Carbonfaser-Prüfung

Die Charakterisierung der Materialstruktur von Carbonfasertextilien, Preforms und Compositen ist Hauptprüfaufgabe. Im Speziellen ist es wichtig, dass die Faserorientierung einzelner Lagen im Werkstoffverbund während der Herstellung gleichbleibend ist. Die EddyCus Geräte untersuchen die innere Struktur der unterschiedlich orientierten, mehrlagigen Werkstoffe. Der Anwender erhält durch den sogenannten EC-Scan Informationen über:

• die Faserorientierung und -stapelung,
• die Faserverteilung und Inhomogenitäten.

Die EddyCus CF Produkte ermöglichen eine detaillierte Faserstruktur-Analyse in hoher Auflösung auch in verdeckten Lagen. Defekte können vom Nutzer erkannt und klassifiziert werden. Die folgenden Fehler sind typischerweise detektierbar: 

• Verformungen & Fehlausrichtungen
• Falten & Überlappungen,
• Fuzzy balls (Flusen),
• Gassen & Wellen

Das zerstörungsfreie Prüfverfahren ist besonders geeignet für Carbonfaser Gelege und Verbundwerkstoffe. Kleine wie große Teile können von den EddyCus CF Geräten gescannt werden.

Die Wirbelstromtechnologie nutzt die elektrische Leitfähigkeit der Carbonfasern, um einen EC-Scan zu erzeugen. Diese Möglichkeit grenzt sie von anderen zerstörungsfreien Prüfmethoden ab und ist das Fundament für SURAGUS innovative Produkte.

3D geformte Teile insbesondere Preformen können in kritischen Bereichen zerstörungsfrei geprüft werden. In den sogenannten regions of interest (ROI) können mögliche Falten, Gassen oder Verzerrungen und Verformungen erkannt werden. Hierfür wird ein kleiner Sensor von einem Roboter orthogonal entlang der Kontur geführt um verdeckte Defekte der inneren Schichten zu detektieren. Die Daten können anschließend mit dem Analysetool EddyEVA ausgewertet werden. Prozessingenieure können die Daten des Faserflusses oder der Faserbewegung mit ihren Ergebnissen der FEM oder Prozessimulationen vergleichen. 

Wesentlicher Partner dieser Lösung ist das Fraunhofer IKTS. Es werden Stereokameras zur Aufnahme der Geometrie der einzelnen Teile eingesetzt, um darauf eine Bahnplanung für die Sensoren zu erstellen. In einer digitalen Messzelle kann man vor Fahrtbeginn eine Kollisionsprüfung durchführen um reale Schäden des Prüflings oder des Wirbelstrom-Sensors zu vermeiden.

Automatisierte Auswertung ist der Schlüssel zur Kontrolle des Herstellungsprozesses in der Carbonfaserproduktion. Die EddyEVA Software ist ein eigenständiges Tool, um Fehler bei der manuellen Beurteilung von Teilen zu vermeiden. Sobald Schwellenwerte definiert wurden, können alle Wirbelstrom-Scans in Bezug auf die Faserorientierung, Gassen oder andere Fehler evaluiert werden. Alternativ kann auch eine Referenz verwendet werden um guten und schlechte Teile zu vergleichen und eine Entscheidung zu treffen.

Mittels der neuartigen SURAGUS-Prüftechnologie kann das Flächengewicht von Carbonfasertextilien kontaktfrei bestimmt werden. Proben können durch ein sogenanntes Mapping auf lokale Anhäufungen und Orte mit hoher oder niedriger Dichte von Carbonfasern untersucht werden.

Das EddyCus CF System ermöglicht die örtliche Bestimmung des Flächengewichts von Carbonfasergelegen, Kurzfasern oder Wirrfasern. Zusätzlich kann es für die inline Prozesskontrolle eingesetzt werden.

• Inline Überwachung des Faserflächengewichts oder hochauflösende Scans von einzelnen Faserflächengewichts-Systemen
• Überwachung und Prozessanpassung nach Materialveränderung über Fernzugriff möglich
• Zeitstempel oder Trigger gesteuert 

Die Sensoren können, zur Inline Prozesskontrolle, nebeneinander angeordnet werden um jede Materialbreite überwachen zu können. Mit den gewonnen Messdaten kann wiederrum die verarbeitende Maschine gesteurt werden um z.B. den Produktionsprozess der Carbonfaservliese innerhalb seiner Toleranzen zu führen. Zusätzlich kann jede Rolle mit einem Datenblatt ausgestattet werden, um das lokale Faserflächengewicht an einer beliebigen Position der Rolle zu zeigen.

Die Isotropie beschreibt, ob ein Material in alle Richtungen über die gleichen Materialeigenschaften verfügt, wie sonst typische Metallgitterstrukturen. Anisotrope Materialien haben degegen eine vorherschende Faserorientierung und eine ungleiche Verteilung der mechanischen Belastbarkeit wie zum Beispiel UD- Carbonfasermaterialien. Deshalb ist es insbesondere für Kurzfaserprodukte wichtig die Winkelausrichtung zu überwachen,  damit das Material von außen auftretende Kräfte gut verteilen bzw. aufnehmen kann.

Die Technologie der EddyCus Systeme ermöglicht die Bestimmung des Zustandes der Isotropie durch die Messung der Massenfaserorientierung. Ähnlich wie bei Zugversuchen in verschiedene Richtungen ermöglichen die Daten einen Rückschluss auf die Orientierung in der gleichen Lage. Die Messung erfordert keine zerstörende Prüfung.

Matrix-Defekte, andere Verbundwerkstoffe und Geometrie-/Kontur-Tests

Das klassische Wirbelstromverfahren ist sehr stark auf das Vorhandensein von elektrisch leitfähigem Material angewiesen. SURAGUS erweitert diesen Ansatz in Richtung exakter und sehr schneller Prüfung von nicht leitfähigem Material wie glasfaserverstärkter Kunststoff oder reine Polymere.

Für spezifische Messaufgaben kombiniert SURAGUS die auf der Wirbelstromtechnologie basierenden Sensoren mit ergänzender Ultraschalltechnik oder Laser-Technologie. Diese hybriden Systeme stellen eine optimale Lösung für jede Prüfaufgabe dar.

Matrix-Defekte

Matrix-Systeme sind typischerweise nicht leitfähige Polymere, die die Aufgabe haben verstärkte Fasern zu schützen und zu stabilisieren.  Aus elektroperspektive agieren CFRP-Matrizen als dielektrischer Separator wischen den leitfähigen Fasern. Dielektrische Eigenschaften können mittels des Einsatzes spezifischer SURAGAUS-Sensoren, die mit hoher Frequenz arbeiten, aufgenommen und in der Tiefe analysiert werden.

Andere Verbundwerkstoffe (z.B. GFRP)

SURAGUS Hochfrequenz Wirbelstrom-Technologie reagiert sensibel auf eine dielektrische Materialeigenschaft, die Permitivität genannt wird. The Prüfsystem misst präzise die effektive Permitivität und zeigt lokale Veränderungen in der analysierten Probe. Ein SURAGUS Sensor-Scan offenbart das Layup eines glasfaserverstärkten Kunststoffs und jede lokale Inhomogenität in hoher Auflösung, ohne ein zusätzliches Medium, X-Strahlung oder Berührung der Probe vorauszusetzen.

Überwachung der Permitivitäts-Veränderung über die Zeit

• Überwachung der Aushärtung
• Überwachtung der Alterung

Mappen der Homogenität der Permitivität

• Lokale Aushärtungsdefekte identifizieren
• Lokale Beschädigungen finden
• Textur der GFRP analysieren

Quantitative Permitivitätskontrolle?

• Messen der Permitivität
• Bestimmung eines großen Teils der Materialzusammensetzung z.B. resin content of composite
• Dielektrische Schichtcharakterisierung

Zusatzsensoren für Kontur- und Delaminationsprüfung

Zusätzlich zu den Basis-Wirbelstromsensoren, kann das System mit Laser- oder Ultraschallsensoren ausgestattet werden. So können die Vorteile der verschiedenen Systeme kombiniert werden.

Der Laser-Profil-Sensor ist ideal um Oberflächenerhebungen (Topographie) und Konturen zu erfassen. Das Linienprofil deckt durch einen vertikalen hochauflösenden Scan eine große Fläche von bis zu 100mm Länge ab. Diese Vorgehensweise liefert zusätzlich zu den vom Wirbelstromsensor generierten Informationen über die innere Textur der Probe, noch Erkenntnisse zu losen Stapeln, Fransen etc.

SURAGUS Hybridsysteme mit kombinierten Wirbelstrom- und Ultraschallsensoren benötigen ein Verbindungsmedium. Ihre Kombination liefert genaue Daten über Delamination, Porosität, Risse und Einschlüsse. Die Wirbelstromsensoren sind außerdem versiegelt und für die Anwendung im Wasserbad geeignet. Darüber hinaus lassen sie sich in bereits bestehende Signalbrücken für Ultraschallsensoren integrieren und mit der SURAGUS EddyEVA Software auswerten.