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Thursday, September 14, 2023, Berlin 9:30 AM Moderne Fügeverfahren - Kleben |
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Zustandsüberwachung von semi-strukturellen Klebverbindungen durch Integration von optischen Polymerfasern |
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Josef Weiland / Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik (ISF), RWTH Aachen, Deutschland Uwe Reisgen / ISF - Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik, RWTH Aachen University, Deutschland Michael Luber/ POF-AC - Polymer Optical Fiber Application Center, Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm, Deutschland Robert Seewald*/ ISF - Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik, RWTH Aachen University, Deutschland Alexander Schiebahn/ ISF - Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik, RWTH Aachen University, Deutschland Rainer Engelbrecht/ POF-AC - Polymer Optical Fiber Application Center, Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm, Deutschland |
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Nach DIN EN ISO 9001 ist das Kleben ein spezieller Prozess, der eine gesonderte Normung, die DIN 2304, erfordert. Diese Einstufung beruht unter anderem darauf, dass Klebverbindungen nicht vollständig zerstörungsfrei geprüft werden können. Erschwerend kommt hinzu, dass eine Lebensdauervorhersage für Klebungen nicht möglich ist. Dies liegt in erster Linie an der mangelnden Kenntnis über das Alterungs- und Ermüdungsverhalten von Klebstoffen, insbesondere unter variierenden Umgebungsbedingungen (Temperatur, Luftfeuchte, UV-Strahlung, Medien). Daraus ergibt sich die Motivation, Klebungen permanent zu überwachen, um ihren strukturellen Zustand zu erfassen und - damit verbunden - eine sichere Kraftübertragung zu gewährleisten. Das in diesem Projekt (IGF-Nr. 21314) untersuchte Sensorkonzept zur Zustandsüberwachung von Klebverbindungen basiert auf der Integration eines Kunststoff-Lichtwellenleiters bzw. einer optischen Polymerfaser (kurz: POF) in die Klebung. Die ähnlichen mechanischen Eigenschaften von POF und Klebstoff (beides Kunststoffe) führen dazu, dass Spannungen des Klebstoffes auf die POF übertragen werden. Diese führen zu geometrischen Veränderungen, Dehnungen und Spannungen im lichtleitenden Material und in der Kern-Mantel-Reflexionsebene. Die Auswirkungen werden hinsichtlich der transmittierten Lichtleistung sowie des Einflusses auf die optischen Eigenschaften des Lichtwellenleiters im Nah- und Fernfeld untersucht und für den Einsatz zur Zustandsüberwachung interpretiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Methode insbesondere für semi-strukturelle Klebstoffe wie z.B. 2K-Polyurethane und eine Beanspruchung der Klebung auf Scherung gut geeignet ist. Bei den Untersuchungen am Funktionsmuster, einer Rohr-Muffen-Klebung, konnten sehr deutliche Änderungen im Sensorsignal (10 % Transmissionsabfall) frühzeitig vor dem Versagen detektiert werden. Diese Signaländerung kann mit kostengünstigen optoelektronischen Komponenten (LED und Photodiode) detektiert werden. Damit eignet sich das Verfahren für eine integrale Zustandsüberwachung der gesamten Klebung ohne Ortsauflösung zugunsten eines kostengünstigen Sensors für den Feldeinsatz. |