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Überprüfung von Fügenähten

Industrielle Computertomographen für die Prüfung neuer Materialien
Überprüfung von Fügenähten

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Das Kunststoff-Zentrum (SKZ) in Würzburg nimmt in der Entwicklung von neuen faserverstärkten Materialien eine führende Rolle für die Industrie ein. Dabei greift das SKZ nicht nur auf modernste Fertigungsverfahren zurück, sondern auch auf neue Technologien im Bereich der Mess- und Prüftechnik. Für diverse Fragestellungen und die Qualitätsanalyse finden im SKZ zwei Exact Computertomographen aus dem Hause Wenzel Volumetrik ihren Einsatz.

Die Arbeitsbereiche des Kunststoff-Zentrums sind vielfältig. Neben einem umfangreichen Angebot an Aus- und Weiterbildung von Fach- und Führungskräften sowie Analyse und Prüfung von Kunststoffen und Produkten, werden durch das SKZ im Bereich Forschung und Entwicklung auch neue Faser-Verbund-Materialien entwickelt und erprobt. Ein Beispiel für eine solche Entwicklung sind die sog. WPC (Wood Plastic Composites, Deutsch: Holz/Kunststoff-Verbund-Werkstoffe).

Hervorragende dreidimensionale Formbarkeit
Wood-Plastic-Composites sind neuartige thermoplastisch verarbeitbare verstärkte Werkstoffe, die aus unterschiedlichen Anteilen von Holz, Kunststoffen und Additiven bestehen. Diese finden häufig ihre Verwendung im Baugewerbe, aber auch in der Automobil- und Möbelindustrie. Dabei zeichnen sich diese Materialien durch ihre hervorragende dreidimensionale Formbarkeit aus. Sie haben, verglichen mit traditionellen Holzwerkstoffen, eine höhere Feuchte- und UV-Resistenz und besitzen gegenüber unverstärkten Kunststoffen eine deutlich höhere Steifigkeit. Um verkaufsfähige Artikel, wie z.B. Fensterrahmen, Gehäuse, Endplatten, Verbindungselemente für den Küchenbereich oder Verkleidungen für die Automobilindustrie zu produzieren, müssen sehr häufig Fügeverfahren angewendet werden. Für diese neuartigen Materialien werden derzeit das Schweißen und das Kleben als Fügeverfahren erprobt. Fehler in den Fügeflächen können allerdings Fügeverbindungen schnell zur Schwachstelle im WPC-Bauteil werden lassen und damit dessen Lebensdauer drastisch beeinträchtigen. Folglich besteht seitens der Kunststoffindustrie großes Interesse an einer Prüfung von thermisch und klebtechnisch gefügten Bauteilen.
Ganzheitliche Analyse mit einem CT-Scan
Die Exact Computertomographen von Wenzel Volumetrik ermöglichen eine ganzheitliche Analyse der Prüfobjekte. Durch die Verwendung industrieller Computertomographie kann eine vollständige dreidimensionale Rekonstruktion des Prüfobjektes hergestellt werden, die es dem Prüfer ermöglicht, kleinste innere Strukturen und Defekte zu analysieren, ohne dabei das Objekt zu zerstören. Für den CT-Scan wird das Objekt im Computertomographen zwischen Röntgenquelle und Detektor platziert (Abbildung 1). Der Prüfkörper wird schrittweise um 360° gedreht. Nach jedem Schritt wird ein 2 dimensionales Durchstrahlungsbild auf dem Detektor erzeugt. Dabei handelt es sich um so genannte Projektionen. Aus den einzelnen 2 dimensionalen Bildern wird im Anschluss ein 3 dimensionales Volumenmodell rekonstruiert. Aus diesem Volumenmodell werden Oberflächendaten erzeugt, welche die Basis für alle folgenden Auswertungen darstellen. Im SKZ werden die Exact Computertomographen u.a. für die Analyse von Fügenähten an Holzfaserverbundwerkstoffen eingesetzt. Mittels der CT-Daten kann die Qualität der Fügenähte überprüft werden. Ausschlaggebende Kriterien sind dabei die räumliche Orientierung der Holzpartikel, Lunker, Einschlüsse und die Stoffschlüssigkeit der Naht.
Vollständige und zerstörungsfreie Defektanalyse
In Abbildung 3 ist eine Schnittansicht eines Testobjektes aus einem Holzfaserverbundwerkstoff (Abbildung 2) dargestellt, welches mittels einer Ultraschall-Schweißung gefügt wurde. Aufgrund der unterschiedlichen Dichtegrade des Matrixmaterials und der Holzfasern, sind die Holzpartikel deutlich in der Kunststoffkomponente des WPC zu erkennen (Abbildung 3). Durch die visuelle Analyse solcher Schnittansichten ist es möglich auf die Qualität der Schweißnaht zu schließen. Dabei ist davon auszugehen, dass senkrecht zur Schweißnaht ausgerichtete Holzpartikel eine höhere Festigkeit der Schweißnaht bewirken. Wohingegen parallel zur Schweißnaht liegende Partikel auf eine weniger hohe Festigkeit der Verbindung schließen lassen.
In einem weiteren Analyseschritt wird die Schweißnaht hinsichtlich bestehender Defekte untersucht. Einschlüsse werden durch die Auswertesoftware automatisch erkannt und durch eine Farbkodierung verschiedenen Größenkategorien zugeordnet (Abbildung 4). Diese Methode ermöglicht eine vollständige und zerstörungsfreie Defektanalyse zur Beurteilung von Anzahl, Verteilung und Größe der vorhandenen Einschlüsse. Die Ergebnisse dieser Analyse dienen der Beurteilung der Qualität und Eignung der Kombination von dem verwendeten Holzfaserverbundwerkstoff und der Fügemethode.
Autoren:
Dipl.-Ing. Eduard Kraus | Abt. Fügen | Tel.: 0931 4104 480 | e.kraus@skz.de
Dr. Benjamin Baudrit | Geschäftsfeldleiter Abt. Fügen | Tel.: 0931 4104 180 | b.baudrit@skz.de
Dipl.-Ing. (FH) Svenja Schadek | Produktmanagement | Tel.: 06020 201 6117 | svenja.schadek@Wenzel-group.com
Dr.-Ing. Martin Simon | Geschäftsführung Wenzel Volumetrik | Tel.: 07731 14436 120 | m.simon@volumetrik.com
Über das Kunststoff-Zentrum
Das SKZ ist die Adresse, wenn es um Kunststoff geht. Als größtes Kunststoff-Institut Deutschlands bieten wir praxisgerechte Lösungen – zielgerichtet auf Ihre Bedürfnisse zugeschnitten. Dabei verstehen wir uns seit nunmehr 50 Jahren als Partner der Kunststoff-Industrie. Das SKZ beschäftigt ca. 270 Mitarbeiter.
Durch Qualitätsprüfungen und Gütesicherung unterstützen wir Ihre Produktpolitik und liefern wertvolle Argumente für Ihre Absatzmärkte. Wir sind Marktführer für Weiterbildung und Wissenstransfer im Bereich Kunststoff mit mehr als 10.000 Teilnehmern jährlich. Im Bereich der Forschung stehen wir für marktgerechte Entwicklung und Verbesserung von Produkten und Produktionstechnologien. Mit der Zertifizierung von Managementsystemen bieten wir die beste Voraussetzung für Leistungsfähigkeit und wirtschaftlichen Erfolg.
SKZ – Das Kunststoff-Zentrum, Friedrich-Bergius-Ring 22, 97076 Würzburg, http://www.skz.de
Über die Wenzel Group
Die Wenzel Group GmbH & Co. KG gehört zu den Marktführern in der Messtechnik. Die umfangreiche Produktpalette umfasst innovative Lösungen in den Bereichen Koordinaten- und Verzahnungsmesstechnik, Computertomographie sowie Highspeed Mess- und Digitalisiersysteme. Zu den Hauptabnehmern zählen Kunden aus der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt sowie dem Maschinenbau. Das Unternehmen besitzt Tochtergesellschaften weltweit und verfügt über ein Netzwerk aus Service- und Vertriebspartnern in über 50 Ländern. Die Wenzel Group beschäftigt ca. 630 Mitarbeiter.
Wenzel Group, Tel.: 06020 201 6110, E-Mail: evelin.arnold@Wenzel-cmm.com
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