Mi.2.C - Verbundmaterial / 08.05.2013W. Hillger, R. Oster |
Mi.2.C.1
10:40
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3D-Terahertz - Eine Möglichkeit zur zerstörungsfreien Prüfung von Vulkanfiber
N. Sievers, TU Dortmund
S. Becker, Becker Photonik, Porta Westfalica
H.-G. Rademacher, RIF, Dortmund
W. Tillmann, R. Zielke, TU Dortmund
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Vulkanfiber ist ein seit ca. 1855 bekanntes Verbundmaterial, welches dem Papier in seiner werkstoff...
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Vulkanfiber ist ein seit ca. 1855 bekanntes Verbundmaterial, welches dem Papier in seiner werkstofflichen Zusammensetzung sehr ähnlich ist. Mit dem Aufkommen der Kunststoffe geriet der Werkstoff zunehmend in Vergessenheit. Jedoch im Zuge des wachsenden Umweltbewusstseins erlebt dieser leichtherzustellende aber auch wiederverwertbare Werkstoff eine "Renaissance" und tritt vermehrt in das öffentliche Interesse. Vulkanfiber bietet aufgrund seiner exzellenten mechanischen Eigenschaften, wie der hohen Festigkeit bei gleichzeitig geringer Dichte im Vergleich zu Stahl, ein hervorragendes Potential für Leichtbaustrukturen. Intensive Bemühungen in der grundlegenden Forschung und Entwicklung versuchen dieses Potential noch zu steigern, um Vulkanfiber auf vielfältige Art und Weise industriell nutzbar zu machen. Spätestens bei der Erschließung von sicherheitsrelevanten Bauteilen wird die zerstörungsfreie Prüfung von Bauteilen und Strukturen aus Vulkanfiber unumgänglich.
Der vorliegende Beitrag demonstriert anhand erster Untersuchungen den Einsatz von 3D-Terahertz-Bildgebung zur zerstörungsfreien Prüfung von Vulkanfiber. Hierzu wurden Testmessungen an ausgewählten Referenzkörpern unternommen und mit konventionellen zerstörungsfreien Prüfverfahren verglichen. Insbesondere wurde auch untersucht, welchen Einfluss (räumlich begrenzte) Feuchtigkeit auf das Ergebnis hat und inwieweit 3D-Terahertz-Bildgebung für eine Bewertung von Metallbeschichtungen auf Vulkanfiber geeignet ist.
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Mi.2.C.2
11:00
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Prüfung von Faserverbundwerkstoffen mittels vollelektronischer Terahertz-Systeme
D. Stich, M. Bastian, B. Eversmann, P. Heidemeyer, T. Hochrein, F. Minolts, SKZ – Das Kunststoff-Zentrum, Würzburg
Kurzfassung:
Faserverbundkunststoffe erfahren in den letzten Jahren einen rasanten Zuwachs an Anwendungen und Ma...
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Faserverbundkunststoffe erfahren in den letzten Jahren einen rasanten Zuwachs an Anwendungen und Marktvolumen. Die produktionsbegleitende Prüfung sowie Überwachung verbauter Faserverbundkunststoffe gewinnen somit ebenfalls erheblich an Bedeutung. Hierbei fehlt es jedoch in einigen Bereichen noch an geeigneten und anwendungsgerechten Mess- und Prüftechniken zur Prozess- und Qualitätsüberwachung. Zur zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) von Faserverbundkunststoffen wurden bislang Ultraschall, Röntgenmethoden, Thermografie, Shearografie und Mikrowellen erprobt.
Eine vergleichsweise neue - aber insbesondere im Kunststoffbereich äußerst vielversprechende - ZfP-Methode ist die Terahertz-(THz)-Technologie. Die THz-Geräte-Technik erzielte in den letzten Jahren rasante Fortschritte. Vor allem vollelektronische THz-Systeme bieten durch ihre Robustheit und Messgeschwindigkeit ein erhebliches Potenzial für industrielle Anwendungen. Des Weiteren weist die THz-Technologie gegenüber den zuvor genannten Verfahren eine Vielzahl von Alleinstellungsmerkmalen auf. So kann auf ein Ankopplungsmedium verzichtet werden. Auch Messungen bei nur einseitigem Probenzugang in Reflexion sind möglich. Des Weiteren können mit THz-Strahlen auch Schäume und hohle Faserverbundkunststoff-Sandwichstrukturen untersucht werden.
In diesem Beitrag berichten wir über die Prüfung von Faserverbundwerkstoffen mittels eines vollelektronischen THz-Systems, das bei einer Frequenz von 0,1 THz arbeitet. Hierbei wird das erreichbare Auflösungsvermögen beleuchtet sowie auf die Detektionsschwelle für Fehlerbilder wie Lufteinschlüsse und Hohlräume in Abhängigkeit von Größe, Tiefe und Material eingegangen. Außerdem wird dargestellt, in welchem Maße die Faserausrichtung in Faserverbundwerkstoffen detektiert werden kann. Des Weiteren stellen wir erste Ergebnisse vor, die Detektierbarkeit von Fehlerbildern mit einem theoretischen Modell vorherzusagen.
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Mi.2.C.3
11:20
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3D-Röntgenbildgebung an Rotorblättern von Windkraftanlagen
W. Holub, U. Haßler, Fraunhofer IIS, EZRT, Fürth
Kurzfassung:
Windkraftanlagen bilden ein wesentliches Standbein für die Energiewende in Deutschland. Mit ihrer z...
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Windkraftanlagen bilden ein wesentliches Standbein für die Energiewende in Deutschland. Mit ihrer zunehmenden Bedeutung im Alltag nehmen zugleich auch die Anforderungen an Zuverlässigkeit, Sicherheit und Effizienz der Anlagen zu. Die Herstellung der Rotorblätter von Windkraftanlagen befindet sich noch in einem frühen Stadium auf dem Weg zur industriellen Fertigung. Die verwendeten Faserverbundwerkstoffe werden großteils manuell verlegt und verarbeitet. Dieses Vorgehen führt zu Qualitätsschwankungen der Blätter welche während und nach der Fertigung wenn überhaupt, dann nur ungenügend erkannt werden können. Diese Defekte bedrohen die einwandfreie Funktion der Anlagen und können zu folgenschweren Konsequenzen führen, die in der Vergangenheit vom vorübergehenden Ausfall einzelner Anlagen bis zum Konkurs ganzer Herstellerfirmen gereicht haben.
Bisher stehen zur Prüfung der Blätter erst wenige aussagekräftige Methoden zur Verfügung. Im Feld werden einfachere Techniken wie Perkussionstests verwendet. In der Fertigung stehen mit Thermographie und Ultraschall zwei Methoden zur Verfügung mittels derer zumindest ein begrenztes Spektrum der auftretenden Fehlerbilder untersucht werden kann. Fehler welche genaue Kenntnis der inneren Struktur des Prüflings erfordern motivieren die Anwendung von 3D-bildgebenden Verfahren mit Röntgentechnik.
Gängige computertomographische Systeme sind auf Objektgrößen von wenigen zig Zentimetern im Durchmesser beschränkt. Selbst die am Entwicklungszentrum Röntgentechnik im Aufbau befindliche XXL-CT wird lediglich Objekte bis zu einem Durchmesser von etwa 3 Metern vollständig erfassen können. Rotorblätter von Windkraftanlagen jedoch haben bei Längen von bald 90 Metern im Profil Querschnitte von derzeit bis zu 2 Metern Höhe und 7 Metern Tiefe.
Das Entwicklungszentrum Röntgentechnik erforscht und entwickelt die Computertomographie um deren Anwendung an solchen Rotorblättern und anderen besonders großen Bauteilen zu ermöglichen. Diese Arbeit stellt Simulationen verschiedener realisierbarer Abtast-Trajektorien zur Gewinnung dreidimensionaler Bilddaten gegenüber und stellt das Ergebnis des Vergleichs mit ersten realen Messungen solcher Abtastverfahren vor.
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Mi.2.C.4
11:40
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Industrialisierung der bildgebenden Wirbelstrommethode zur Prüfung von kohlenstofffaserbasierten Werkstoffen
M. Pooch, H. Heuer, N. Meyendorf, M. Schulze, Fraunhofer IKTS, Dresden
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Aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit von Kohlstofffasern sind wirbelstrombasierte Methoden zur z...
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Aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit von Kohlstofffasern sind wirbelstrombasierte Methoden zur zerstörungsfreien Prüfung von Kohlefaserkomposit (CFK) und CFK-Vorprodukten gut geeignet. Das bildgebende Hochfrequenz-Wirbelstromverfahren ist aufgrund der höheren Empfindlichkeit für schlecht leitfähige anisotrope Materialien grundsätzlich besser geeignet als Wirbelstromstandardverfahren.
An hochaufgelösten C-Scans, welche die elektrischen und dielektrischen Eigenschaften von CFK und CFK-Vorprodukten visualisieren, kann z.B. eine Texturanalyse durchgeführt werden, bei der die Orientierung einzelner Lagen zueinander und Gassen bzw. Aufschiebungen analysiert werden können. Je nach Faservolumenanteil können Eindringtiefen von bis zu 5 übereinander liegenden Lagen erreicht werden.
Um die abbildende Wirbelstromprüfung unter Industriebedingungen in die Serienanwendung zu überführen wurde ein mobiles Prüfsystem entwickelt, mit dem bis zu 30x30 cm große Bereiche auf beliebig großen Strukturen hochauflösend abgescannt werden können. Mit einem angepassten X-Y-Z Manipulator wird der Wirbelstromsensor an der zu untersuchenden Fläche, berührungslos oder auch mit leichtem Kontakt, ausgerichtet. Die Mechanik ist so konzipiert, dass der Aufsatzscanner bestmöglich an den Proben ausgerichtet werden kann und die Sensorführung leichten Unebenheiten nachgibt. Neben Parametrierung der Hochfrequenzwirbelstromelektronik EddyCus® MPECS und Konfiguration der Scanachsen über eine grafische Benutzeroberfläche mit vielfältigen Einstellmöglichkeiten erfolgt auch die Anzeige und Bildauswertung über diese Software.
Das Gerät wurde zum Zweck der teilautomatisierten Prüfung von CFK-Bauteilen in der Produktion abgestimmt. Dazu wurde neben der Mobilität das wesentliche Augenmerk auf die zuverlässige Funktion in kohlenstoffstaubbelasteter Umgebung (Kurzschlussgefahr) und der sicheren Zuordnung von Messwerten zur jeweiligen Probe (Traceability und Protokollfunktionen) gelegt.
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