ZfP von filigranen und von großen Faserverbund-Bauteilen

- mobil, schnell, überall -

Faserverbundwerkstoffe kombinieren hohe Festigkeiten mit geringem Gewicht und bieten damit herausragende mechanische Eigenschaften. Sie ermöglichen Konstruktionen, die leichter, leistungsfähiger und langlebiger sind als je zuvor. Die Kameratomografie übernimmt die Prüfung unabhängig vom eingesetzten Werkstoffverbund wie CFK, GFK oder NFK. Zudem arbeitet sie berührungslos und ist somit für jegliche Geometrien geeignet:

• flache Laminate

• 3D Sandwichbauteile

• zylindrische Wickelstrukturen

• komplex geformte Körper (im Folgenden)

Kleinste Fehler können die strukturelle Integrität und Lebensdauer eines Bauteils erheblich beeinträchtigen. Mit TENTA aufgespürt werden:

• Lufteinschlüsse

• Delaminationen

• Harznester

• Faserbrüche

• Mikrorisse

• Klebefehler

Die Kameratomografie detektiert Steifigkeitsinhomogenitäten mit nanometer-Sensitivität. Auf Basis dessen wird neben Fehlstellen auch der Spannungsverlauf in den Faserbündeln sichtbar. Somit kann gleich einer optischen FEM-Analyse nachträglich der reale Spannungspfad mit der Simulation korreliert werden.

Simulierter Spannungspfad mit Riss und resultierendem Spannungsmaximum in einem CFK-Faserbündel vs. Nanodeformation mit Konzentration am Riss

Der folgende Use-Case zeigt den schnellen, mobilen Einsatz der TENTA Technologie zur Prüfung des „BMW M Visionary Material Seat” (Altair ENLIGHTEN AWARD ausgezeichnet, Konsortium: AMC, BMW M GmbH, csi, DITF, Lasso, Gradel). Bei dem sogenannten Raumwickeln „xFK in 3D“ werden Faserbündel um Buchsen gewickelt, die frei im Raum angeordnet sind, sodass additiv eine komplexe Struktur ähnlich einem Fachwerk entsteht. Zum einen machen die zylindrischen, schwarz glänzenden Bündel eine oberflächliche visuelle Kontrolle fehleranfällig. Zum anderen macht die komplexe Gesamtstruktur den Einsatz klassischer ZfP-Verfahren problematisch (Röntgen) bis unmöglich (Ultraschall). Das TENTA System löst beides sicher.

Der per Cobot (von Kassow Robots) geführte TENTA Prüfkopf wird auf einer mobilen Säule direkt in der Fertigungshalle platziert. Vorbereitet mittels CAD des Prüfbauteils verfährt der Roboter in ca. 40 Sekunden an 17 Prüfstellen und bildet somit die Vorder- und Rückseite des Sitz vollständig optisch ab. Die automatische Prüfung der Fasergeometrien als auch der Verbundqualität erfolgt in jeweils ca. 1 Sekunde. Hierbei kommt ausschließliches augensicheres Licht zum Einsatz. Findet das System eine Schwachstelle oder Auffälligkeit, stoppt es, sodass ein Prüfer sofort reagieren und digital quittieren kann, wie mit dem Defekt weiter umgegangen wird (z. B. Reparatur).

Neben dem robotergeführten Automatikbetrieb ist das TENTA System einsatzbereit für den schnellen, flexiblen Einsatz im Labor, der Produktionshalle oder auch im Feld. Der Sensor wird auf jedes gängige Kamerastativ gesteckt, das Stativ ausgefahren und ein Prüfbereich bis 720 mm x 360 mm betrachtet. Mittels manueller Anregungseinheit wird der Bereich thermisch gestresst (2 K bis 3 K Temperaturerhöhung) und der Tiefenblick per Knopfdruck aktiviert. Im Falle von großen Windkraftflügeln kann die Integrität des Sandwich-Aufbaus somit unmittelbar bewertet werden. Schäden können lokalisiert und gleich repariert werden. Anschließend kann ebenfalls das Reparatur-Ergebnis digital festgehalten werden.

Mobiles System im Feldeinsatz bei der Windkraftflügel-Prüfung: Lokal geschädigtes Faserbündel rot markiert