Reparatur von CFK-Bauteilen

LASERVORBEHANDLUNG FÜR REPARATURVERKLEBUNGEN

Ein neuartiges Laserverfahren ermöglicht die Vorbehandlung von CFK zur Reparatur, zum Verkleben in der Produktion oder von Klipsen und Befestigungselementen. Dabei werden Festigkeitswerte erzielt, die anspruchsvolle strukturelle Verklebungen in der Luftfahrtindustrie zulassen.

  • Sehr gute Reinigungs- und Entschichtungsergebnisse sowie -geschwindigkeit
  • Neue diodengepumpte Lasertechnologie
  • Sehr geringe laufende Kosten (typ. 1-3  €/h)
  • Kein Gasverbrauch, “Plug&Go”-Technologie
  • Flexible Anwendung aufgrund fasergekoppelter Optiken
  • Einfache Integration
  • Beinahe wartungsfreie Technologie
  • Hohe Zuverlässigkeit

Ökologische Aspekte

  • Keine Strahlmittel, keine Chemikalien
  • Kein Abfall bis auf die entfernten Schichten
  • Geräuscharm

Bisherige konventionelle Verfahren

Bei konventionellen Verfahren müssen die Schadensbereiche der CFK-Teile durch mechanische Verfahren aufwändig freigelegt werden. Dabei wird zunächst der fehlerhafte Bereich ausgetrennt und dann durch Schleif- oder Frästechniken (Schäften/Steppen) großflächig angeschliffen. Diese Bereiche müssen im Anschluss gereinigt werden, was häufig durch Abwischen mit Lösungsmitteln erfolgt.

Beim Schleifen werden die Fasern bzw. Gewebestrukturen mit Schleifstaub kontaminiert, so dass die Verklebung mit einem Reparatur-Patch keine hohen Festigkeiten aufweist. Die Festigkeit konventionell geklebter CFK-Bauteile nimmt teilweise um mehr als 30 % gegenüber der Ursprungsfestigkeit ab.

Hinzu kommen die Arbeitsplatzbelastungen sowie die geringe Reproduzierbarkeit der Anwendung.
Durch den vermehrten Einsatz von CFK im Flugzeug- und Fahrzeugbau und den in Zukunft deutlich stärkeren Einsatz im strukturellen Bereich besteht dringender Bedarf nach einer CFK- Vorbehandlungstechnik, die eine Klebevorbehandlung zum strukturellen Kleben ermöglicht.

Ziele der neuen Technik

Ziel war es, ein mobiles, transportables Lasersystem zur Reparaturvorbehandlung von CFK-Bauteilen zu entwickeln. Die Klebevorbehandlungsqualität für die Reparaturverklebung sollte zwecks Reduzierung der notwendigen Schäftwinkel und Verkleinerung der vorzubehandelnden Reparaturflächen verbessert werden. Die neue Technologie sollte außerdem umweltfreundlich und leicht zu handhaben sein sowie reproduzierbare Ergebnisse liefern.

Entwicklung

Bei der Auswahl und Evaluierung optimaler, für die CFK-Reparaturvorbehandlung geeigneter Laserstrahltechnik wurden Parameterstudien zum schichtweisen Abtrag und zur Vorbehandlung von CFK-Oberflächen durchgeführt. Ein spezielles Lasersystem sowie ein entsprechender Bearbeitungskopf sind entwickelt worden, die zur optimalen Oberflächenvorbehandlung unter Berücksichtigung von Wirtschaftlichkeits- und  Handhabungsaspekten geeignet sind. Zuletzt ging es an die Erprobung und Durchführung im Rahmen von realen, laserunterstützten Reparaturszenarien.

Ergebnisse

CFK-Bauteile lassen sich mit dem cleanLASER reproduzierbar vorbehandeln. Dabei sind signifikant verbesserte Klebeergebnisse erzielbar.

  • Mit Laserstrahl-Vorbehandlung lässt sich CFK schichtweise abtragen.
  • Die freigelegten Fasern werden durch den Einsatz hoher Intensitäten aktiviert. Hierdurch ist eine um bis zu 20 % höhere Verbindungsfestigkeit bei der Verklebung erzielbar.
  • Die reproduzierbare Oberflächenqualität lässt sich mittels geeigneter Lasertechnik teilautomatisch generieren.
  • Ein Handhabungssystem zum Anschluss an einen fasergekoppelten Laser wurde entwickelt und kann für Erprobungszwecke eingesetzt werden.

EU-Projekt PLASER

Portable LAser system for SurfacE preparation of composite Repairs

Das Projekt "PLASER" wird durch das EUREKA-Programm der Europäischen Union unterstützt (Kennziffer 01QE906). Einerseits ermöglicht die Nähe der Französischen und Deutschen Partner eine effiziente Zusammenarbeit. Auf der anderen Seite ist die Erfahrung genau dieser Unternehmen und Institute im Bereich der Composite-Reparatur, der mobilen Lasersysteme und der Laserprozesse eine optimale Voraussetzung.

Projekt-Partner

Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)
Das LZH ist eines der führenden Institute für Lasertechnologie in Europa mit dem Ziel, Forschung und Praxis zusammen zu führen.

GMI Aero Ltd.
GMI ist Hersteller und zugleich Technologieführer im Bereich mechanisch abrasiver Reparaturwerkzeuge für CFK-Komponenten.