RE-IMPACT - Inspektionssystem zur Prüfung von rCF-Verbundwerkstoffen

Recycelte Carbonfaser (rCF)-Verbundwerkstoffe spielen eine Schlüsselrolle in der nachhaltigen Materialentwicklung. Das Projekt »RE-IMPACT« erforschte ein innovatives Prüfverfahren basierend auf der Elektromechanischen Impedanz (EMI)-Methode, um strukturelle Veränderungen frühzeitig zu detektieren. Ziel war die Entwicklung eines EMI-Inspektionssystems zur Qualitätssicherung dieser Materialien in der industriellen Anwendung. Durch die Kombination mechanischer Tests mit EMI-Messungen konnten Korrelationen zwischen Strukturveränderungen und elektrischen Signaturen festgestellt werden.

Zerstörungsfreies Prüfverfahren auf Basis der Elektromechanischen Impedanz

Recycelte Carbonfaser-Verbundwerkstoffe (rCF) gewinnen an Bedeutung in der industriellen Fertigung, insbesondere in der Automobil- und Luftfahrtbranche. Sie bieten eine nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Carbonfasern, indem sie Ressourcen schonen und die Umweltbelastung durch Recycling reduzieren. Die Qualitätssicherung solcher Materialien stellt eine große Herausforderung dar, da ihre mechanischen Eigenschaften stark von Produktionsparametern und der Zusammensetzung der recycelten Fasern abhängen. Um die Verlässlichkeit dieser Werkstoffe sicherzustellen und ihre industrielle Anwendbarkeit zu erhöhen, wurde im Rahmen des Projekts RE-IMPACT ein zerstörungsfreies Prüfverfahren auf Basis der Elektromechanischen Impedanz (EMI)-Methode entwickelt.

Ziel des Projekts war es, ein Inspektionssystem zu entwerfen, das durch die Analyse elektrischer Signaturen strukturelle Veränderungen in rCF-Werkstoffen frühzeitig erkennt. Dies sollte eine kontinuierliche Überwachung der Materialqualität ermöglichen, um Defekte während der Produktion oder im späteren Einsatz rechtzeitig zu identifizieren. Eine solche Technologie trägt langfristig zu einer verbesserten Produktionssicherheit und einer effizienteren Nutzung von rCF-Verbundwerkstoffen in industriellen Anwendungen bei.

Die Grundlage der EMI-Methode beruht auf der Kopplung eines piezoelektrischen Wandlers mit der zu untersuchenden Struktur. Durch das Anlegen einer elektrischen Wechselspannung werden Schwingungen erzeugt, deren Signatur Aufschluss über die mechanischen Eigenschaften des Materials gibt. Veränderungen in der Impedanz können somit Hinweise auf strukturelle Defekte liefern.

EMI-Inspektionssystems mit Softwareumgebung für die Datenerfassung

Im Rahmen von RE-IMPACT wurde ein Prototyp des EMI-Inspektionssystems mit Softwareumgebung für die Datenerfassung entwickelt und in verschiedenen Testreihen evaluiert. Die Untersuchungen umfassten sowohl statische als auch zyklische Belastungstests, bei denen rCF-Verbundwerkstoffe mit unterschiedlichen Faservolumengehalten und Flächengewichten analysiert wurden. Dabei wurde geprüft, inwieweit sich strukturelle Veränderungen wie Mikrorisse oder Ermüdungserscheinungen über die Impedanzmessungen erfassen lassen.

Kontinuierliche Überwachung von Materialveränderungen für industrielle Anwendungen  

Im Verlauf des Projekts wurde deutlich, dass die EMI-Technologie zur Qualitätsüberwachung von rCF-Verbundwerkstoffen geeignet ist. Die entwickelten Prüfkonzepte haben gezeigt, dass eine kontinuierliche Überwachung von Materialveränderungen mit der EMI-Methode möglich ist. Die Sensitivität des Messsystems für bestimmte Defektarten wird in Zukunft weiter verbessert und das System in Pilotprojekten auf industrielle Anwendungen angepasst.

RE-IMPACT hat wertvolle Erkenntnisse über die Möglichkeiten und Grenzen der EMI-Technologie für rCF-Verbundwerkstoffe geliefert. Die Forschungsergebnisse tragen zur technologischen Weiterentwicklung bei und bieten die Grundlage für nachhaltige Materialanwendungen in der Industrie.