Simulation, Uberwachung und Steuerung des Ausharteprozesses von CFK-Bauteilen im weltweit grossten Forschungsautoklaven

摘要

Umwelt-, Ressourcen- und Energiemanagement sind vor dem Hintergrund des Klima- und Umweltschutzes die zentralen Themen des 21. Jahrhunderts. Angesichts der heutigen Technologien und Konzepte konnen nicht alle diese immensen Herausforderungen bewaltigt werden. Die Forschung zielt aus diesem Grund auf die Entwicklung ressourcen- und energieeffizienter Produkte durch den Einsatz von hochproduktiven, wirtschaftlichen und optimierten Prozessen ab. Energie- und Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen fur die Flugzeuge der nachsten Generation zeigen die Notwendigkeit immer hochwertigerer und effektiverer Werkstoffe, welche die bislang kommerziell verfugbaren deutlich ubertreffen und technische Ziele in den Bereich des Machbaren rucken lassen. Die kohlenstofffaserverstarkten Kunststoffe (CFK) weisen hierbei ein enormes Potential auf und verzeichnen in der Luftfahrtindustrie ein standiges Wachstum. Im Vergleich zu konventionellen Werkstoffen aus Metall ermoglichen sie, das Strukturgewicht signifikant zu senken. Am Forschungszentrum CFK Nord erforscht das Deutsche Zentrum fur Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) die Fertigung komplexer Grossbauteile in CFK-Bauweise mit dem Ziel einer geschlossenen und qualitatsgesicherten Prozesskette, die sich durch die prozessbegleitende Verfugbarkeit aller relevanten Parameter charakterisiert. Das neuartige Konzept einer dynamischen Autoklaviersteuerung zur Optimierung des Aushartungsprozesses im weltweit grossten Forschungsautoklaven zeichnet sich durch innovative Sensornetzwerke, numerische Simulationen und eine zentrale Datenbank aus. Mithilfe der erhobenen und anschliessend analysierten Daten werden in einem ubergeordneten Rechnersystem Kennzahlen generiert, mittels derer zu jedem Zeitpunkt der Fertigung eine Aussage iiber die Qualitat und die Verwendbarkeit des Bauteils getroffen werden kann. Der Informationsfluss zum Autoklavierprozess wird konsequent mit qualitatsrelevanten Parametern aktualisiert, womit Fertigungszeiten und Kosten bei der Fertigung von Bauteilen aus CFK deutlich reduziert werden.