Development of process- and system-engineering fundamentals for a quality controlled and fully automated manufacturing of RTM-Aerospace-parts by a novel and adaptable injection-unit
Final Report Abstract
Zur Herstellung von Strukturbauteilen für die Luftfahrt ist das Resin Transfer Moulding (RTM)-Verfahren heute schon weit verbreitet. Es bietet ein hohes Automatisierungspotenzial und die Bauteile weisen sehr gute Laminatqualitäten und damit höchste mechanische Eigenschaften auf. Bevor die im RTM-Verfahren gefertigten Bauteile in Luftfahrzeugen verbaut werden dürfen, müssen sie einen zeit- und kostenintensiven Qualitätssicherungsprozess durchlaufen. Dabei müssen die gefertigten Strukturbauteile die hohen Anforderungen der Luftfahrtindustrie hinsichtlich Vernetzungsgrad, Porosität, Faservolumengehalt und scheinbarer interlaminarer Scherfestigkeit erfüllen. Um diesen Prozess zu verkürzen, werden heute schon Formwerkzeuge mit Sensorik ausgestattet um die Qualitätssicherungsmaßnahmen inline in den Fertigungsprozess zu verlagern. Wir haben einen innovativen Ansatz entwickelt, der diese Sensorik nun erstmals in die Injektionstechnik integriert. Dieser Ansatz vermeidet es, jedes einzelne Formwerkzeug mit der kostenintensiven Sensorik ausrüsten zu müssen. Gleichzeitig können die während des Injektionsprozess erfassten Messdaten zukünftig eine online Regelung des Prozesses ermöglichen. Die innovative adaptive Injektionseinheit injiziert das Harzsystem mittels Einwegkartuschen analog zu einer Kolbeninjektionsanlage. Mit einem Kniehebelmechanismus wird die Injektionseinheit druckfest an das Formwerkzeug angekoppelt. Zwischen Formwerkzeug und Injektorkolben ist eine Sensorbox mit Temperatur-, Druck- und dielektrischen Sensoren zur inline Messung der qualitäts- und prozessrelevanten Parameter implementiert. Die in der Sensorbox bestimmten Materialkennwerte können direkt mit den erzielten Materialeigenschaften im Formwerkzeug korreliert werden. Für die online Bestimmung der Viskosität des Harzsystems während der Injektion wurde einerseits ein Kapillar-Rheometer in die Sensorbox integriert und andererseits ein Modell erarbeitet, welches eine Bestimmung der Viskosität mittels eines dielektrischen Sensors ermöglicht. Im Rahmen der Verifizierung der Messprinzipien zeigte sich, dass insbesondere die Viskositätsmessung mittels des dielektrischen Sensors für den RTM-Prozess geeignet ist. Diese lässt zudem einen gültigen Rückschluss auf den Vernetzungsgrad des Bauteils zu. Durch diese Technologie können zeit- und kostenintensive Prüfungen im Anschluss an die Bauteilfertigung, wie die DMA-Prüfung, substituiert werden. Nach der erfolgreichen Implementierung der Injektionseinheit wurde die Eignung der Injektionseinheit zur Fertigung von RTM-Strukturbauteilen anhand der Herstellung von Prüfplatten sowie Seitenleitwerksbeschlägen nachgewiesen. Diese in die Anlagentechnik integrierte Methode zur inline Qualitätssicherung ermöglicht es, Kosten und Zeit für ansonsten nachgelagerte Qualitätssicherungsmaßnahmen einzusparen.
Publications
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Development of a Novel and Adaptable Injection Unit for an Automated and Quality Controlled Manufacturing of RTM parts for Aerospace Applications. Tagungsumdruck der International Conference of the Polymer Processing Society PPS32 Lyon, 25-29.07.2016
Hopmann, C.; Fecher, M.L.; Boettcher, A.; Fischer, K.; Winkelmann, L.
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Intelligente RTM-Injektionseinheit für endlosfaserverstärkte Luftfahrtanwendungen. 28. Internationales Kolloquium Kunststofftechnik, 24.-25. Februar 2016, Aachen – ISBN: 978-3-8440-4033-3
Hopmann, C.; Fecher, M.L.; Böttcher, A.; Fischer, K.
