Erforschung und Modellierung der Mehrspulen-Frequenzmultiplex-Wirbelstrommethodik für die präzise Tiefenbestimmung von Merkmalen in carbonfaserbasierten Strukturen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Chokri Cherif; Professor Dr.-Ing. Henning Heuer
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461706052

Die herausragenden mechanischen Eigenschaften von carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) werden dadurch erzielt, dass die Orientierung der lastaufnehmenden hochfesten und steifen Carbonfasern exakt auf die Art und Richtung der auf die Struktur wirkenden äußeren Lasten eingestellt wird. Wird auf diese Weise das Eigenschaftspotenzial der Fasern voll ausgenutzt, sind mit CFK tragende Strukturen realisierbar, die bei gleicher Lastaufnahme bis zu 70 % leichter sind als Stahl und bis zu 30 % leichter sind als Aluminium. Voraussetzung für die zur Gewichtsreduktion notwendige Ausnutzung des Eigenschaftspotenzials des Werkstoffs CFK ist die genaue Kenntnis der Faserorientierung im i. d. R. mehrschichtig aufgebauten Bauteil. Ohne diese Kenntnis können Fertigungsprozesse nicht systematisch und effizient gesteuert, Drapierprozesse und zugehörige Simulationen nicht überprüft und eine Bauteilauslegung nicht sicher durchgeführt werden.Daher liegt das Ziel des Projekts in der Erforschung und Modellierung der Wirbelstromausbreitung und -signale in der Wirbelstromprüfung von carbonfaserbasierten Materialien und darauf aufbauenden Rekonstruktionsalgorithmen für die präzise räumliche Tiefenauflösung. Dafür sind einerseits umfangreiche Modelle des elektromagnetischen Verhaltens von anisotropen carbonfaserbasierten Materialien sowie die Modellierung der Wirbelstromsensoren grundlegend wissenschaftlich zu erforschen. Die hierfür benötigten charakteristischen Materialkennwerte sind durch zuverlässige und reproduzierbare Messmethoden und zugehörige Auswertealgorithmen zu erfassen. Andererseits sind, um die Eindringtiefe und die Ausbreitung der Wirbelströme im Material gezielt zu beeinflussen, neuartige Sensorkonfigurationen mit mehreren Spulen verschiedener Anordnungen und Größen zu entwickeln und zu erproben, die gleichzeitig im neu zu entwickelnden Frequenzmultiplexverfahren betrieben werden können.Mit den erzielten Projektergebnissen lassen sich künftig beispielsweise Umformprozesse mit intelligenten Algorithmen gezielt steuern, so dass eine lastangepasste Anordnung der Verstärkungsfadensysteme erzielt werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen