04.12.2015

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SKZ: Aktive Thermografie zur Qualitätssicherung von Kunststoffverbindungen

Im November 2015 startete am SKZ ein Forschungsprojekt, das sich mit der Entwicklung und Evaluierung der aktiven Thermografie als zerstörungsfreies Prüfverfahren zur Qualitätssicherung von gefügten Kunststoffverbindungen befasst.

Zerstörungsfreie Prüfungen haben sich bereits seit vielen Jahren im Bereich der Qualitätssicherung in der Kunststoffverarbeitung etabliert. Allerdings besteht bei der Prüfung von stoffschlüssigen Kunststoffverbindungen noch erheblicher Forschungsbedarf hinsichtlich der Detektion von ungenügenden Nahtqualitäten. Während die zerstörungsfreie Prüfung mithilfe der aktiven Thermografie von Verbundwerkstoffen oder Laminaten im Bereich der Leichtbautechnik, der Luft- und Raumfahrt und der Windenergie einen starken Zuspruch erfährt, gibt es zur Prüfung von geschweißten bzw. geklebten Kunststoffbauteilen bis jetzt kaum Ansätze oder Forschungsergebnisse zur aktiven Thermografie, die industriell direkt anwendbar sind.

Die zerstörungsfreie Prüfung von Kunststoffprodukten und -verbindungen wurde in den letzten Jahren am SKZ stark vorangetrieben und weiterentwickelt. Hierbei wurden neben den Prüfmethoden wie z.B. Ultraschall (US), Terahertz (THz) oder Computertomografie (CT), auch thermografische Methoden angewendet, um industrielle Problemstellungen zu lösen. Hierzu zählen u.a. die aktive Lock-In Thermografie zur Untersuchung von Faserverbundwerkstoffen sowie die passive Thermografie, die zur Überwachung von Schweiß- und Spritzgussprozessen eingesetzt wird.

Mit dem vor kurzen gestarteten Forschungsvorhaben, sollen wesentliche Problemstellungen bei der zerstörungsfreien Prüfung von gefügten Kunststoffen (wie z.B. nicht adhäsive Verbindungen oder Einschlüsse) gelöst werden. Als Anregungsquellen für die aktive Thermografie werden hier optische und akustische Quellen wie Halogenlampen, Leistungsblitze und Ultraschall zur Anwendung kommen. In Vorversuchen ergab die optisch angeregte Thermografie bereits vielversprechende Resultate. Insbesondere bei nicht haftenden Klebeverbindungen (Kissing Bonds) werden mit der ultraschallangeregten Thermografie positive Ergebnisse erwartet. Forschungsbedarf besteht noch bei der Klärung der Fragen der optimalen Anregungsdauer, -frequenz und -amplitude, bei der geeigneten Schalleinbringung für US-Thermografie und bei der Erarbeitung der Fehlerauflösung aufgrund der dickenabhängigen Unschärfe bei Kunststoffen.

Zum Abschluss sollen die weiterentwickelten aktiven Thermografieverfahren an industriellen Bauteilen erprobt und somit eine Übertragbarkeit der aktiven Thermografie in die kommerzielle Anwendung ermöglicht werden.

Das SKZ wird bei seinen Untersuchungen durch viele Unternehmen aus der Kunststoff-Branche unterstützt. Der projektbegleitende Ausschuss umfasst zurzeit 16 Industrievertreter und setzt sich u.a. aus Herstellern von Materialien, Schweißmaschinen, Wärmebildkameras und Kunststoffprodukten zusammen. Dadurch sollen die Industrienähe der wissenschaftlichen Untersuchungen sowie die reibungslose Umsetzung der Forschungsergebnisse sichergestellt werden. Die geplante Projektlaufzeit beträgt 24 Monate, sodass die finalen Resultate im Winter 2017 erwartet werden.

Das IGF-Vorhaben (18912 N) der Forschungsvereinigung Kunststoff-Zentrum wird über die Arbeitsgemeinschaft industrielle Forschung (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Interessenten, die weitere Informationen zum Thema benötigen oder sich dem Projekt anschließen möchten, stehen folgende Ansprechpartner zur Verfügung:

M. Eng. Sebastian Horlemann
Tel. 0931 / 4104-682
s.horlemann@skz.de

Dr. Benjamin Baudrit
Tel. 0931 / 4104-180
b.baudrit@skz.de

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