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F R A U N H O F E R - I N S T I T U T f ü r M i k rostru k tur v on W er k stoffen un d S y stemen I M W S
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1 Frontendträger in Röntgen-CTAnlage RayScan 200 E.
2 2D-Schnitt durch CT-Scan eines
FVK-Bauteils.
Röntgen-Computertomographie an Faserverbundstrukturen
auf der Mikrostrukturebene vergleichsweise
Fraunhofer-Institut für
Mikrostrukturanalyse von hoch-
komplex und werden wesentlich von der
belasteten Faserverbundstrukturen
inneren Struktur des Werkstoffes bestimmt.
Mikrostruktur von Werkstoffen
und Systemen IMWS
Ein detailliertes, tiefgehendes Verständnis
Faserverbundwerkstoffe spielen für den
der Struktur-Eigenschafts-Korrelation ist
Leichtbau u.a. in Fahrzeugstrukturen (Luft-
die Voraussetzung für den sicheren Einsatz
Walter-Hülse-Straße 1
fahrt, Automobil) eine immer bedeutendere
dieser Werkstoffe in hochbelasteten,
06120 Halle (Saale)
Rolle. Über die individuelle Gestaltung des
sicherheitsrelevanten Bauteilen.
Faserverlaufs lassen sich die Werkstoff-
Mittels Röntgen-Computertomographie
Ansprechpartner
eigenschaften den Anforderungen an das
lassen sich die inneren Strukturen, wie die
Dr.-Ing. Ralf Schlimper
Bauteil hinsichtlich des mechanischen Ver-
Architektur der Verstärkungsfasern (Kurz-
Gruppenleiter Faserverbundstrukturen
haltens (z.B. Steifigkeit, Festigkeit) optimal
und Langfasern, Gewebe, Gelege, etc.)
Telefon +49 345 5589-263
anpassen. Damit bieten sie ein enormes
sowie prozess- als auch einsatzbedingte
[email protected]
Leichtbaupotenzial. Andererseits sind die
Fehlstellen und Schädigungen (Poren,
dem makroskopischen, werkstoffmecha-
Risse, Delaminatione, etc.) in Faserverbund-
nischen Verhalten zugrundeliegenden
strukturen zerstörungsfrei visualisieren und
Verformungs- und Versagensmechanismen
analysieren.
www.imws.fraunhofer.de
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Gerätedaten RayScan 200E
Funktionsprinzip Röntgen-CT
Faserorientierungsanalyse an
Röntgenquelle
Die Röntgen-Computertomographie (CT)
• Mikrofokus 20 – 230 kV
ist ein zerstörungsfreies Prüfverfahren (zfP),
Die richtungsabhängigen mechanischen
Detailerkennbarkeit
mit dessen Hilfe innere Strukturen von
Eigenschaften von FVK-Laminaten werden
• bis zu 6 µm
Bauteilen und Materialien dreidimensional
im Wesentlichen durch den Laminataufbau
Objektabmessung
abgebildet werden können. Dazu wird
aus Einzellagen mit unterschiedlich orien-
• Durchmesser: 1 – 600 mm
das Prüfobjekt auf dem Drehteller der
tierten Fasern bestimmt. Die Überprüfung
• Höhe: 1 – 1500 mm
CT-Anlage positioniert. Über einen vollen
der Faserorientierungen im Bauteil ist daher
Max. Objektgewicht
Umlauf von 360° werden mehrere hundert
essenziell. Abbildung 3 zeigt den analy-
• 200 kg
Röntgenprojektionen aufgenommen, die
sierten Faserverlauf einer FVK-Laminat-
Detektor
anschließend zu einem 3D-Bilddatensatz
probe. Dabei werden unterschiedliche
• 2048 x 2048 Pixel
verrechnet werden. Dieser stellt die lokal
Orientierungswinkel (0°/+45°/90°-45°) mit
• 66 – 5000 ms Integrationszeit
unterschiedliche Schwächung der Rönt-
verschiedenen Farben dargestellt. Auf diese
Betriebsmodi
genstrahlung im Inneren des Prüfobjekts
Weise lassen sich Winkelabweichungen ein-
• 3D-CT, Teil-CT, Transversal-CT,
als Grauwertmatrix (Volumen-Pixel = Voxel)
zelner Faserlagen qualitativ und quantitativ
dar. Der erstellte 3D-Datensatz lässt sich
analysieren.
Laminaten aus UD-Tapes
Radioskopie
In-situ-CT-Vorrichtung
mittels Bildanalysesoftware (u.a. VG Studio
• max. 5 kN
MAX 2.2 ® bzw. MAVI ®) visualisieren und
• 10 mm Verfahrweg
analysieren.
In-situ-CT an Sandwich-Kernmaterialien
Mit der am Fraunhofer IMWS vorhandenen
In-situ-CT-Vorrichtung lassen sich Probekörper unter gehaltener Last (Zug/Druck)
dreidimensional darstellen. Dadurch
können Verformungs- und Versagensmechanismen auf mikrostruktureller Ebene
analysiert und aufgeklärt werden.
Abb. 5 zeigt beispielhaft die Analyse eines
geschlossenzelligen Polymerschaums,
der als Kernmaterial für hochbelastbare
Sandwichstrukturen eingesetzt wird.
3 Faserorientierungsanalyse an
5 Verformungs- und Versagensanalyse von Polymerschäumen mittels In-situ-CT
einer FVK-Laminatprobe.
4 In-situ-CT-Vorrichtung.

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