Bauteilintegrierte Überwachung variothermer Faserverbundfertigungsprozesse mittels minimalinvasiver Foliensensoren auf löslichem Substrat

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Um Zeit, Energie und Kosten bei der Fertigung von Faserverbundkunststoffen zu sparen, sind umfassende Informationen über die Fertigungsprozesse erforderlich. Eine Möglichkeit, diese Informationen zu gewinnen, ist die Integration von Foliensensoren in die Bauteile. Diese Sensoren bestehen aus thermoplastischen Folien mit strukturierten metallischen Elektroden und bieten sowohl Vor- als auch Nachteile. Sie sind flexibler einsetzbar als werkzeugintegrierte Sensoren und ermöglichen eine präzisere räumliche Auflösung der Aushärtevorgänge. Allerdings werden sie Teil des Produkts, weshalb sie kostengünstig und einfach in der Herstellung sein sollten, ohne die Lasttragfähigkeit zu beeinträchtigen. Mechanisch gesehen besteht ein Delaminationsrisiko, das stark vom gewählten thermoplastischen Substratmaterial abhängt. Während Polyimid ein hohes Risiko birgt, ist Polyetherimid weniger schädlich oder kann sogar die Festigkeit verbessern. Auch die metallischen Strukturen der Sensoren beeinflussen die Belastbarkeit; ein geringer Metallisierungsgrad ist wünschenswert. Interdigitalelektroden sind das gängigste Design zur Aushärteüberwachung, wobei die Impedanz von der Umgebung beeinflusst wird. In variothermen Prozessen ist es wichtig, Temperatur- und Aushärtegrad zu trennen, weshalb zusätzliche Temperatursensoren notwendig sind. Die Sensordaten können zudem zur Bestimmung des Faservolumengehalts oder zur Erkennung von Harzfehlanmischungen gen