Integrierte Strukturüberwachung für kohlefaserverstärkte Kunststoffverbundwerkstoffe im Automobil

Der Einsatz von Faserverbundwerkstoffen im Automobil ist hochattraktiv. Fragen der Betriebssicherheit sind jedoch weiterhin ungeklärt. Faserverbundwerkstoffe weisen ein anderes Schadensverhalten als bisher eingesetzte, metallische Werkstoffe auf. Durch Stoßbelastung können Defekte wie Delaminationen oder Matrixbrüche entstehen, die durch eine visuelle Inspektion nicht erkennbar sind. Im Rahmen des BMBF-geförderten Projekts CarbonSafe (Förderkennzeichen 16ES0333) wurde eine integrierte Lösung entwickelt, die die strukturelle Integrität von CFK-Bauteilen überprüfen kann. Es handelt sich dabei um ein aktives SHM-Verfahren zur werkstattseitigen Überwachung von sicherheitsrelevanten Bauteilen aus Verbundwerkstoffen im Automobil. Die piezoelektrischen Wandler, deren Eignung für den vorgesehenen Einsatzzweck untersucht und bestätigt wurde, und die Leiterbahnen sind dabei in das Bauteil integriert. Die Funktionsfähigkeit des verwendeten SHM-Verfahrens wurde sowohl simulationsgestützt als auch durch Laborversuche nachgewiesen. Die Bewertung der Struktur erfolgt über ein extern angeschlossenes Diagnosegerät. Die Kommunikation zwischen Diagnosegerät und Sensorik erfolgt über ein Bussystem, wodurch das SHM-System im gesamten Fahrzeug mit einem Gerät gesteuert werden kann. Die Auswertung kann dem Benutzer über eine PC-Software oder eine spezielle App auf einem Tablet visualisiert dargestellt werden. Die Erprobung des Systems wurde durch Testfahrten an speziell ausgerüsteten Fahrzeugen ergänzt. Parallel dazu wurden Schulungsunterlagen erarbeitet und den Teilnehmern eines Abschlussseminars als Handout mitgegeben. Die Schulungsunterlagen führen in die Ultraschallprüfung mit geführten Wellen ein und beschreiben das entwickelte System. Sie befördern den Transfer in die industrielle Anwendung, auch in andere Industriesektoren.