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20.01.2017 | Leichtbau | Nachricht | Onlineartikel

Forscher entwickeln zerstörungsfreie Prüfkonzepte für Hybridbauteile

Autor:
Angelina Hofacker

Für den sicheren Einsatz von leichtgebauten Hybridgussbauteilen erforschen drei Fraunhofer-Institute gemeinsam Prüfkonzepte, um die industrielle Serienfertigung dieser Bauteile zu ermöglichen.

Die Kombination von Druckgusslegierungen und Fasermaterialien oder Drähten eröffnet neue Potenziale für Bauteile in Leichtbauweise, wie sie Anwendungen insbesondere in der Automobilindustrie sowie der Luft- und Raumfahrt zunehmend erfordern. Wie die drei Institute IIS/EZRT, IZFP und IFAM der Fraunhofer-Gesellschaft wissen, existiert aber bislang noch kein Verfahren, das die zerstörungsfreie Qualitätsprüfung solcher Hybridbauteile zulässt. Für eine Serienfertigung ist dies jedoch eine Grundvoraussetzung.

Im Rahmen des Projekts "HyQuality— Hybridguss-Fertigung mit standardisierter Qualitätssicherung" bringen darum die drei Institute ihre jeweiligen Fachkompetenzen ein, um gemeinsam entsprechende Methoden hierfür zu entwickeln. Ziel der Forscher ist es, eine produktionsintegrierte und zerstörungsfreie Inline-Prüfung zu erarbeiten, die sämtliche Fehlerarten in hybriden Bauteilen sichtbar und somit überprüfbar machen soll.

Röntgenverfahren für eine zerstörungsfreie Qualitätsprüfung

Um die Kontaktfläche zwischen Faser-, Draht- oder Blechverstärkung und Gussmatrix genau zu erkennen und deren Qualität bewerten zu können, ist den Forschungspartnern zufolge eine bildgebende Technologie, die das Material möglichst hochauflösend darstellt, erforderlich. Röntgentechnik, Computertomographie und Thermographie sind drei der Technologien, die in diesem Zusammenhang infrage kommen.

Die Forscher favorisieren hierbei die industrielle Röntgentechnik und insbesondere die Computertomographie, da diese ein effektives Monitoring zur dreidimensionalen Untersuchung von Bauteilen böten. Selbst winzige Defekte im Materialinneren können mit der Technik sichtbar gemacht werden, wissen die Forscher am Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT, deren Kernkompetenzen auf dem Gebiet des zerstörungsfreien Monitorings entlang des gesamten Produktlebenszyklus liegen. Ein wesentlicher Entwicklungsschwerpunkt der Forscher am EZRT ist die Produktionsüberwachung in Gießereien mit Inline-CT-Systemen, die Abweichungen vom optimalen Produktionsprozess frühzeitig erkennen.

Aktive Thermographie zur schnellen Fehlerdetektion

Neben Röntgenverfahren sollen im Vorhaben auch thermographische, akustische und magnetische Prüfverfahren durch das Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP in Saarbrücken eingesetzt werden. Die sogenannte aktive Thermographie soll eine schnelle und leicht automatisierbare Fehlerdetektion wie beispielsweise die Erkennung von Delaminationen und Faserbrüchen in CFK-Komponenten oder Risserkennungen erlauben, berichten die Forscher des IZFP. Dabei werde bauteilabhängig mittels optischer Impulse, Ultraschall oder Induktion angeregt und bei Auflösungen von circa 15 Millikelvin und einer Bildfrequenz von 20 Kilohertz sollen schließlich kleinste, beispielsweise durch Fehlstellen verursachte Schwankungen im Wärmefluss erkannt werden können.

Ebenso vielfältig falle die Ultraschallprüfung aus. Je nach Anforderungen sollen im Projekt Prüfungen mit elektromagnetischem Ultraschall (EMUS), Luftultraschall oder Hochfrequenzultraschall im Wasserbad eingesetzt werden. Ergänzt werde diese Auswahl durch die Verwendung von Mehrfrequenz-Wirbelstromprüfungen. Durch die Anregungen mit Frequenzen von 100 Hertz bis 10 Megahertz sollen sich Gefügeunterschiede im Metall ebenso detektieren lassen wie Schichttrennungen und Risse.

Ziel der Entwicklerteams der drei Fraunhofer-Institute ist es, alle Verfahren im Hinblick auf eine fertigungsintegrierte Inline-Prüfung für den Hybridguss zu bewerten. Um die Eignung jeder der zerstörungsfreien Prüfmethoden zu bestimmen und einen wissenschaftlichen Vergleich zu ziehen, wollen die Forscher die im Projekt hergestellten Proben und Bauteile im Nachgang zerstören. Die Resultate der zerstörenden Prüfung sollen dabei als Referenzergebnisse dienen und zum Vergleich mit den Ergebnissen der zerstörungsfreien Prüfung herangezogen werden.

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