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2020 | Book

Laserbasierte Klebflächenvorbereitung für CFK Strukturbauteile

Author: Philipp Thumann

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

Book Series : Light Engineering für die Praxis

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About this book

Die Reparatur von CFK Strukturbauteilen stellt eine der wesentlichen Herausforderungen für die Instandhaltung moderner Verkehrsflugzeuge dar. In der vorliegenden Arbeit wird dafür ein Prozess zur laserbasierten Klebflächenvorbereitung für eine adhäsiv ausgeführte Reparatur entwickelt. Dabei werden neue methodische Ansätze für die Beschreibung und Steuerung von Laserprozessen hergeleitet, welche eine thermische Prozesssteuerung und damit eine Homogenisierung der Prozesstemperatur für beliebige Geometrien ermöglichen.

Table of Contents

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung
Zusammenfassung
Der Einsatz kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe (CFK) nimmt aufgrund der herausragenden Eigenschaften des Werkstoffs und des anhaltenden Trends zum Leichtbau stetig zu. So ist der Markt für CFK zwischen 2010 und 2017 um jährlich 12,8% auf ein Volumen von 114 kt bei einem Umsatz von 14,73 Mrd. US$ [1] gewachsen. Besonders in der Luftfahrt hat die Verwendung des Werkstoffes ein vollständig industrialisiertes Niveau erreicht.
Philipp Thumann
Kapitel 2. Grundlagen
Zusammenfassung
Im folgenden Kapitel werden in kurzer Form die wichtigsten Grundlagen zum Verständnis dieser Arbeit erläutert. Dabei erfolgt zunächst eine Darstellung zentraler Eigenschaften kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe als das im Rahmen der Arbeit eingesetzten Materials. Anschließend erfolgt eine Betrachtung ausgewählter Aspekte der Klebtechnik, bevor im letzten Teil die rechtlichen Grundlagen struktureller Klebreparaturen in der Luftfahrt sowie einzelne Bereiche des Reparaturkontextes zum Verständnis der Zielstellung der Arbeit behandelt werden.
Philipp Thumann
Kapitel 3. Stand von Wissenschaft und Technik
Zusammenfassung
Im folgenden Kapitel wird der für die vorliegende Arbeit relevante Stand von Wissenschaft und Technik als Grundlage der durchgeführten Arbeiten dargestellt. Dabei werden verschiedene bisher untersuchte Ansätze zur Klebflächenvorbereitung bei der Reparatur von CFK diskutiert. Zunächst erfolgt dabei eine Darstellung nicht-laserbasierter Ansätze und anschließend eine vertiefte Betrachtung laserbasierter Verfahren zur Klebflächenvorbereitung.
Philipp Thumann
Kapitel 4. Forschungsbedarf und Entwicklungsstrategie
Zusammenfassung
Im folgenden Kapitel werden zunächst aus dem Stand der Technik Forschungsbedarfe in mehreren Handlungsfeldern abgeleitet. Aus diesen Forschungsbedarfen wird die Zielstellung der vorliegenden Arbeit hergeleitet und die zur Erreichung des Ziels notwendige Strategie - bestehend aus Methodik und technologischer Umsetzung - entwickelt.
Philipp Thumann
Kapitel 5. Empirische Prozessentwicklung
Zusammenfassung
Im folgenden Kapitel wird der erste wesentliche Entwicklungsstrang der Prozessentwicklung, wie in Abschnitt 4.3.1 beschrieben, dargestellt. Die empirische Prozessentwicklung verfolgt das Ziel, durch systematische Versuche den Zusammenhang zwischen Prozessparametern und Prozessergebnis zu bestimmen.
Philipp Thumann
Kapitel 6. Thermische Simulation des Aktivierungsprozesses
Zusammenfassung
Das folgende Kapitel befasst sich mit der Modellierung und Simulation des Aktivierungsprozesses. Dies entspricht dem in Abschnitt 4.3.1 dargestellten zweiten Schritt des Vorgehens zur Prozessentwicklung im Rahmen dieser Arbeit und dient zur Übertragung der Ergebnisse aus der empirischen Prozessentwicklung auf komplexere Geometrien.
Philipp Thumann
Kapitel 7. Übertragung des Aktivierungsprozesses in die industrielle Anwendung
Zusammenfassung
In den vorangegangenen Kapiteln konnte die Eignung der laserbasierten Klebflächenvorbereitung für die Reparatur von CFK Bauteilen erfolgreich demonstriert werden. Dazu wurden neue Methoden zur Beschreibung und Steuerung des Laserprozesses entwickelt und an zweidimensionalen Geometrien validiert. Für die Übertragung des entwickelten Laserprozesses in die industrielle Anwendung zur Reparatur von CFK Strukturbauteilen im Luftfahrtbereich bedarf es umfangreicher weiterer Entwicklungsarbeiten, sowohl auf technologischer Seite als auch im Bereich der Zulassung des entwickelten Prozesses.
Philipp Thumann
Kapitel 8. Zusammenfassung
Zusammenfassung
Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff ist einer der zentralen Konstruktionswerkstoffe moderner Verkehrsflugzeuge, dessen Einsatz stetig zunimmt. Neben der Herstellung stellt dabei die Reparatur von CFK Bauteilen eine zentrale Herausforderung für einen großvolumigen Einsatz dar und bildet ein Schlüsselelement für einen wirtschaftlichen Betrieb. Aufgrund der Faserverstärkung wäre eine rein adhäsive Reparatur von CFK Strukturbauteilen der vorteilhafteste Ansatz, welcher jedoch aufgrund von Zulassungsvorschriften bis heute nicht eingesetzt werden kann.
Philipp Thumann
Kapitel 9. Ausblick
Zusammenfassung
Die im Rahmen der vorliegenden Arbeit entwickelten Methoden zur Beschreibung und Steuerung gepulster Laserbearbeitungsprozesse konnten erfolgreich sowohl für einfache als auch komplexe zweidimensionale Geometrien validiert werden. Zudem konnte der auf Basis dieser Methoden entwickelte Prozess zur Klebflächenvorbereitung von CFK erfolgreich demonstriert werden. Über den Luftfahrtkontext hinaus ließe sich der Prozess somit auch in weiteren Bereichen wie bspw. der Reparatur von CFK Strukturbauteilen im Automobilbau anwenden, welche ebenfalls bis heute eine signifikante Herausforderung dargestellt.
Philipp Thumann
Backmatter
Metadata
Title
Laserbasierte Klebflächenvorbereitung für CFK Strukturbauteile
Author
Philipp Thumann
Copyright Year
2020
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-62241-4
Print ISBN
978-3-662-62240-7
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-62241-4