Einbettung von Ultraschallwandler- und Elektroniksystemen in CFK-Strukturen für die sensorische Strukturüberwachung

Abstract:
Ziel der Arbeiten ist die Entwicklung einer zuverlässigen Technologie zur stoffschlüssigen Integration von US-Sensoren und zugehörigen Elektronikkomponenten in die Faserverbundstrukturen. Ausgehend von unterschiedlichen Integrationskonzepten wurden iterativ zwei optimale Varianten erarbeitet und umgesetzt. Dabei mussten sowohl funktionelle und zuverlässigkeitsrelevante als auch technologische Randbedingungen berücksichtigt werden. Die technologische Herausforderung der Einbettung von flachen PZT-Packages als auch elektronischen Flachbaugruppen wurde erfolgreich umgesetzt. Die hergestellten Teststrukturen (CFK-Platten) mit integrierten US-Wandlern und Elektronikkomponenten besitzen Abmessungen von 470 mm x 70 mm x 3 mm und sind teilfunktionalisiert. Sowohl der US-Wandler aus auch Teile der Elektronik sind elektrisch auf ihre Funktionalität prüfbar. Nach der Technologieentwicklung schlossen sich Zuverlässigkeitsuntersuchungen durch Temperaturlagerung, Temperaturwechsel, Bruchbiegetest, Zugtests, Dauerschwingversuche und Dauerfeuchtigkeitstests an. Diese wurden in Anlehnung an die gültigen Luftfahrtsnormen durchgeführt. Es zeigte sich, dass elektronische Schaltungen sowohl auf organischen Schaltungsträgern- als auch auf Keramik-Basis geeignet sind, um direkt bei der Herstellung der Strukturplatten (Autoklavprozess bis 180 °C) integriert zu werden. Zur Bewertung kamen elektrische Messungen an Widerstandsbrücken, Ultraschalldiagnostik, Röntgendiagnostik und metallografische Präparation zum Einsatz.