt wird. Soll bspw. der Infusionsprozess als Teil des gesamten Faserverbund-Herstellungsprozesses kalibriert werden, so bietet es sich an, ein Fasermaterial als Kalibrierbauteil zu verwenden, das entsprechende Sensoren zum Erfassen von Einflussgrößen dieses Infusionsprozesses hat. Solche Sensoren können bspw. Sensoren sein, die die vollständige Tränkung des Fasermaterials anzeigen. Ein derartiges Kalibrierbauteil ist dabei kein herzustellendes Faserverbundbauteil, das seiner späteren Verwendung zugeführt wird, sondern als reines Einmalbauteil anzusehen.
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Handelt es sich beim dem Teilprozess um den Temperprozess, so kann das Kalibrierbauteil bspw. Thermosensoren und Drucksensoren aufweisen, um so die Temperaturverteilung und Druckverteilung innerhalb des Bauteils während des Temperprozesses kontinuierlich zu erfassen und zu dokumentieren.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist es denkbar, dass ein Preformingprozess ganz oder teilweise durchgeführt wird, indem aus flächigen Faserhalbzeugen ein Kalibrierbauteil umgeformt, drapiert, positioniert, gestapelt und/oder unter Einfluss von Druck und/oder Temperatur konsolidiert wird. Das Preforming umfasst in der Regel das Drapieren einzelner oder mehrerer flächiger Faserhalbzeuglagen in die vorgegebene und gewünschte Bauteilgeometrie, das Stapeln der umgeformten Lagen und das Konsolidieren der gestapelten Lagen, wobei es sich in der Regel um trockene, vorbebinderte Faserhalbzeuge handelt. Das Konsolidieren kann ähnlich wie bei Prepreg-Verfahren unter einer Vakuumhaube, Vakuumfolie oder Membran geschehen und unter Einbringung von Temperatur und Druck im Ofen oder durch Infrarotfelder erfolgen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein Kalibierbauteil bereitgestellt, das dem herzustellenden Faserverbundbauteil hinsichtlich der Form, Gestalt und/oder dem Materialverhalten im Wesentlichen entspricht, um mit dem Kalibrierbauteil den zumindest einen Teil des Faserverbund-Herstellungsprozesses möglichst realistisch nachzubilden.
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Es hat Vorteile, wenn das Kalibrierbauteil nicht aus einem Faserverbundwerkstoff besteht oder ein solches aufweist. Es ist aber auch denkbar, dass Sensoren in ein Kalibrierbauteil, das aus einem Faserverbundmaterial besteht oder ein solches aufweist, eingebettet werden, wodurch die ähnlichen Eigenschaften zu dem herzustellenden Faserverbundbauteil realisiert werden können.
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Wie erwähnt, wird das Kalibrierbauteil nach der Durchführung des zumindest einen Teils des Faserverbund-Herstellungsverfahrens nicht als Endprodukt eines herzustellenden Faserverbundbauteils verwendet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird ein Kalibrierbauteil bereitgestellt, das als Sensoren insbesondere einen oder mehrere Thermosensoren, einen oder mehrere FBG-Sensoren, einen oder mehrere Piezo-Sensoren, einen oder mehrere Dehnungsmessstreifen, einen oder mehrere elektrischen und/oder einen oder mehrere dielektrische Sensoren hat.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das bereitgestellte Kalibrierbauteil eine Mehrzahl von Fasermateriallagen eines Fasermaterials des Faserverbundwerkstoffes aufweisen, wobei zwischen den Fasermateriallagen ein oder mehrere Sensoren vorgesehen sind.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird ein Kalibrierbauteil bereitgestellt, dessen wenigstens einer Sensor zum kontinuierlichen Erfassen der wenigstens einen prozessbezogenen Einflussgröße während der Durchführung des zumindest einen Teils des Faserverbund-Herstellungsverfahrens ausgebildet ist. Während der Durchführung des zumindest einen Teils des Faserverbund-Herstellungsverfahrens unter Verwendung dieses so bereitgestellten Kalibrierbauteils werden kontinuierlich Werte der wenigstens einen erfassten prozessbezogenen Einflussgröße detektiert und anschließend einer oder mehrere Prozessparameter des Faserverbund-Herstellungsprozesses in Abhängigkeit von den kontinuierlich ermittelten Werten angepasst.
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Dabei ist es denkbar, dass die detektierten Werte der erfassten Einflussgröße in einem Datenspeicher digital abgelegt werden, der Bestandteil des bereitgestellten Kalibrierbauteils ist. Nach Durchführung des zumindest einen Teils des Faserverbund-Herstellungsverfahrens wird das Kalibrierbauteil aus dem Prozess genommen und dann eine Verbindung zu dem Datenspeicher hergestellt, um so die erfassten Werte der Einflussgröße auslesen zu können. Dabei ist denkbar, dass der Datenspeicher aus dem Kalibrierbauteil entnommen und an eine Datenverarbeitungsanlage angeschlossen wird. Denkbar ist aber auch, dass das Kalibrierbauteil eine Schnittstelle aufweist, über die das Kalibrierbauteil an eine Datenverarbeitungsanlage anschließbar ist.
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In einer alternativen Ausführungsform hierzu ist es allerdings auch denkbar, dass das Kalibrierbauteil eine drahtgebundene oder drahtlose Übertragungseinrichtung aufweist, wobei während der Durchführung des zumindest einen Teils des Faserverbund-Herstellungsverfahrens unter Verwendung des Kalibrierbauteils die kontinuierlich detektierten Werte der wenigstens einen erfassten prozessbezogenen Einflussgröße an einen außerhalb des Kalibrierbauteils befindlichen Datenspeicher übertragen und digital hinterlegt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das bereitgestellte Kalibrierbauteil einen Sensor auf, der aus einem form- und/oder zustandsverändernden Material gebildet ist, das in Abhängigkeit von den Prozessparametern, wie bspw. Temperatur, Infiltrationszustand und/oder Druck, während der Durchführung des wenigstens einen Teils des Faserverbund-Herstellungsverfahrens seine Form und/oder seinen Zustand verändert, wobei in Abhängigkeit von der Form- und/oder Zustandsveränderung des Materials die prozessbezogene Einflussgröße erfasst wird. Vorteilhafterweise ist dabei das Material dergestalt, dass die Form- und/oder Zustandsveränderung irreversibel ist.
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Lautet bspw. die Richtlinie, dass der Prozessparameter Temperatur 150°C +/– 5 °C über das gesamte Bauteil hinweg sein muss, so ist es denkbar, dass der Sensor des Kalibrierbauteils eine Komponente zur Temperaturkalibrierung aus einem synthetischen oder metallischen Mischgewebe enthält, das zwei zu unterscheidende Fasertypen aufweist, von denen eine einen Schmelzpunkt von 145°C aufweist und die andere von 155°C. Ist nach dem Prozess die eine Faser aufgeschmolzen, die andere aber nicht, so wurde der geforderte Temperaturbereich eingehalten.
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Denkbar ist auch, dass eine Alginat-Formmasse, wie sie bspw. aus der Zahnmedizin bekannt ist, genutzt wird, die in der Regel eine viskoelastische Eigenschaft aufweist. Dabei wird die Verformung unter Druck und Temperatur gespeichert, sodass durch eine Dickenmessung einer definierten Schicht vor und nach dem Prozess Rückschlüsse auf die Druckverteilung, die auf das Kalibrierbauteil einwirkt, geschlossen werden kann.
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Nachdem der zumindest eine Teil des Faserverbund-Herstellungsprozesses unter Verwendung des Kalibrierbauteils durchgeführt, die prozessbezogenen Einflussgrößen erfasst und die Prozessparameter des Faserverbund-Herstellungsprozesses basierend hierauf angepasst wurden, wird ein oder mehrere Faserverbundbauteile mit dem Faserverbund-Herstellungsprozess basierend auf den angepassten Prozessparametern hergestellt.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 Darstellung des Verfahrensablaufes;
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2 schematische Darstellung des Kalibrierprozesses.
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1 zeigt als Blockdiagramm den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Faserverbundbauteils. Im Ausführungsbeispiel der 1 soll dabei ein Faserverbundbauteil in Serie hergestellt werden, wobei hierfür der zum Teil automatisiert ablaufende Faserverbund-Herstellungsprozess hinsichtlich seiner Prozessparameter kalibriert werden muss.
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Hierfür ist das Gesamtverfahren in einen Kalibrierprozess 10 und in einen Herstellungsprozess 20 unterteilt. Bei dem Kalibrierprozess 10 wird dabei mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens der eigentliche Herstellungsprozess 20 hinsichtlich seiner Prozessparameter wie bspw. Temperatur, Druck und/oder Injektionseigenschaften kalibriert, wobei die durch den Kalibrierprozess 10 angepassten Parameter des Faserverbund-Herstellungsprozesses dann in den eigentlichen Serien-Herstellungsprozess 20 einfließen, sodass das in Serie herzustellende Faserverbundbauteil unter Verwendung der angepassten Parameter, die aus dem Kalibrierprozess 10 stammen, hergestellt wird.
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Im Kalibrierprozess 10 wird zunächst ein Kalibrierbauteil im Prozessschritt 100 bereitgestellt. Dieses Kalibrierbauteil weist einen oder mehrere Sensoren zum Erfassen von prozessbezogenen Einflussgrößen des Faserverbund-Herstellungsprozesses auf. Derartige Einflussgrößen können bspw. die Bauteiltemperatur, der auf das Bauteil wirkende Druck und/oder eine Injektionseigenschaft sein. Unter einer Injektionseigenschaft bzw. Infusionseigenschaft wird dabei insbesondere verstanden, ob das Bauteil bspw. vollständig mit Matrixmaterial getränkt wurde oder ob das Bauteil an jeder Stelle hinreichend getränkt wurde.
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Derartige Sensoren können dabei sowohl aktive als auch passive Sensoren sein, wie später noch beschrieben wird.
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Anschließend wird im Schritt 110 zumindest ein Teil des Faserverbund-Herstellungsprozesses unter Verwendung des Kalibrierbauteils als dem Faserverbund-Herstellungsprozess zugrunde liegenden Bauteil basierend auf den vorgegebenen Prozessparametern durchgeführt, sodass dieser Teilprozess des Faserverbund-Herstellungsprozesses zunächst mit dem Kalibrierbauteil als eine Art Dummybauteil durchgeführt wird. Während der Durchführung dieses Teils des Faserverbund-Herstellungsprozesses wird dabei die von dem Sensor detektierbare Einflussgröße erfasst und die Werte entsprechend abgespeichert bzw. in einem digitalen Datenspeicher hinterlegt. Bei der Verwendung von passiven Sensoren kann dies bspw. durch Materialien geschehen, die ein Farb- und/oder Formgedächtnis aufweisen und bspw. die Überschreitung eines bestimmten Schwellenwertes insbesondere irreversibel abspeichern.
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Nach der Durchführung des Teils des Faserverbund-Herstellungsprozesses mit dem Kalibrierbauteil und der Erfassung der Einflussgrößen werden dann die dem Faserverbund-Herstellungsprozess zugrunde liegenden Prozessparameter in Abhängigkeit von den erfassten Einflussgrößen des Kalibrierprozesses angepasst, sodass durch Anpassung der Prozessparameter der Faserverbund-Herstellungsprozess kalibriert wird. Am Ende des Kalibrierprozesses 10 steht somit im Prozessschritt 120 ein kalibrierter Faserverbund-Herstellungsprozess für die Serienfertigung zur Verfügung.
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Die Serienfertigung des Herstellungsprozesses 20 erfolgt dann im Schritt 200 durch wiederholtes Herstellen eines Faserverbundbauteils unter Anwendung des kalibrierten Faserverbund-Herstellungsprozesses.
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2 zeigt schematisch die Durchführung des Faserverbund-Herstellungsprozesses während des Kalibrierprozesses. Auf einem Formwerkzeug 300 wurde dabei ein Kalibrierbauteil 310 aufgelegt und mit einer Vakuumabdeckung 320 verschlossen. Das Kalibrierbauteil 310 steht dabei mit einer Speicher- und Auswerteeinheit 330 kommunikativ in Verbindung, sodass die detektierten Werte der erfassten Einflussgröße abgespeichert und gegebenenfalls automatisiert ausgewertet werden können.
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Die kommunikative Verbindung kann dabei entweder drahtlos oder drahtgebunden erfolgen.
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Beispiel eines temperatursensitiven Kalibrierbauteils
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Lautet die zu betrachtende Anforderung bspw. 150°C +/– 5°C über das gesamte Bauteil, so wird ein Kalibrierbauteil bereitgestellt, das ein Material zur Temperaturkalibrierung enthält. Ein solches Material kann bspw. ein synthetisches oder metallisches Mischgewebe sein, das aus zwei unterschiedlichen Fasertypen besteht, die bspw. auch eine unterschiedliche Färbung aufweisen, von denen eine einen Schmelzpunkt von 145°C aufweist und die andere von 155°C. Ist nach dem Prozess die eine Faser aufgeschmolzen, die andere aber nicht, so wurde der geforderte Temperaturbereich eingehalten. Dabei können Proben aus Indium und Zink verwendet werden. Alternativ könnten auch Flüssigkristallelemente verwendet werden, die sich ab dem Überschreiten einer bestimmten Temperatur irreversibel verfärben.
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Beispiel eines drucksensitiven Kalibrierbauteils
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Ähnlich einer Alginat-Formmasse aus der Zahnmedizin kann ein Werkstoff mit geeigneten viskoelastischen Eigenschaften genutzt werden, um die Verformung unter Druck (und Temperatur) zu speichern. Durch Dickenmessung einer definierten Schicht vor und nach dem Prozess können Rückschlüsse auf die Druckverteilung gezogen werden. Weitere Drucksensoren an Stellen verschiedener Dicke können weiter eine Korrelation zwischen Schichtdicke und Absolutdruck herstellen. Varianten dazu wäre eine Art Luftpolsterfolie, deren Zellen unter definierten Bedingungen platzen oder eine dünne Folie, die bei zu starker Verformung oder zu hohem Luftstrom von Sauggreifern zerstört wird.
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Beispiel eines injektions-mischungsgradsensitiven Kalibrierbauteils
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Die Dokumentation des Mischungsverhältnisses zweier Komponenten eines reaktiven Harzsystems, die während der Injektion vermischt werden, können mit Farb- oder Fluoreszenzstoffen versehen und in einer Preform aus transparentem Faserhalbzeug (z.B. Glasfaser) injiziert und die Mischungsgüte anschließend optisch überprüft werden. Eine Variante hierzu ist eine spezielle Kunstfaser oder anders geartete Komponenten, die sich erst aber einer bestimmten Konzentration in einer der injizierten Komponenten chemisch und physikalisch verändern, sich z.B. auflösen.
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Beispiel eines kraftsensitiven Kalibrierbauteils
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Ist der zeitliche Ablauf von Krafteinwirkung oder der kontinuierliche Kontakt von Bedeutung, etwa bei einem Drapiervorgang, bei dem das textile Halbzeug zunächst geklemmt und dann verformt werden muss, ist der Einsatz z.B. von Dehnungsmessstreifen denkbar, sofern eine kontinuierliche Kontaktierung gewährleistet werden kann. Die kontinuierliche Messung eines elektrischen Stroms ist z.B. sinnvoll, wenn eine Bewegung konturfolgend durchgeführt werden soll, wie etwa bei einer Preformfeinbesäumung. Ähnlich eines Geschicklichkeitsspiels, bei dem eine Öse händisch über eine elektrisch verbundene, gewundene Stange geführt werden muss und ein Signal bei Berührung entsteht, kann eine robotisch geführte Schneidklinge an der Konturschablone oder in einer definierten Nut entlanglaufen und der kontinuierliche Kontakt oder Nicht-Kontakt elektronisch erfasst werden. Darüber hinaus lassen sich Aussagen über die Bahngenauigkeit von Robotern im Realfall treffen bzw. erweitern.
