Besseres Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe (CFK)

Gemeinsam mit dem Wehrwissenschaftlichen Institut für Werk- und Betriebsstoffe (WiWeb) arbeitet das Fraunhofer IKTS an der Verknüpfung von unterschiedlichen Sensoren und deren Messdaten zur Verbesserung der Aussagefähigkeit zerstörungsfreier Prüfverfahren. Durch diese Kombination von Ultraschall-, Wirbelstrom- und Infrarot-Spektroskopieverfahren wird ein aussagekräftigeres Prüfergebnis generiert. Demonstriert werden aktuelle Beispiele dieser "Fusion" auf der ILA Berlin 2016.

Die etablierten Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe (CFK) liefern alleinstehend jeweils nur eingeschränkte Informationen über das Material. Ob makroskopische Eigenschaften, Texturparameter oder der Zustand des Matrixmaterials, kein bisher verfügbares Prüfverfahren kann allein alle Fragen beantworten. Zur umfassenden Prüfung von komplexen CFK-Strukturen ist der Einsatz mehrerer unterschiedlicher Prüfmethoden erforderlich.

Die bisher häufig eingesetzten Technologien wie Ultraschall oder die wirbelstrombasierte Prüfung unterscheiden sich in ihrer Abbildungsfunktion, d. h. sie erreichen eine bestimmte Ortsauflösung in Abhängigkeit von Messtiefe und Parametrierung. So wird über Ultraschall eine gute Bestimmung der Messtiefe erreicht, während wirbelstrombasierte Systeme eine hohe Ortsauflösung erlauben.

Ein neuartiger Ansatz kombiniert beide Verfahren. "So kann die gute Ortsauflösung des Wirbelstroms mit der Tiefenauflösung des Ultraschalls verknüpft werden. Durch die Kumulation der Ergebnisse der einzelnen Verfahren können mehr Schäden identifiziert und lokalisiert werden. Werden die Prüfergebnisse der einzelnen Prüfverfahren zudem noch korreliert, können auch Schäden gefunden werden, die mit einem Verfahren allein nicht detektiert werden können. Die Grundlage der korrelierenden Auswertung bilden komplexe Algorithmen, mit denen ein logischer Zusammenhang zwischen den Einzelergebnissen hergestellt wird" erklärt Jun.-Prof. Henning Heuer, Wissenschaftler am Fraunhofer IKTS, die Vorteile der Sensorfusion.

Im Rahmen der gegenwärtigen Forschungstätigkeiten, die neben Ultraschall und Wirbelstrom auch die Infrarot-Spektroskopie einbeziehen, werden Analogien zwischen den Prüfergebnissen typischer Schadmuster untersucht. Ziel der Forschungskooperation des WiWeb und des Fraunhofer IKTS ist es, "ein Instrument zu schaffen, das Schäden nicht nur lokalisiert, sondern darüber hinaus auch in der Lage ist, Auskunft über die Art von Schäden zu liefern".

Der aktuelle Forschungsstand wird den Besuchern der ILA an einem Demonstrator vom 1. bis 4. Juni 2016 am Stand der Bundeswehr in Halle 3 präsentiert.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS)