Problemstellung: Versagensverhalten von CFK beschreiben

Kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK) werden aufgrund ihres Potentials im Leichtbau bereits heute vielfältig in der Automobilindustrie eingesetzt. Die Komponenten weisen bei entsprechender Auslegung Prinzip bedingt eine hervorragende Steifigkeit auf. In den einzelnen Schichten dieser oft hochbelasteten Bauelemente führen ungünstige Orientierung und Konzentration der zu übertragenden Kräfte zum Versagen des Verbunds. In Testverfahren, die die speziellen Anforderungen aus Anwendung, Werkstoff und Verarbeitung berücksichtigen, ist das Versagensverhalten zu analysieren. 

Methodik: Weiterreißverhalten prüfen

Entsprechend der beschrieben Problemstellung ist das Trennverhalten von CFK Komponenten innerhalb der Schichten zu analysieren. Hierzu wird unter anderem das Weiterreißverhalten in Anlehnung an die Norm ASTM 5528 ermittelt. Der Probekörper wird als Verbund durch das festgelegte Fertigungsverfahren erstellt und falls erforderliche in definiertem Klima konditioniert. Zusätzlich wird eine definierte Vorschädigung innerhalb der zu untersuchenden Schicht erzeugt.
Zur Adaption des Prüfkörpers in die verwendete Universalprüfmaschine wird eine Vorrichtung genutzt, die den Verbund mit der typischen Weiterreißbelastung beaufschlagt. In Abhängigkeit von aufgeprägter Last, Dauer der Lasteinbringungen und der gewählten Belastungsgeschwindigkeit wird das laminare Versagensverhalten des Verbundes ermittelt.

Ergebnis: Vergleichbare Kennwerte

Auf Basis dieser Untersuchungen wird eine effiziente Nutzung der Komponenten über das Gesamtbauteil angestrebt. Durch detaillierte Kenntnis des Verhaltens der Gesamtkomponente bei einer Vorschädigung ist mit punktgenauen Optimierungen der wirtschaftliche Nutzen gezielt zu steigern.

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Dipl.-Ing. Hans-Dieter Plum

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