Akustische Emission als Werkzeug zur Identifikation der Position des Bohrers bei Stapeln aus faserverstärktem Kunststoff und Aluminium

Abstract

Die Forschungsarbeit untersucht Bohrvorgänge an geschichteten Werkstoffverbunden aus Kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFRP) und Aluminium oder Titan, wie sie üblicherweise in der Luftfahrtindustrie Anwendung finden, auf verbesserte Leistung und Wirtschaftlichkeit hin. Weil die Werkstoffbearbeitung durch beide Materialien hindurch aktuell unter gleichen Verfahrensparametern und mit gleichen Bohrerwerkzeugen stattfindet, wird ein Kompromiss in der Bohrungsqualität sowie in der Bohrleistung entweder in der CFRP-Schicht oder im Metall erforderlich. Eine Methode diesen Kompromiss zu überwinden besteht darin, die Verfahrensparameter während des Bohrens zu ändern und für jedes Material die passendesten Werte zu verwenden. Dennoch wird dies erst unter der Voraussetzung möglich, dass Form und Dicke jeder einzelnen Schicht bekannt sind. Jedoch trifft dies z.B. nicht beim Einsatz von Handbohrmaschinen oder auf große Flugzeugteile mit wechselnden Profilen zu, bei denen sich die Dicke der verschiedenen Materialschichten im Profilverlauf ändert. Die laufende Untersuchung stellt eine Methode vor, die auf akustischen Signalen (Schall) basiert, um während des Bohrvorgangs den Übergangspunkt zwischen den Materialschichten sowie den Eintritt und den Austritt aus jeder Materialschicht zu erkennen. Die Ermittlung dieser Punkte in Echtzeit wurde anhand der akustischen Signale durch einen neuartigen Algorithmus zur Musteranalyse erreicht. Die vorgeschlagene Methode kann dazu verwendet werden, die Verfahrensparameter zu verändern und sie genau an das zu bohrende Material anzupassen. Zwei Arten von Bohrern wurden für die Experimente eingesetzt: ein normaler Hartmetallbohrer (Standardbohrer) und ein Hartmetallstufenbohrer. In beiden Fällen wies die empfohlene Methode gute Ergebnisse auf. Es stellte sich jedoch heraus, dass unter Nutzung des Hartmetallstufenbohrers mehr Zeit für Änderungen der Verfahrensparameter zur Verfügung stand