Prüfverfahren Computertomographen prüfen Fügenähte aus Faserverbund-Bauteilen

Bei der Entwicklung faserverstärkter Werkstoffe nutzt das SKZ Würzburg zwei Exact- Computertomographen von Wenzel Volumetrik zum Lösung bestimmter Fragestellungen und zur Qualitätsanalyse.

Anbieter zum Thema

Ruderer Klebetechnik GmbH

MDESIGN Vertriebs GmbH

Heraeus AMLOY Technologies GmbH

WENZEL Präzision GmbH

In der Entwicklung von neuen faserverstärkten Werkstoffen nimmt das Kunststoff-Zentrum (SKZ) in Würzburg eine führende Rolle für die Industrie ein. Dabei greift man nicht nur auf moderne Fertigungsverfahren zurück, sondern auch auf neue Technologien in der Mess- und Prüftechnik. Für diverse Fragestellungen und die Qualitätsanalyse nutzt das SKZ zwei Exact- Computertomographen von Wenzel Volumetrik aus Singen.

Die Arbeitsbereiche des Kunststoff-Zentrums sind vielfältig. Neben einem umfangreichen Angebot an Aus- und Weiterbildung von Fach- und Führungskräften sowie Analyse und Prüfung von Kunststoffen und Produkten, werden durch das SKZ im Bereich Forschung und Entwicklung auch neue Faser-Verbund-Materialien entwickelt und erprobt. Ein Beispiel für eine solche Entwicklung sind die WPC (Wood Plastic Composites oder Holz/Kunststoff-Verbund-Werkstoffe).

Wood-Plastic-Composites sind dreidimensional formbar

Wood-Plastic-Composites sind neuartige thermoplastisch verarbeitbare verstärkte Werkstoffe, die aus unterschiedlichen Anteilen von Holz, Kunststoffen und Additiven bestehen. Man verwendet sie nicht nur im Baugewerbe, sondern auch in der Automobil- und Möbelindustrie. Dabei zeichnen sich diese Werkstoffe durch ihre hervorragende dreidimensionale Formbarkeit aus. Sie haben, verglichen mit traditionellen Holzwerkstoffen, eine höhere Feuchte- und UV-Resistenz und besitzen gegenüber unverstärkten Kunststoffen eine deutlich höhere Steifigkeit.

Um verkaufsfähige Artikel, wie Fensterrahmen, Gehäuse, Endplatten, Verbindungselemente für den Küchenbereich oder Verkleidungen für die Automobilindustrie zu produzieren, müssen oft Fügeverfahren angewendet werden.

Derzeit erprobt man für diese neuartigen Werkstoffe das Schweißen und Kleben als Fügeverfahren. Fehler in den Fügeflächen können allerdings Fügeverbindungen schnell zur Schwachstelle im WPC-Bauteil werden lassen und dessen Lebensdauer drastisch beeinträchtigen. Folglich hat die Kunststoffindustrie großes Interesse an einer Prüfung von thermisch und klebtechnisch gefügten Bauteilen.

CT-Scan liefert ganzheitliche Analyse des Prüfobjekts

Die Exact-Computertomographen ermöglichen eine ganzheitliche Analyse der Prüfobjekte. Mit dem Verwenden industrieller Computertomographie kann eine vollständige dreidimensionale Rekonstruktion des Prüfobjektes dargestellt werden, die es dem Prüfer ermöglicht, kleinste innere Strukturen und Defekte zu analysieren, ohne dabei das Objekt zu zerstören. Für den

CT-Scan wird das Objekt im Computertomographen zwischen Röntgenquelle und Detektor platziert. Schrittweise wird der Prüfkörper um 360° gedreht. Nach jedem Schritt entsteht ein zweidimensionales Durchstrahlungsbild auf dem Detektor, sogenannte Projektionen.

Aus den einzelnen zweidimensionalen Bildern wird im Anschluss ein dreidimensionales Volumenmodell rekonstruiert. Aus diesem Volumenmodell lassen sich Oberflächendaten erzeugen, die als Basis für alle folgenden Auswertungen dienen. Unter anderem nutzt das SKZ die Computertomographen zur Analyse von Fügenähten an Holzfaserverbundwerkstoffen.

Vollständige und zerstörungsfreie Defektanalyse

Mit den CT-Daten lässt sich die Qualität der Fügenähte überprüfen. Ausschlaggebende Kriterien sind dabei die räumliche Orientierung der Holzpartikel, Lunker, Einschlüsse und die Stoffschlüssigkeit der Naht.

Bei der Schnittansicht eines Testobjektes aus Holzfaserverbundwerkstoff, das mit Ultraschall-Schweißen gefügt wurde, sind die Holzpartikel deutlich in der Kunststoffkomponente des WPC zu erkennen.

Visuelle Analyse gibt Auskunft über Qualität der Schweißnaht

Mit der visuellen Analyse dieser Schnittansichten ist es möglich auf die Qualität der Schweißnaht zu schließen. Dabei ist davon auszugehen, dass senkrecht zur Schweißnaht ausgerichtete Holzpartikel eine höhere Festigkeit der Schweißnaht bewirken. Parallel zur Schweißnaht liegende Partikel hingegen lassen darauf schließen, dass die Verbindung eine weniger hohe Festigkeit aufweist.

In einem weiteren Analyseschritt wird die Schweißnaht auf bestehende Defekte untersucht. Einschlüsse werden von der Auswertesoftware automatisch erkannt und anschließend durch eine Farbkodierung verschiedenen Größenkategorien zugeordnet.

Diese Methode ermöglicht eine vollständige und zerstörungsfreie Defektanalyse zum Beurteilen von Anzahl, Verteilung und Größe der vorhandenen Einschlüsse. Die Ergebnisse dieser Analyse dienen der Beurteilung der Qualität und Eignung der Kombination des verwendeten Holzfaserverbundwerkstoffs und der Fügemethode. (bm)

* Dipl.-Ing. Eduard Kraus und Dr. Benjamin Baudrit, Abteilung Fügen des SKZ Kunststoff-Zentrums, Würzburg. Dipl.-Ing. (FH) Svenja Schadek und Dr.-Ing. Martin Simon, Geschäftsführung Wenzel Volumetrik, Singen/Hohentwiel

(ID:36249560)