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Leichtbau in der FahrzeugindustrieHagelschaden in CFK-Fahrzeugteilen erkennen

CFK Automobildach nach Hageleinschlag

Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffe (CfK) verlangen im Fahrzeugbau nicht nur neue Produktionstechnologien. Von der Konstruktion über Fertigung bis zu Reparatur und Recycling sind neue Strategien gefragt. Das Institut für Kunststofftechnik (IKT) untersucht, wie sich typische Schadensfälle in CfK-Verbundstrukturen auswirken und wie sie sicher und schnell detektiert werden.

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Hagel- oder Steinschlag sind typische Beispiele für bislang kaum aufgetretene Probleme beim Einsatz der Faserverbundbauteile in der Karosserie. Im Gegensatz zur Dellenbildung bei Metallen, sieht man diesen Kunststoffen mit dem bloßen Auge meist keine Schädigung. Aufgrund der nicht vorhandenen plastischen, energieaufnehmenden Verformung kann Hagelschlag zu einer inneren Schädigung führen, während die Oberfläche unbeschädigt bleibt. Eine derartige Stoßbelastung führt laut IKT meist zu lokalen Delaminationen. Die lassen sich jedoch mit zerstörungsfreien Prüfverfahren aufspüren und vermessen.

In der optisch angeregten Thermographie wird die Oberfläche des Prüfbauteils erwärmt und das zeitlichen Temperaturverhalten mit einer Infrarotkamera aufgezeichnet. Daraus lassen sich Rückschlüsse auf innere Strukturen ziehen. Befinden sich in einem Verbundwerkstoff Delaminationen, behindern diese direkt den Wärmeabfluss.

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Die Messdauer im abgebildeten Beispiel des CfK-Dachs beträgt 20 Sekunden bei einer Beleuchtung mit 2,5 Kilowatt starken Halogenstrahlern. Das Messergebnis: Neben der typischen gekreuzten Faserstruktur findet man auch mehrere Delaminationen. Der Nachweis von Hagel- oder ähnlichen Schäden in Faserkunststoffverbunden ist also zerstörungsfreie möglich. Er dauere kaum länger als eine gewöhnliche Sichtprüfung und erbringe Hinweise über mögliche innere Schädigung der Struktur. Hierzu muss das Dach nicht ausgebaut werden; die Messungen sind direkt am Fahrzeug, beispielsweise in der Werkstatt, durchführbar. Mithilfe der Messergebnisse soll durch Vergleich mit Referenzwerten eine Entscheidung bezüglich möglicher Reparaturmaßnahmen getroffen werden können.

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