Korrelation von zerstörungsfreien Prüfverfahren mit den mechanischen Eigenschaften von fehlerbehafteten CFK-Lamellen mittels FMEA

Faserverbundwerkstoffe (FVW) spielen in der heutigen Industrie eine wichtige Rolle. Dies ist auf deren vorteilhaften Eigenschaften, u. a. ihre hohe Festigkeit und Steifigkeit bei gleichzeitig geringer Dichte, zurückzuführen [1]. Auch durch den Druck auf die Industrie und den steigenden Anforderungen, die Energie- und Kostenreduktion zu erfüllen [2], werden FVW zunehmend in vielen industriellen Bereichen eingesetzt [3]. Zudem weisen FVW ein hohes Innovationspotential im Bereich Produkt- und Prozessentwicklung auf [2], da neue Werkstoffzusammensetzungen und Geometrien realisiert werden können [4, 5]. Den größten Anteil an FVW bilden die glasfaserverstärkten Kunststoffe (GFK), die vorwiegend in der Windenergiebranche, in der Automobilindustrie und im Bootsbau Anwendung finden [3]. Mit kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) kann eine noch höhere Gewichtsreduktion erreicht werden [6]. Diese kommen zum größten Teil im Flugzeugbau, in der Automobilbranche und im Sportbereich zum Einsatz [5]. Das Zusammenspiel der verschiedenen Materialklassen in einem Werkstoff zieht auch Nachteile mit sich. Im Inneren des Werkstücks können Fehler wie Delaminationen, Faserbrüche oder Lufteinschlüsse enthalten sein, die von außen nicht sichtbar sind. Für gängige Prüfmethoden, mit denen konventionelleWerkstoffe untersucht werden, ist die Detektion dieser Fehler zu komplex und der Prüfaufwand dementsprechend höher. Ein weiteres Problem ist, dass sich die Ausprägung und Mechanismen von Schäden in FVW aufgrund der hohen Anisotropie grundlegend von konventionellen, metallischen Werkstoffen unterscheiden. Da herstellungsbedingte Fehler in Bauteilen die Funktionalität des Bauteils herabsetzen, ist es wichtig, diese Fehler durch Untersuchungen mit geeigneten Verfahren einschätzen zu können [7]. Um dies zu ermöglichen, müssen Verfahren gefunden werden, die industrietauglich und kosteneffizient sind und gleichzeitig verlässliche Ergebnisse liefern. Für diese Zwecke eignen sich zerstörungsfreie Prüfverfahren (ZfP), mit denen die Untersuchungen automatisiert im Herstellungsprozess durchgeführt werden können. Insbesondere für Serienproduktionen ergeben sich dadurch wirtschaftliche Einsparpotentiale [8, 9]. Durch geeignete Qualitätssicherungsmethoden, die das Prüfverfahren und die Fehler im Bauteil bewerten, kann eine Korrelation ermittelt werden.