Schichtdickenmessung für die Luft- und Raumfahrt

1 Schichtdickenmessung von Verbundwerkstoffen für Luft- und Raumfahrt und das Transportwesen

Die Verwendung von Verbundwerkstoffen für Luftfahrt- und Transportanwendungen bietet Vorteile wie eine erhebliche Gewichtsreduzierung (Leichtbau), eine höhere Festigkeit und eine einfache Formbarkeit in Formen, die für Metalle nicht praktikabel sind. Zu diesen Verbundwerkstoffen gehören kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFRP, orig.: carbon fiber reinforced plastics), faserverstärkte Kunststoffe (FRP, orig.: fiber reinforced plastics) und glasfaserverstärkte Kunststoffe (GRP, orig.: glass reinforced plastics).

Etwa 50 % einer Boeing 787 bestehen aus Verbundwerkstoffen wie CFRP und anderen Verbundwerkstoffen. Nur etwa 35 % der Flugzeugzelle bestehen aus Metallen wie Aluminium und Titan. Auch beim Airbus A350 werden etwa 50 % der Struktur aus Verbundwerkstoffen hergestellt. Beide Flugzeuge profitieren dadurch von Vorteilen wie einem geringeren Treibstoffverbrauch und einem höheren Kabinendruck für mehr Komfort für die Passagiere.

Für Eisenbahnanwendungen, die von Nahverkehrs- bis hin zu Hochgeschwindigkeitszügen reichen, bieten Verbundwerkstoffe Energieeinsparungen aufgrund von Gewichtsreduzierungen, geringerer Abnutzung von Rädern und Schienen sowie Korrosionsbeständigkeit. Darüber hinaus bieten Verbundwerkstoffe eine hohe Festigkeit und lassen sich leicht in komplexe Formen bringen. Viele Hochgeschwindigkeits-Triebwagen haben Verbundstoff-Nasenkonen, da es schwierig ist, diese komplexen Formen aus Stahl oder Aluminium herzustellen.

Eine Außenkomponente oder -verkleidung aus Verbundwerkstoff an einem Hochgeschwindigkeitszug besteht in der Regel aus mindestens zwei oder drei Schichten. Es gibt eine Grundierungsschicht, um Unebenheiten der Oberfläche auszugleichen. Die Trockenfilmdicke kann zwischen 100 und 150 Mikrometern liegen. Eine Grundierungsschicht oder Deckschicht kann zwischen 50 und 100 Mikrometern liegen. Eine Anti-Graffiti-Schicht kann eine Mindesttrockenfilmdicke von 150 Mikrometern und eine Höchsttrockenfilmdicke von 225 Mikrometern haben.

Abbildung 1 Eine Boeing 787.

2 Warum Schichtdickenmessung wichtig ist

Bei Beschichtungen auf Verbundwerkstoffoberflächen von Flugzeugen kann eine übermäßige Lackdicke zu unerwünschtem Zusatzgewicht und einer Verringerung der Wirksamkeit von Blitzschutzsystemen führen. Bei Transportanwendungen kann eine unzureichende Deckschicht zu einer Verringerung der Wetter-, UV- und Korrosionsbeständigkeit sowie zu einer verkürzten Lebensdauer der Schutzbeschichtungen führen.

Bei Schienenfahrzeugen ist es wichtig, die Dicke der Anti-Graffiti-Beschichtung überprüfen zu können. PELT-Ultraschallmessgeräte können diese Mehrschichtaufbauten überprüfen, ob zum Beispiel die Anti-Graffiti-Beschichtungen bei neuen Geräten gemäß den Spezifikationen des Herstellers aufgebracht wurden, und gleichzeitig die Dicke der Beschichtungen bei in Betrieb befindlichen Fahrzeugen überwachen.

Zu den Anwendungen im Hochgeschwindigkeitsbahnverkehr gehören Beschichtungen auf Verbundstoff-Nasenkonen und -Frontflächen, Dachpaneelen und anderen Verbundstoffkomponenten, die nicht mit magnetinduktiven oder Wirbelstromverfahren gemessen werden können.

Abbildung 2 Ein Hochgeschwindigkeitszug.

3 Mehrschichtultraschallmesssungen

Die BYK-PELT-Ultraschalltechnologie ermöglicht die zerstörungsfreie Messung der Dicke von bis zu fünf einzelnen Schichten auf nahezu allen Substraten, die in der Luft- und Raumfahrt sowie im Transportwesen zu finden sind. Zu den Substraten zählen Verbundwerkstoffe wie Glasfaser, Kohlefaser und Kunststoffe sowie Titan, Stahl und Aluminium. Die PELT-Schichtdickenmessgeräte nutzen Hochfrequente Ultraschalltechnologie, wodurch präzise Messungen mit hoher Auflösung möglich sind.

Abbildung 3 Ein Beispiel für einen Schichtaufbau eines Zuges.