03/02/2015

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IKT: Automatisierte Lebensdauervorhersage an Faserkunststoffverbunden

Faserkunststoffverbunde sind durch ihre gewichtsspezifische Steifigkeit und Festigkeit in der Luft- und Raumfahrt wichtige Leichtbauwerkstoffe und sollen nun verstärkt in der Serienfertigung von Automobilen eingesetzt werden.

Um die Lebensdauer von Faserkunststoffverbundbauteilen vorherzusagen, müssen laut IKT die ersten Schädigungen erfasst und deren weiterer Verlauf verstanden werden. Die zerstörungsfreie Prüfung mit elastischen Wellen bietet die Möglichkeit, verschiedene mechanische Eigenschaften des Faserkunststoffverbundbauteils lokal und zerstörungsfrei während des Betriebs zu bestimmen. Aus der Beobachtung eines eingetretenen und fortschreitenden Schädigungszustandes kann auf den Abnutzungsgrad und die zu erwartende Restlebensdauer eines Bauteils geschlossen werden.

Mit geführten elastischen Wellen, einem am IKT entwickelten Messverfahren, können die elastischen Materialeigenschaften in Faserkunststoffverbunden qualitativ erfasst und eine eventuelle Schädigung erkannt werden. Ausführliche Untersuchungen am IKT haben gezeigt, dass der typische Verlauf der Ermüdung in Faserkunststoffverbunden berührungslos und im Betrieb schnell und zuverlässig gemessen werden kann.

An der Automatisierung dieses Prüfverfahrens wird am IKT mit großflächigen und komplexeren Faserkunststoffverbundbauteilen aus der Praxis geforscht. So werden z.B. Bauteile mit Hilfe eines Industrieroboters automatisch abgerastert und bewertet, mit dem Ziel, dieses Verfahren bei der Wartung von Flugzeugen und Automobilen anzuwenden. So konnte z.B. ein FKV-Dach eines BMW M3 bereits erfolgreich auf innere Schlagschäden, wie z.B. durch Hagelschaden, untersucht werden.

Zur Prüfung an großflächigen Bauteilen stehen noch weitere zerstörungsfreie Prüfverfahren am IKT zur Verfügung. Hierzu werden ebenfalls neue Ansätze zur schnelleren Defekterkennung entwickelt: Die Verwendung von Ultraschall ist ein vielversprechender Ansatz zur schnellen und zuverlässigen zerstörungsfreien Prüfung. Das mathematische Model zur Beschreibung von Defektschwingungen und dem Elastizitätsmodul wurde erstmals am IKT entwickelt. Zum Nachweis von Defekten kann die durch eine Defektschwingung verursachte Reibungswärme mit Thermokameras entdeckt werden. Die aktive Thermografie und die Shearografie können einzeln oder in Kombination im In-Line Prozess eingesetzt werden und damit die Qualität von Faserverbundkunststoffbauteilen direkt nach der Herstellung sowie im Gebrauch bewerten.

Diese und weitere aktuelle Forschungsaktivitäten und Erkenntnisse werden im Rahmen des 24. Stuttgarter Kunststoffkolloquiums vorgestellt.

Weitere Informationen:
www.stuttgarter-kunststoffkolloquium.de, www.ikt.uni-stuttgart.de

24. Stuttgarter Kunststoffkolloquium, 25.-26. Februar 2015, Stuttgart

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