Qualität sichern im Leichtbau

Auf der Messe Composites Europe (27. bis 29. Oktober) in Stuttgart stellen sie in Halle 4, Stand D04 ein neuartiges zerstörungsfreies Diagnoseverfahren vor.

Boote, Flugzeuge oder Raumfähren werden immer leichter: Leichtbaustrukturen helfen dabei, Kraftstoff zu sparen und den CO2-Ausstoß zu senken.

„Damit Polizei und Seenotrettung sich auch bei schwerer See auf ihre Lifeboats verlassen können, werden Leichtbauteile auf dem Weg in die Praxis einer umfangreichen Qualitätssicherung unterzogen“, weiß Joachim Montnacher, Abteilungsleiter Prüfsysteme am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und

Automatisierung IPA in Stuttgart. Zusammen mit Dr. Tina Wilhelm, Gruppenleiterin Mess- und Prüftechnologie, und dem Kollegen Wolfgang Schmidt beschäftigt sich der Experte mit Qualitätssicherungssystemen für den Leichtbau. Auf der Messe Composites Europe stellen die Forscher eine Kombination aus zwei Prüfsystemem vor – Shearografie und Thermografie.

„Shearografie ist ein laseroptisches Verfahren, mit dem sich Materialverformungen im dreistelligen Nanometerbereich messen lassen. Bei der Thermografie misst man Temperaturunterschiede an der Oberfläche von Materialien mit einer Genauigkeit von wenigen Millikelvin. Wenn an der Klebestelle eines Bauteils eine Luftblase eingeschlossen ist, misst die Thermografiekamera andere Wärmewerte als an korrekt verklebten Stellen. Bei der Shearografie dehnt sich das Material an der Fehlstelle anders aus“, beschreibt Wilhelm das Prüfprinzip. Für beide Verfahren muss der Werkstoff entweder mechanisch, thermisch oder elektrisch – mit Energie, Ultraschall oder Licht – angeregt werden. Die Experten messen zweimal: einmal vor und einmal nach der Anregung. Die Messwerte zeigen deutlich, wo bei den Werkstoffen im Verarbeitungsprozess Delaminationen, das heißt Fehler in Klebeverbindungen, aufgetreten sind.

„Für die Prüfung nutzt man je nach Verfahren unterschiedliche physikalische Effekte. Wichtig ist, dass man bei beiden Technologien zuverlässig Fehler entdeckt – und zwar sowohl an der Oberfläche als auch im Inneren der Bauteile. Da man das zu prüfende Material sowieso anregen muss, spart man sich bei der Kombination einen Arbeitsschritt und verbessert gleichzeitig die Qualitätskontrolle“, fasst Montnacher die Funktionsweise der Messung und den Vorteil der Kombination zusammen. An einer Kupplungsscheibe demonstrieren die IPA-Forscher auf der Messe die beiden Prüftechnologien.

Im Labor arbeiten die Forscher derzeit nicht nur mit der Kombination der beiden Messprinzipe. Ein wesentlicher Schwerpunkt der Arbeitsgruppe ist es herauszufinden, für welche Materialien sich die Shearografie besser eignet, um versteckte Delaminationen zu finden, und wo es besser ist, die Thermografie einzusetzen. „Hier gibt es noch erheblichen Forschungsbedarf“, sagt Wilhelm.