Page 26 - Forschungsbericht 2021 - Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik

Abb. 02 In-Situ-Prüfung mehrerer Schädigungsniveaus in einem Faserverbundwerkstoff.

Anwendungsmöglichkeiten und innovative Verfahren. ca. 1 µm erreichen wir mit dem Nanotom und beson-
Dabei interessiert uns vordergründig die Aufklärung der ders große oder schwere Bauteile können wir wiederum
sogenannten Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehun- mit dem V|tome|x 450L untersuchen. Um Mikrorisse zu
gen, die künftig daten- und modellbasierte Werkstoff- kontrastieren, die häufig im unbelasteten Zustand ge-
und Verfahrensentwicklungen ermöglichen. Eine Struk- schlossen sind, kann das ILK den eigens entwickelten In-
turanalyse mit bildgebenden Verfahren spielt hier eine situ-Computertomografen einsetzen. Mit dieser Anlage
wesentliche Rolle, um die wesentlichen Mechanismen im lassen sich Proben unter mechanischer Belastung wie
Verhalten der Werkstoffe zu verstehen. Zug, Druck oder Torsion bei Auflösungen ab 5 µm Voxel-
größe untersuchen. Durch Laststeigerungsversuche mit
Grundlegend haben alle ZfP-Methoden zum Ziel, den begleitender xCT kann die Initiierung und Evolution von
Zustand des Werkstoffes bzw. Bauteils darzulegen. Da- Rissen in diskreten Stufen beobachtet werden (Abb. 02).
für macht man sich Wechselwirkungen des Werkstoffes Für kontrastreiche Tomogramme sind jedoch Scanzei-
mit elektromagnetischen oder mechanischen Wellen zu ten von bis zu einer Stunde zu berücksichtigen. Schnelle
Nutze. Die am ILK verfügbaren ZfP-Verfahren lassen sich Prozesse wie Fertigungs-, Deformations- und Struktur-
demnach in folgende Gruppen einordnen: bildungsprozesse können dennoch durch die Aufnahme
eines „Röntgenfilmes“ erforscht werden – wobei jedoch
ZfP mittels elektromagnetischer Wellen die Tiefeninformation verloren geht.
Röntgen-Computertomografie
Eine Wirtschaftlichkeit für xCT in der Serie kann etwa
Shearografie durch den Einsatz der Fast-xCT, die für einen Scan nur
wenige Minuten benötigt, in Kombination mit Gruppen-
Optische Vermessung bzw. Sichtprüfung untersuchungen erreicht werden. Ein erheblicher Wett-
Thermografie bewerbsvorteil ergibt sich dabei gegenüber den klas-
sischen Ultraschalluntersuchungen aus dem höheren
Informationsgehalt durch die Volumenauflösung.
ZfP mittels mechanischer Wellen
Ultraschall: Impuls-Echo, Durchschallung, Mit Blick auf weitere Steigerung dieses xCT-Potentials fo-
Wasserankopplung, Luftankopplung kussiert das ILK bei ihrer Weiterentwicklung zwei Schwer-
punkte: (1) die Bildartefakte bei der Aufnahme zu verrin-
Ultraschallmikroskopie
gern, etwa durch Helix-CT oder den Einsatz von Filtern,
Schallemission sowie (2) die Bildauswertung durch den Einsatz von Me-
thoden der 3D-Bildkorrelation, der korrelativen Bildana-
Schwingungsanalytik
lyse sowie durch die vertiefte Einbindung von Simulati-
onsergebnissen zu verbessern.
Besondere Expertise besitzt das ILK im Bereich der Rönt-
gen-Computertomografie (xCT), mit der prinzipiell alle Im Unterschied zur xCT hat die ZfP mit Ultraschall eine
relevanten Fehler in Faserverbundwerkstoffen erkenn- längere Tradition und ist bei der Werkstoffprüfung breit
bar sind. Allerdings ist dieses Verfahren hinsichtlich der etabliert. Es gibt dabei verschiedene Verfahrensvariati-
Ortsauflösung, der Kontrastierungsfähigkeit von Defek- onen. Der Einsatz von luftangekoppeltem Ultraschall in
ten und der Analyse großer Bauteile limitiert. Wir haben einer Durchschallungsanordnung ist aufgrund des gerin-
daher drei Geräte im Einsatz, die sich diesbezüglich in gen Probenvorbereitungsaufwandes speziell für die Ana-
ihren Fähigkeiten ergänzen: Die höchste Auflösung von lyse ebener, nicht allzu großer Strukturen sehr effizient.

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