DGZfP-JAHRESTAGUNG 2003

ZfP in Anwendung, Entwicklung und Forschung

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Beurteilung der Klebeverbindung zwischen Stahl und faserverstärkten Kunststoffen mittels Akustischer Emission

H. Kühnicke
Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren, Außenstelle für Akustische Diagnose
und Qualitätssicherung EADQ, Dresden
Kontakt: Kühnicke Horst Dr.rer.nat.habil.

Kurzfassung

Im Schwermaschinenbau wird Stahl als bevorzugter Werkstoff eingesetzt. Der Ersatz von Stahl durch faserverstärkte Polymere hat unter anderen die Vorteile einer Gewichtsreduzierung und einer besseren Beständigkeit gegen aggressive Umwelteinflüsse. Im Schwermaschinenbau besteht deshalb ein Interesse an einer schrittweisen Einführung der neuen Werkstoffe. Ein Nachteil der neuen Werkstoffe ist, dass insbesondere ihr Langzeitverhalten bisher nur schlecht beurteilt werden kann. In diesem Zusammenhang wird nach für den Schwermaschinenbau geeigneten Verbindungstechniken zwischen Stahl und faserverstärkten Polymeren gesucht.

Mit Hilfe des zerstörungsfreien Prüfverfahrens "Akustische Emission" wurde in der Entwicklungsphase die Qualität verschiedener Klebeverfahren und die Eignung der konstruktiven Gestaltung der Klebeflächen für die Verbindung von GFK-Gestängen mit Stahlhülsen beurteilt. Zu diesem Zweck wurden Zugproben gefertigt, bei denen an den Enden einer kurzen GFK-Stange Metallhülsen aufgeklebt wurden, die für eine Aufnahme in eine Zugmaschine geeignet waren.

Für die Beurteilung der Eignung des Klebstoffes und des konstruktiven Aufbaus der Klebestellen erwies sich der Einsatz der Akustischen Emission verbunden mit einer mehrfachen Zugbelastung als geeignet. Als Kriterium für die Schädigung der Klebeverbindung wurden der Anstieg der Intensität, der Aktivität und der Energie bei zwei aufeinanderfolgenden Belastungen verwendet.

An den beiden Stahlhülsen wurden jeweils zwei breitbandige Schallemissionssensoren mit integrierten Vorverstärkern befestigt. Für die erfolgreiche Durchführung der Tests erwiesen sich die Möglichkeiten des Schallemissionssystems AE.sys, alle Signalformen aufzuzeichnen, als wichtig. Dies erlaubte trotz der komplizierten Geometrie und der beiden unterschiedlichen Werkstoffe eine gute lineare Ortung und die sichere Aussonderung verschiedener Störsignale.

Die Schallemission kam zum Einsatz, da die Entwickler mit Ultraschall und Röntgenverfahren keine Qualitätsunterschiede der Klebeverbindung nachweisen konnten.

STARTHerausgeber: DGfZPProgrammierung: NDT.net