DE102011080985A1 - Testing a component made of fiber composite material, which comprises many superposed layers of fibers, comprises superposing individual layers of fibers, producing the component from superposed fiber layers, and analyzing the component - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff.The invention relates to a method for testing a component made of a fiber composite material.
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.For the analysis of components made of a fiber composite material, it is known to apply a point grid to the planar fiber material prior to the manufacture of the component. For this purpose, for example, color dots can be glued to the planar starting material. Subsequently, the component is produced from the flat fiber material. The resulting deformations of the fiber material can be determined and evaluated using the point grid. In the case of a component made of a fiber composite material, it is possible with the aid of the point grid to determine the shear angle and the fiber angle, but also expansions and compressions.
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.However, the evaluation of the point grid is only possible if this is also visible. Fiber composite components almost always consist of several layers of fibers that are inextricably linked. The point grid is only visible on an outer layer of the starting material. No analysis of the behavior of all layers is possible.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Prüfung eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff zu schaffen, das eine Analyse einzelner Faser-Lagen ermöglicht.The object of the invention is to provide a method for testing a component made of a fiber composite material, which allows an analysis of individual fiber layers.
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.This object is achieved by a method for testing a component made of a fiber composite material having the features of patent claim 1. The independent claim 5 relates to corresponding component made of a fiber composite material.
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.According to the invention, the method for testing a component consists of a fiber composite material having a plurality of layers of fibers arranged one above the other at least from the following steps: First, the individual layers of fibers are arranged one above the other. As fibers, for example, glass fibers, carbon fibers or aramid fibers can be used. In this case, a point grid made of a contrast agent is applied to at least one layer not visible from the outside on the finished component. Subsequently, the component is produced from the superimposed layers of fibers. In the last method step, the component is then examined with a through-beam analysis method. With the aid of this analysis method, the point grid applied to the at least one layer becomes visible. Using the point grid, it is now possible to obtain an accurate statement about the behavior and the change in the fiber position, on which the point grid is applied, by the production of the component. Thus, not only the behavior of the layers of fibers visible from the outside on the finished component but also the behavior of any position of the entire component can be analyzed.
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.These findings are of great importance for an optimal design of components made of fiber composite materials, since development usually still lacking experience of how the individual fibers or layers of fibers behave during the production of the component. The method according to the invention now makes it possible to analyze the behavior of each enclosed layer in a non-destructive manner. It can now be applied to a single layer of fibers, a point grid, which is not visible on the finished component. The transparent analysis method makes it possible to visualize the contrast agent applied to the layer. Thus, the behavior of individual layers of fibers in the manufacture of the component can be reproduced. Also, local damage in the manufacture of the component in a layer of fibers can be determined and examined.
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.The basis for this method is that the contrast agent is matched to the applied through-beam analysis method, so that it can be made visible again with this analysis method. For this purpose, in particular already known from medical technology radiating analysis methods such as X-ray or computer tomography method. For these methods, the associated contrast media from medical technology are already known.
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.The contrast agent can be printed on a layer of fibers. This is a particularly simple method of applying the contrast agent. Many contrast agents have the disadvantage that, although they can be visualized with a penetrating analysis method, the normal eye is only a transparent liquid that is difficult to recognize. Preferably, therefore, the contrast agent is mixed with a conventional color. Thus, it can be checked with the naked eye whether the point grid was applied from the contrast agent error-free to the layer of fibers.
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.Conveniently, the superposed layers of fibers are already being examined for the first time with the through-beam analysis method before the component is produced. In this way, it is precisely documented where the individual points of the point grid are located before the component is manufactured. By comparing these data with the results of the analysis of the part after fabrication, it is possible to make a very precise statement about the behavior of the layer.
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.The method according to the invention is also well suited for determining whether cracks in a layer of fibers have occurred in a component. If this is the case, they can be detected via the point grid. Thus, the method allows a non-destructive inspection of the components into individual layers of fibers inside. This is of great importance in the case of fiber composite materials, since cracks in individual fibers, such as can occur in the production process of the component or in the event of overloading of the component, can often not be determined from the outside on the component. However, the component no longer has its originally desired rigidity and strength. With the method such pre-damages can now be determined relatively easily. This is of great importance, for example, in load-bearing body components made from a fiber composite material. Thus, the body component after the manufacturing process or a crash look outwardly undamaged, but individual fiber layers may already be damaged. The method according to the invention now makes it possible to check such components non-destructively.
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.The claim 5 relates to a component made of a fiber composite material, which consists of several superimposed fiber layers, wherein on at least one of the finished component from the outside not visible position a point grid is applied from a contrast agent. Ideally, several layers have such point gratings, which were either applied from different contrast agents or have a defined offset from one another, so that the point patterns of the individual layers can be kept apart in the through-beam analysis.
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.Components made of a fiber composite material are mainly used in lightweight construction, since they can have comparable strengths and stiffness as conventional components made of metal or plastic at a lower weight. This weight advantage is particularly great when the individual layers of fibers are optimally aligned for the expected stresses of the component. The component therefore preferably has at least one layer of oriented fibers.
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