Belastbarkeit von Kunststoffbauteilen einfach und schnell prüfen

Ähnlich wie bei guten Immobilien heißt es auch bei Glas- und Kohlefasern: "Auf die Lage kommt es an", ganz besonders, wenn sie Kunststoffbauteile verstärken. Dank ihrer hervorragenden Eignung für den Leichtbau übernehmen diese Werkstoffe immer häufiger die Rolle von Metallbauteilen. Sie haben nicht nur ein geringeres Gewicht, auch ihre Herstellung im Spritzgussverfahren ist sehr effizient und lässt gestalterisch viele Freiheiten. Allerdings hängen die mechanischen Eigenschaften dieser Materialkombination von Lage, Länge und Ausrichtung der Fasern ab. Soll das Material mechanisch hoch beansprucht werden, ist es wichtig, diese Eigenschaften zu kennen, um die Belastungsgrenzen verlässlich vorhersagen zu können. Die Qualität von Simulationsrechnungen des Herstellungsprozesses reicht bei komplexen Bauteilen nicht in allen Bereichen aus, so dass Messungen zur Absicherung notwendig sind.

Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF hat aus diesem Grund eine Software entwickelt. Diese generiert aus Röntgen-Computertomografien die für eine mechanische Charakterisierung notwendigen Informationen über die Faserverteilung, dazu gehören Lage, Ausrichtung und Länge der Fasern. Neben der Robustheit des Algorithmus kam es den Wissenschaftlern bei der Entwicklung der grafischen Benutzeroberfläche vor allem auf einfache Bedienbarkeit an.

In den meisten Fällen benötigt der Anwender nur drei Angaben direkt aus dem Materialdatenblatt des Herstellers. Alle weiteren Schritte bis hin zum fertigen Bericht erfolgen automatisch. Der Bericht enthält ortsaufgelöste quantitative Informationen über Faserhäufungen, Faserlängenverteilungen und Faserorientierungsverteilungen als Komponenten zwei- und vierstufiger Orientierungstensoren in Form von Diagrammen, Tabellen und als importierbare Dateien. Zusätzlich liegen die Faserdaten als CAD-Datei vor. Zurzeit verwendet das Fraunhofer LBF die Software für Dienstleistungen und testet darüber hinaus deren Bedienbarkeit. Künftig soll es auch möglich sein, Lizenzen der Software zu erwerben.

Je nach Qualität der Aufnahme lassen sich Proben bis zu einem Fasergewichtsanteil von 50 Prozent analysieren. Werden handelsübliche Tischgeräte wie Mikrocomputer-Tomographen mit Auflösungen im Bereich bis zu drei Mikrometer zur Aufnahme der Tomographiebilder verwendet, so sind Analysen von Proben bis zu einem Fasergewichtsanteil von 30 Prozent möglich.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF)