• Lanza, Gisela
• Bretz, Lucas

Abstract

Die Verwendung von faserverstärkten Kunststoffen (FVK) nimmt weltweit stetig zu. Die Kombination von diskontinuierlichem Sheet Molding Compound (DiCo-SMC) und kontinuierlichem SMC (Co-SMC) in einer neuen, hybriden Materialklasse (CoDiCo-SMC) verspricht günstige Herstellungskosten bei gleichzeitig hoher lokaler Steifigkeit und Festigkeit zu erreichen. Allerdings gefährden auftretende Fertigungsabweichungen die Funktionserfüllung der gefertigten Bauteile. Die resultierende Forderung nach fehlerfreien FVK-Bauteilen gilt neben den hohen Preisen für Rohmaterialien als ein weiterer Kostentreiber.Mithilfe des Ansatzes einer bauteilindividuellen, funktionsorientierten In-line-Qualitätssicherung soll im Rahmen dieser Arbeit Abhilfe geschaffen werden. Für diese Art der Qualitätssicherung werden In-line-Messergebnisse in Funktionsmodelle integriert. Metamodelle der Funktionsmodelle beschleunigen die Funktionsbewertung und ermöglichen eine Funktionsaussage innerhalb der Zykluszeit in der Produktion.In der vorliegenden Arbeit wurde die bauteilindividuelle, funktionsorientierte In-line-Qualitäts-sicherung exemplarisch für die neue Werkstoffklasse CoDiCo-SMC umgesetzt. Zur Quantifizierung von drei relevanten Fertigungsabweichungen (lokale Glasfaseranteile, Pose des Co-SMC Patches, Delamination) wurden drei verschiedene Messtechniken eingesetzt.Die Terahertz-Spektroskopie wurde zum ersten Mal zur In-line-Messung lokaler Glasfaseranteile in DiCo-SMC eingesetzt. Die Puls-Phasen-Thermografie wurde zur Quantifizierung der Delamination und eine Industriekamera zur Messung der Pose des Co-SMC Patches genutzt. Für jede Messtechnik wurde die Messunsicherheit gemäß des „Guide to the expression of uncertainty in measurement“ (GUM) quantifiziert.Die Messergebnisse wurden in einem parametrierten Finite-Elemente-Modell (FE) weiterverarbeitet und zu einer Funktionsprädiktion aggregiert. Mit Hilfe der Messergebnisse und der modellierten Funktion konnten über diese Input-Output-Beziehungen Metamodelle trainiert werden.In dieser Arbeit wird die prädizierte Bauteilfunktion ebenfalls als Messergebnis verstanden. Daher wurden die Mess-unsicherheiten sowohl der FE-Modelle als auch der Metamodelle bestimmt.Der vorgeschlagene Ansatz wurde anhand von zwei exemplarischen Prüfkörpern validiert. Die Ergebnisse zeigen, dass insbesondere die Messung der lokalen Glasfaseranteile und der Pose des Co-SMC Patches Rückschlüsse auf die bauteilspezifische Steifigkeit zulassen. Allerdings muss aufgrund der ermittelten Messunsicherheiten derzeit noch auf eine industrielle Anwendung verzichtet werden. Die Nutzung bauteilspezifischer Funktionsinformationen nach der Fertigung ermöglicht es, gängige Sicherheitsfaktoren in der Dimensionierung von FVK-Bauteilen zu reduzieren.

Topics

• compound