DE102011080985A1

DE102011080985A1 - Verfahren zur Prüfung eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff

Info

Publication number: DE102011080985A1
Application number: DE102011080985A
Authority: DE
Inventors: Steffen Beck
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-08-16
Filing date: 2011-08-16
Publication date: 2013-02-21

Abstract

Zur Analyse von Bauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff ist es bekannt, auf das ebene Fasermaterial vor der Herstellung des Bauteils ein Punkteraster aufzubringen. Dazu können beispielsweise Farbpunkte auf das ebene Ausgangsmaterial aufgeklebt werden. Anschließend wird das Bauteil aus dem ebenen Fasermaterial hergestellt. Die dabei entstehenden Verformungen des Fasermaterials können anhand des Punkterasters ermittelt und ausgewertet werden. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Prüfung eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff zu schaffen, das eine Analyse einzelner Faser-Lagen ermöglicht. Erfindungsgemäß besteht das Verfahren zur Prüfung eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff mit mehreren übereinander angeordneten Lagen von Fasern zumindest aus den folgenden Schritten: Zunächst werden die einzelnen Lagen von Fasern übereinander angeordnet. Dabei wird auf zumindest einer am fertigen Bauteil nicht von außen sichtbaren Lage ein Punkteraster aus einem Kontrastmittel aufgebracht. Anschließend wird das Bauteil aus den übereinander angeordneten Lagen von Fasern hergestellt. Im letzten Verfahrensschritt wird nun das Bauteil mit einer durchstrahlenden Analysemethode untersucht. Mit Hilfe dieser Analysemethode wird das auf der zumindest einen Lage aufgebrachte Punkteraster sichtbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff.
Zur Analyse von Bauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff ist es bekannt, auf das ebene Fasermaterial vor der Herstellung des Bauteils ein Punkteraster aufzubringen. Dazu können beispielsweise Farbpunkte auf das ebene Ausgangsmaterial aufgeklebt werden. Anschließend wird das Bauteil aus dem ebenen Fasermaterial hergestellt. Die dabei entstehenden Verformungen des Fasermaterials können anhand des Punkterasters ermittelt und ausgewertet werden. Bei einem Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff können anhand des Punkterasters Scherwinkel und Faserwinkel aber auch Dehnungen und Stauchungen bestimmt werden.
Die Auswertung des Punkterasters ist allerdings nur möglich, wenn dieses auch sichtbar ist. Faserverbundbauteile bestehen fast immer aus mehreren Lagen aus Fasern, die untrennbar miteinander verbunden sind. Das Punkteraster ist aber nur auf einer äußeren Lage des Ausgangsmaterials sichtbar. Es ist keine Analyse des Verhaltens aller Lagen möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Prüfung eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff zu schaffen, das eine Analyse einzelner Faser-Lagen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Prüfung eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Der nebengeordnete Patentanspruch 5 bezieht sich auf entsprechendes Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff.
Erfindungsgemäß besteht das Verfahren zur Prüfung eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff mit mehreren übereinander angeordneten Lagen von Fasern zumindest aus den folgenden Schritten: Zunächst werden die einzelnen Lagen von Fasern übereinander angeordnet. Als Fasern können dabei beispielsweise Glasfasern, Kohlefasern oder Aramidfasern zum Einsatz kommen. Dabei wird auf zumindest einer am fertigen Bauteil nicht von außen sichtbaren Lage ein Punkteraster aus einem Kontrastmittel aufgebracht. Anschließend wird das Bauteil aus den übereinander angeordneten Lagen von Fasern hergestellt. Im letzten Verfahrensschritt wird nun des Bauteil mit einer durchstrahlenden Analysemethode untersucht. Mit Hilfe dieser Analysemethode wird das auf der zumindest einen Lage aufgebrachte Punkteraster sichtbar. Anhand des Punkterasters ist es nun möglich, eine genaue Aussage über das Verhalten und die Veränderung der Faser-Lage, auf der das Punkteraster aufgebracht ist, durch die Herstellung des Bauteils zu erhalten. So kann nicht nur das Verhalten der von außen am fertigen Bauteil sichtbaren Lagen von Fasern sondern das Verhalten jeder beliebigen Lage des gesamten Bauteils analysiert werden.
Diese Erkenntnisse sind von großer Bedeutung für eine optimale Auslegung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen, da in der Entwicklung meist noch Erfahrungswerte fehlen, wie sich die einzelnen Fasern bzw. Lagen an Fasern bei der Herstellung des Bauteils verhalten. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es jetzt, auf zerstörungsfreie Weise das Verhalten jeder beiliegen Lage analysieren zu können. Es kann nun auch auf eine einzelne Lage von Fasern ein Punkteraster aufgebracht werden, die am fertigen Bauteil nicht sichtbar ist. Die durchstrahlende Analysemethode ermöglicht es, das auf die Lage aufgebrachte Kontrastmittel sichtbar zu machen. So kann das Verhalten einzelner Lagen an Fasern bei der Herstellung des Bauteils nachvollzogen werden. Auch lokale Beschädigungen bei der Herstellung des Bauteils in einer Lage aus Fasern können so festgestellt und untersucht werden.
Basis für dieses Verfahren ist es, dass das Kontrastmittel auf die angewendete durchstrahlende Analysemethode abgestimmt ist, sodass es mit dieser Analysemethode wieder gut sichtbar gemacht werden kann. Hierfür eignen sich insbesondere bereits aus der Medizintechnik bekannte durchstrahlende Analysemethoden wie Röntgen- oder Computer-Tomografie-Verfahren. Für diese Verfahren sind auch die dazugehörigen Kontrastmittel aus der Medizintechnik bereits bekannt.
Das Kontrastmittel kann auf eine Lage von Fasern aufgedruckt werden. Dies ist eine besonders einfache Methode, das Kontrastmittel aufzubringen. Viele Kontrastmittel haben den Nachteil, dass sie zwar mit einer durchstrahlenden Analysemethode sichtbar gemacht werden können, für das normale Auge aber nur eine durchsichtige Flüssigkeit sind, die nur schwer erkennbar ist. Bevorzugt wird daher das Kontrastmittel mit einer konventionellen Farbe vermischt. So kann mit bloßem Auge überprüft werden, ob das Punkteraster aus dem Kontrastmittel fehlerfrei auf die Lage aus Fasern aufgebracht wurde.
Günstigerweise werden die übereinander angeordneten Lagen von Fasern vor dem Herstellen des Bauteils bereits ein erstes Mal mit der durchstrahlenden Analysemethode untersucht. Auf diese Weise ist genau dokumentiert, wo die einzelnen Punkte des Punkterasters sich vor dem Herstellen des Bauteils befinden. Wenn nun diese Daten mit den Ergebnissen der Analyse des Bauteils nach dem Herstellen verglichen werden, lässt sich eine sehr präzise Aussage über das Verhalten der Lage treffen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch gut geeignet, um festzustellen, ob bei einem Bauteil Risse in einer Lage aus Fasern aufgetreten sind. Wenn dies der Fall ist, sind diese über das Punkteraster feststellbar. Somit ermöglicht das Verfahren eine zerstörungsfreie Überprüfung der Bauteile bis in einzelne Lagen von Fasern hinein. Dies ist bei Faserverbundwerkstoffen von großer Bedeutung, da Risse einzelner Fasern, wie sie im Herstellungsprozess des Bauteils oder bei einer Überlastung des Bauteils entstehen können, oft nicht von außen an dem Bauteil festgestellt werden können. Das Bauteil weist aber nicht mehr seine ursprünglich angestrebte Steifigkeit und Festigkeit auf. Mit dem Verfahren können solche Vorschädigungen nun relativ leicht festgestellt werden. Dies ist beispielsweise bei tragenden Karosseriebauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff von großer Bedeutung. So kann das Karosseriebauteil nach dem Herstellungsprozess oder einem Crash äußerlich noch unbeschädigt ausschauen, einzelne Faser-Lagen können aber bereits vorgeschädigt sein. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es nun, solche Bauteile zerstörungsfrei überprüfen zu können.
Der Patentanspruch 5 bezieht sich auf ein Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff, das aus mehreren, übereinander angeordneten Faser-Lagen besteht, wobei auf zumindest eine am fertigen Bauteil von außen nicht sichtbare Lage ein Punkteraster aus einem Kontrastmittel aufgebracht ist. Idealerweise weisen mehrere Lagen derartige Punkteraster auf, die entweder aus unterschiedlichen Kontrastmitteln aufgebracht wurden oder einen definierten Versatz zueinander aufweisen, sodass die Punkteraster der einzelnen Lagen in der durchstrahlenden Analyse auseinander gehalten werden können.
Bauteile aus einem Faserverbundwerkstoff werden vor allem im Leichtbau eingesetzt, da sie vergleichbare Festigkeiten und Steifigkeiten wie konventionelle Bauteile aus Metall oder aus Kunststoff bei einem geringeren Gewicht aufweisen können. Dieser Gewichtsvorteil ist dann besonders groß, wenn die einzelnen Lagen aus Fasern optimal für die zu erwartenden Beanspruchungen des Bauteils ausgerichtet sind. Bevorzugt weist das Bauteil daher zumindest eine Lage aus gerichteten Fasern auf.

Claims

Verfahren zur Prüfung eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, wobei das Bauteil mehrere übereinander angeordnete Lagen von Fasern aufweist, bestehend aus zumindest den folgenden Schritten: – Übereinander Anordnen der einzelnen Lagen von Fasern, wobei auf zumindest einer am fertigen Bauteil nicht von außen sichtbaren Lage ein Punkteraster aus einem Kontrastmittel aufgebracht ist, – Herstellen des Bauteils aus den übereinander angeordneten Lagen von Fasern, – Analyse des Bauteils mit einer durchstrahlenden Analysemethode.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fertig übereinander angeordneten Lagen von Fasern zusätzlich mit einer durchstrahlenden Analysemethode analysiert werden, bevor das Bauteil daraus hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrastmittel aufgedruckt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als durchstrahlende Analysemethode ein Röntgen- oder Computer-Tomografie-Verfahren zum Einsatz kommt.
Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff, das aus mehreren, übereinander angeordneten Faser-Lagen besteht, wobei auf zumindest eine nicht von außen am Bauteil sichtbare Lage ein Punkteraster aus einem Kontrastmittel aufgebracht ist.
Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Lage aus gerichteten Fasern besteht.
Bauteil nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des Faserverbundwerkstoffs Kohlefasern, Aramidfasern oder Glasfasern sind.
Bauteil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kontrastmittel eine konventionelle Farbe beigemischt ist.