Im monatlichen „Jour Fixe“ des Clusters CU West des Composites United e. V. stellen Unternehmen und Einrichtungen ihre Technologien oder Projekte zu einem aktuellen Thema vor. Beim Jour Fixe „Qualität durch Materialprüfung und Simulation“ am 17. Februar2025 beteiligten sich 20 CU-Mitglieder und Gäste. Dr. habil. Martin Gurka, vom Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe, führte in das Thema ein und leitete die anschließende Diskussion.
„Die Einhaltung vorgegebener Qualitätsparameter ist die Voraussetzung für erfolgreiche Composite-Produkte. Methoden der Materialprüfung und Simulation stellen sicher, dass diese Vorgaben erfüllt werden oder Materialen mit den gewünschten Eigenschaften entwickelt werden,“ so Dr. Heinz Kolz, Clustergeschäftsführer von CU West in seiner Begrüßung.
Im Rahmen des 30. Jour Fixe stellten folgende Unternehmen und Einrichtungen ihre Beiträge zum Thema vor:
Digitale Qualitätskontrolle an Composites auf Einzelfaserebene
Die Math2Market, ein Spin-off des Fraunhofer ITWM in Kaiserslautern, entwickelt und vertreibt die GeoDict-Software als digitales Materiallabor. Der experimentelle Aufwand bei der Materialprüfung oder -entwicklung kann durch Simulation erheblich reduziert und Kosten eingespart werden. Neben Verbundwerkstoffen sind verschiedenste Materialthemen wie Filtration, Batterietechnik und Gesteinsanalyse wichtige Anwendungsfelder. CT-Scans am Beginn einer Materialprüfung können umfassend statistisch ausgewertet oder als digitaler Zwilling für die Simulation genutzt werden. Die Verfahren werden z. B. für die Qualitätskontrolle gewickelter Wasserstofftanks genutzt, wobei Einzellagen und Faserausrichtung geprüft werden. Neue Materialien und deren Eigenschaften können gezielt für Anwendungen simuliert werden. Das spart Zeit und Kosten für aufwendige Versuche. Math2Market möchte weitere Anwender bei der Materialentwicklung unterstützen.
Dr.-Ing. Oliver Rimmel, Business Manager Digital Material R&D, Math2Market GmbH
Schnittstellen industrieller Computertomographie und Simulation am Beispiel von Verbundwerkstoffen
Diondo hat jahrzehntelange Erfahrungen in der Entwicklung und dem Bau industrieller Computertomographen, die unter anderem für die zerstörungsfreie Prüfung genutzt werden. Bei den Werkstoffen ist neben Kohlenstofffasern und keramischen Werkstoffen alles möglich. Bauteile können auch in-situ unter Last geprüft werden. Unterstützt durch Machine-Learning-Methoden können die Messdaten in eine FE-Simulation zurückgespielt werden. Anders herum wird die Simulation des CT-Verfahrens genutzt, um die Detektierbarkeit, z. B. von Fehlstellen in faserverstärkten Werkstoffen nachzuweisen und zu verbessern. Die geschickte Kombination von CT-Analyse und Simulation unterstützt die Materialentwicklung sinnvoll, in die eine oder andere Richtung.
Dr. Olaf Günnewig, Leiter Business Development, diondo GmbH
Grenzflächencharakterisierung von Metall-CFK-Hybriden
Im Rahmen seiner Dissertation untersucht Hendrik Jost 2- und 3-D hybride Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen und metallischen Inserts. Es handelt sich dabei um umspritzte Metalleinleger, die im RTM-Verfahren hergestellt werden. Die thermischen Eigenschaften und die Ermüdung wurden bei 23 und 60 Grad untersucht. Thermographie macht dabei die Schädigung im Verlauf sichtbar, wobei die Grenzflächen eine zentrale Rolle spielen. PPA und CFK reißen bei hohen Temperaturen im Gegensatz zu Hybriden. Der Einfluss der Umwelteinflüsse erfordert bei Hybriden mehr Entwicklungs- und Prüfaufwand, der sich aber durch bessere Eigenschaften oder Materialeinsparungen lohnen kann.
Hendrik Jost M. Sc., Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Fraunhofer IZFP / Universität des Saarlandes – Lehrstuhl für Leichtbausysteme
Ultraschallprüfung an Luftfahrtkomponenten
Luftfahrtkomponenten wie Druckstreben, Seitenleitwerk, Blasenpeicher, Metallbalgspeicher und Sonderteile stehen auf dem Programm von Prof. Schuster als UT3 Prüfer gemäß DIN EN 4179.
Dabei ist stark reglementierte Ultraschallprüfung von Serienteilen von der 100%-Prüfung neu angefertigter Bauteile mit stationären Anlagen zu unterscheiden. Die Prüfergebnisse müssen reproduzierbar sein und die Daten 50 Jahre nachverfolgbar gespeichert werden. In einer umfassenden Prüfvorschrift sind alle wichtigen Aspekte der Prüfung, insbesondere die der Bewertung von Anzeigen und die Kriterien für eine Rückweisung genau definiert.
Prof. Dr. Jens Schuster, Leiter, Institut für Kunststofftechnik Westpfalz der Hochschule Kaiserslautern
Diskussion unter der Leitung von Dr. Martin Gurka:
Das Leibnitz-Institut für Verbundwerkstoffe (IVW) nutzt ein breites Spektrum an Qualitätssicherungsmethoden zur Absicherung der eigenen Forschungen und zur Auftragsprüfung für Industriekunden. Ein Spezialgebiet neben der zerstörungsfreien Bauteil- und Materialprüfung mittels Ultraschall, IR-Thermografie oder CT ist dabei die Tribologie, die Prüfung von Reibung und Verschleiß. Untersuchte Materialien sind immer faserverstärkte Polymere. CT-Datensätze werden als digitale Zwillinge für die Simulation verschiedenster Werkstoffeigenschaften, z. B. mechanischer Festigkeit, elektrischer Leitfähigkeit oder die Permeabilität von textilen Halbzeugen, genutzt. Außerdem entwickelt das IVW verschiedene NDT-Methoden, gezielt für die Anwendung an FKV weiter.
Dr. rer. nat. habil. Martin Gurka, stellvertretender Leiter Werkstoffwissenschaft und Kompetenzfeldleiter Smart Composites & Nondestructive Testing am Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe
Die Vorträge aus den jeweiligen Veranstaltungen sind für Mitglieder auf Carbon Connected verfügbar: https://www.carbon-connected.de/Group/CU.West/uebersicht
Ansprechpartner für Ihre Anliegen und die Veranstaltungsreihe ist Dr. Heinz Kolz, Clustergeschäftsführer CU West: heinz.kolz@composites-united.com
