Zerstörungsfreie Charakterisierung flacher Carbonfaser-Halbzeuge zur Prozessanalyse und Qualitätsbewertung

Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) bieten hohes Leichtbaupotential für Automobile zu vergleichsweise hohen Material- und Herstellungskosten. In der betrachteten Prozesskette zur Fertigung von schalenförmigen CFK-Bauteilen in hohen Stückzahlen ist die Reduzierung der qualitätsbezogenen Kosten anzustreben. Die Fertigung flacher Carbonfaser-Halbzeuge, sogenannter Stacks, ist der erste Prozessschritt im Betrachtungsumfang der vorliegenden Arbeit. Die Stacks werden zu Binderpreforms und schließlich zu Karosseriebauteilen im Hochdruck Resin Transfer Moulding (HD-RTM) Verfahren weiterverarbeitet.
Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und prototypische Umsetzung eines Prüfkonzepts zur zerstörungsfreien Charakterisierung der Stacks. Hierdurch soll die automatisierte Qualitätsprüfung nach der Stackfertigung für ca. 9.000 Stacks pro Tag ermöglicht werden. Die Erarbeitung und Umsetzung des Prüfkonzepts basiert auf einem Reifegradmodell und ergänzend angewendeten Methoden. Im Prüfkonzept werden das Laser-Lichtschnittverfahren, das bildgebende Wirbelstromverfahren sowie eine vorhandene Zeilenkamera in Kombination mit dem Vakuumieren der Lagenaufbauten unter einer transparenten Folie für die Prüfaufgaben ausgewählt und bewertet.
Mit der realisierten Prototypen-Prüfzelle werden Stacks zerstörungsfrei charakterisiert und Versuche in der Prozesskette durchgeführt. Hierdurch können die Einflussgrenzen von Stack-Dickstellen im Binderpreforming und HD-RTM-Prozess ermittelt werden. Anhand einer Messsystemanalyse und Untersuchungen zur Klassifikationsleistung werden die Unsicherheiten des Verfahrens ermittelt. Die Ergebnisse der Entwicklung und Validierung sind Eingangsgrößen des Modells zur wirtschaftlichen Bewertung für drei Integrationsszenarien in die Stackfertigung.