04.02.2014

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IKT: Hagelschaden in CFK-Fahrzeugteilen schnell erkennen

Der Einzug der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffe (CFK) in Automobile erfordert neue Technologien. In vielen Bereichen von Konstruktion über Fertigung bis hin zu Reparatur oder Recycling muss ein Umdenken stattfinden. Das Institut für Kunststofftechnik (IKT) untersucht, wie sich typische Schadensfälle in CFK-Verbundstrukturen auswirken und wie sie sicher und schnell detektiert werden.

Hagel- oder Steinschlag sind typische Beispiele aus dem Kfz-Alltag. Im Gegensatz zur bekannten Dellenbildung bei Metallen, sieht man in Faserkunststoffverbunden mit dem bloßen Auge meist keine Schädigung. Aufgrund des Fehlens eines plastischen, energieaufnehmenden Verformungsverhaltens kann Hagelschlag zu einer inneren Schädigung führen, während die Oberfläche unbeschädigt bleibt (Bild 1). Eine derartige Stoßbelastung führt meist zu einer lokalen Trennung der Schichten, der sogenannten Delamination. Mit Methoden der zerstörungsfreien Prüfung am IKT lassen sich diese Delaminationen finden und vermessen.

Bei der optisch angeregten Thermographie wird die Oberfläche eines Prüfbauteils erwärmt und aus ihrem zeitlichen Temperaturverhalten, welche mit einer Infrarotkamera aufgezeichnet wird, können Rückschlüsse auf innere Strukturen geschlossen werden. Befinden sich in einem Verbundwerkstoff Delaminationen, so behindern diese direkt den Wärmeabfluss.

Die Messdauer im abgebildeten Beispiel des CFK-Dachs beträgt nur 20 Sekunden bei einer Beleuchtung mit 2,5 kW Halogenstrahlern. Das Messergebnis ist in Bild 2 dargestellt. Neben der typischen gekreuzten Faserstruktur findet man auch mehrere Delaminationen. An der mit a) markierten Stelle befindet sich ein klar erkennbarer Hagelschaden, welcher in Bild 3 nochmals vergrößert ist. Der Durchmesser beträgt ca. 3 cm. Weitere Schäden mit etwas geringerer Ausdehnung findet man an den mit b) und c) markierten Stellen. An der Stelle d) ist rückseitig ein Aufkleber angebracht. Dieser dient als Referenz und bestätigt, dass die Tiefenreichweite des Verfahrens ausreicht, um die komplette Dicke des Bauteils zu durchdringen.

Der Nachweis von Hagel- oder ähnlichen Schäden in Faserkunststoffverbunden ist nach IKT-Angaben mit einer zerstörungsfreien Prüfmethoden möglich. Er dauert demnach kaum länger als eine gewöhnliche Sichtprüfung und ermöglicht demzufolge Hinweise über mögliche innere Schädigung der Struktur. Hierzu muss das Dach auch nicht ausgebaut werden; die Messungen sind direkt am Fahrzeug, z.B. in der Werkstatt, durchführbar. Mithilfe der Messergebnisse soll durch Vergleich mit Referenzwerten eine Entscheidung bezüglich möglicher Reparaturmaßnahmen getroffen werden können.

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

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