Prüfung von Faserverbundbauteilen aus CFK/GFK

Der industrielle Einsatz von Verbundwerkstoffen hat sich in den letzten Jahren in den verschiedensten Produktionszweigen verbreitet. Auch die Automobilindustrie hat die Vorteile der Leichtbauweise erkannt und diese Technologie als Schlüssel für die Zukunft der Fahrzeugproduktion von morgen eingestuft. Faserverbundwerkstoffe sind einerseits leicht und flexibel, andererseits stark belastbar und besonders temperaturstabil und finden in der Kleinserienfertigung zunehmend Anwendung. Damit diesen Werkstoffen der Schritt zum Masseneinsatz, beispielsweise in die Serienfertigung kompletter Karosserien auf Kohlefaserbasis, ermöglicht werden kann, bedarf es einer Qualifizierung der Prüfprozesse, die eine vollständige Materialcharakterisierung und Fehlersuche zerstörungsfrei und mit adäquatem Aufwand durchführen können.

In der Abteilung »Bild-und Signalverarbeitung« ist ein Thermographie-System zur Inspektion von kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK) und glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) entwickelt worden. Das Prüfsystem ist modular aufgebaut. Verschiedene IR-Kameras (z. B. Velox 65kM Pro von IRCam) und verschiedene Anregungseinheiten (z. B. Blitzlampe) können abhängig von der Teilegeometrie der zu untersuchenden Objekte angebaut werden. Die Prüfung basiert auf dem Prinzip der Lock-in Thermographie. Verborgene Strukturen oder Defekte verändern den zeitlichen Temperaturfeldverlauf und werden dadurch mit Phasenbildern der Lock-in Thermographie empfindlich erkannt.

Die Ergebnisse der Thermographie-Auswertungen werden mit verschiedenen eigenen Bildverarbeitungsalgorithmen analysiert, um eine automatische i.O./n.i.O. Information zu erhalten. Dazu werden die Fehlerbereiche im Ergebnisbild farbig markiert dargestellt.

Das am IPA entwickelte System eignet sich für eine schnelle Prüfung und liefert ausreichende qualitative Aussagen mit der Möglichkeit zur ROI-Bestimmung für weiterführende sensorische Auswertungen (z. B. CT). Dadurch wird eine deutliche Aufwands- und Kostenreduktion beim Qualitätssicherungsprozess erreicht.

Für folgende Fehlerklassen ist eine 100%-Prüfung mit automatischer i.O./n.i.O. Auswertung prinzipiell möglich:

  • Fehlende Strukturen/Einschlüsse: fehlende Schichten, Einschlüsse, Verklebungen, Materiallegefehler bei realen Bauteilen
  • Impactschäden: äußere sowie innere Rissausbreitung bzw. Delaminationen, Schäden bei Lochungen bei realen Bauteilen
  • Erkennung von Fäden der Trägerstruktur: Faserverschiebung, Faden- Nahtverschiebung, fehlende Naht bei realen Bauteilen
  • Poren/Lunker
  • Ondulation: Lageverschiebung, Wellenbildung im Inneren bei realen Bauteilen
  • Trockenstelle: fehlendes Harz, keine Aushärtung bei realen Bauteilen