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Die Erfindung betrifft einen Delaminationswiderstands-Prüfköper zur Verwendung bei einem Verfahren zur Bestimmung des Delaminationswiderstands eines Faserverbundbauteils sowie ein Verfahren zur Bestimmung des Delaminationswiderstands eines Faserverbundbauteils mittels eines Delaminationswiderstands-Prüfkörpers.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren bekannt, um den Delaminationswiderstand eines Faserverbundbauteils zu bestimmen. Unter Delamination wird verstanden, wenn sich die Schichten des Faserverbundbauteils voneinander lösen, also die Enthaftung der einzelnen Lagen des Faserverbundbauteils. Üblicherweise werden hierzu Delaminationswiderstands-Prüfkörper verwendet, die in analoger Weise zum Faserverbundbauteil hergestellt worden sind, dessen Delaminationswiderstand ermittelt werden soll. Der Prüfkörper wird zur Bestimmung des Delaminationswiderstands in eine Prüfvorrichtung eingespannt, in der eine Kraft auf den Prüfkörper ausgeübt wird.
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Beispielsweise ist aus der
DE 10 2013 113 768 A1 ein im Wesentlichen U-förmiger Prüfkörper bekannt, der zwei Schenkel sowie einen gekrümmten Bereich aufweist, der die beiden Schenkel miteinander verbindet. Die beiden Schenkel erstrecken sich ausgehend vom gekrümmten Bereich in dieselbe Richtung. Generell dient der gekrümmte Bereich zur Bestimmung des Delaminationswiderstands, weswegen er auch als Delaminationsbereich bezeichnet werden kann. Die beiden Schenkel weisen jeweils Löcher auf, über die der Prüfkörper in eine Prüfvorrichtung eingespannt und positioniert werden kann. Im eingespannten Zustand wird eine Druckkraft auf den Prüfkörper über die Schenkel ausgeübt, um den Delaminationswiderstand des Prüfkörpers zu bestimmen. Hierbei wird die Kraft gemessen, die zur Zerstörung des Prüfkörpers benötigt wird, woraus der Delaminationswiderstand des Prüfkörpers berechnet werden kann. Aus dem Delaminationswiderstand des Prüfkörpers kann auf den Delaminationswiderstand eines in analoger Weise hergestellten Faserverbundbauteils geschlossen werden.
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Als nachteilig hat sich bei diesem Verfahren herausgestellt, dass die Vorbereitung und Herstellung des Prüfkörpers aufwendig ist, da der Prüfkörper unter anderem manuell nachbearbeitet werden muss, um die Löcher in die Schenkel mit der benötigten Genauigkeit einzubringen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Möglichkeit bereitzustellen, den Delaminationswiderstand eines Prüfkörpers zu bestimmen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Delaminationswiderstands-Prüfkörper gelöst, der zur Verwendung bei einem Verfahren zur Bestimmung des Delaminationswiderstands eines Faserverbundbauteils verwendet wird, wobei der Prüfkörper einen bogenförmigen Delaminationsbereich aufweist, der zwei Endabschnitte hat, wobei jeder Endbereich in einen Zugschenkel übergeht und die beiden Zugschenkel in entgegengesetzte Richtungen abstehen, sodass über die Zugschenkel eine Zugkraft auf den Prüfkörper aufgebracht werden kann.
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Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Bestimmung des Delaminationswiderstands eines Faserverbundbauteils gelöst, bei dem ein Delaminationswiderstands-Prüfkörper der zuvor genannten Art verwendet wird, wobei der Prüfkörper nur über seine Zugschenkel in eine Prüfvorrichtung eingespannt und darin gehalten wird und eine Zugkraft über die Prüfvorrichtung auf die Zugschenkel und den Delaminationsbereich ausgeübt wird.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, einen Prüfkörper bereitzustellen, dessen Delaminationswiderstand bestimmt wird, indem am Prüfkörper gezogen wird. Dementsprechend wird während des Verfahrens der Delaminationswiderstand bestimmt, indem am Prüfkörper eine Zugkraft angreift. Im Gegensatz zum aus dem Stand der Technik bekannten Prüfkörper wird dieser keiner Druckkraft ausgesetzt, um dessen Delaminationswiderstand zu ermitteln. An die Zugschenkel kann eine Prüfvorrichtung angreifen, indem die Zugschenkel reibschlüssig von der Prüfvorrichtung gehalten und gezogen werden. Da die beiden Zugschenkel in entgegengesetzte Richtungen abstehen ist sichergestellt, dass die Zugkraft im Wesentlichen homogen in den Delaminationsbereich eingebracht wird. Somit entstehen keine Kraftspitzen, die das Messergebnis verfälschen würden. Der Delaminationswiderstand kann demnach mit großer Genauigkeit bestimmt werden. Da der Prüfkörper einer Zugkraft anstatt einer Druckkraft ausgesetzt wird, kann der Prüfkörper einfacher aufgebaut und somit kostengünstiger hergestellt werden.
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Beim Verfahren wird die Kraft so lange auf den Prüfkörper ausgeübt, bis eine Delamination am Prüfkörper auftritt, also sich einzelne Lagen des Faserverbundbauteils lösen. Die hierbei aufgebrachte Zugkraft wird permanent gemessen, woraus letztendlich der Delaminationswiderstand des Prüfkörpers ermittelt werden kann, da die Kraft bei der Delamination des Prüfkörpers bekannt ist. Üblicherweise wird der Kraftverlauf über die Zeit bzw. die Wegstrecke beim Ziehen des Prüfkörpers aufgetragen, um ein Kraft-Zeit- oder Kraft-Weg-Diagramm zu erhalten.
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Ein Aspekt sieht vor, dass der Delaminationsbereich und die beiden Zugschenkel zusammen in einem Nasspress-, RTM- oder Vakuuminfusionsverfahren hergestellt sind. Der Prüfkörper kann somit auf die gleiche Weise wie das Faserverbundbauteil hergestellt worden sein. Ausgehend vom bestimmten Delaminationswiderstand des Prüfkörpers kann so der des gleichartig hergestellten Faserverbundbauteils berechnet werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt weist der Delaminationsbereich im Wesentlichen eine C-Form auf. Die über die Zugschenkel und die Endbereiche des Delaminationsbereichs übertragene Kraft wirkt so gleichmäßig auf den Delaminationsbereich, da keine Ecken oder ähnliches vorhanden sind, die Kraftspitzen zur Folge hätten. Der Delaminationsbereich ist demnach im Wesentlichen symmetrisch aufgebaut.
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Die Zugschenkel und ihre Endbereiche können jeweils in einem Radius. ineinander übergehen. Auch hierdurch ist sichergestellt, dass keine Kraftspitzen an Ecken oder ähnlichem auftreten, die das Messergebnis verfälschen könnten. Die beiden Radien sind vorzugsweise gleich, sodass ein symmetrischer Übergang an beiden Endbereichen sichergestellt ist.
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Sofern die beiden Zugschenkel auch noch gleich ausgebildet sind, ergibt sich ein insgesamt symmetrischer Prüfkörper.
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Ein Aspekt sieht vor, dass der Prüfkörper bandförmig ist. Hierdurch kann er leicht in die Prüfvorrichtung eingespannt werden, insbesondere deren Spann- bzw. Klemmbacken. Darüber hinaus lässt sich der Delaminationswiderstand des Prüfkörpers beim Prüfverfahren schneller ermitteln. Die Herstellungskosten des Prüfkörpers und die Kosten zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung des Delaminationswiderstands sind entsprechend geringer.
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Die Zugschenkel liegen insbesondere in einer gemeinsamen Ebene, wodurch das Einspannen des Prüfkörpers in die Prüfvorrichtung in einfacher Weise erfolgt, da eine relative Ausrichtung der Prüfvorrichtung zum Prüfkörper nicht nötig ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt sind die Zugschenkel lochfrei ausgebildet. Dies ist möglich, da am Prüfkörper, insbesondere den Zugschenkeln, eine Zugkraft anstatt einer Druckkraft eingreift. Die Zugschenkel können so einfach in die Klemm- oder Spannbacken der Prüfvorrichtung während des Verfahrens zur Bestimmung des Delaminationswiderstands eingespannt und anschließend gezogen werden. Es ist daher nicht nötig, dass Schrauben oder Bolzen durch die Zugschenkel geführt werden müssen, um den Prüfkörper in der Prüfvorrichtung zu positionieren und zu fixieren. Eine manuelle Nachbearbeitung des Prüfkörpers ist ebenfalls nicht notwendig, um diesen in der Prüfvorrichtung verwenden zu können. Die Herstellungskosten des Prüfkörpers und somit die Kosten des Verfahrens lassen sich daher weiter senken.
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Insbesondere wird der bogenförmige Delaminationsbereich während des Verfahrens auseinandergezogen, wobei dieser während des Auseinanderziehens ohne Auflage ist. Die auf den Prüfkörper aufgebrachte Zugkraft streckt den Prüfkörper, da dessen bogenförmiger Delaminationsbereich aufgrund der Zugkraft flachgezogen wird. Da der Delaminationsbereich hierbei nicht aufliegt, wirkt die Zugkraft ausschließlich auf den Delaminationsbereich des Prüfkörpers.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Zugschenkel ausschließlich reibschlüssig in der Prüfvorrichtung gehalten sind, insbesondere über Klemmbacken, die die Zugschenkel zwischen sich klemmen. Es ist also nicht nötig, dass der Prüfkörper über Fixierungsmittel wie Kleber, Bohrungen und Schrauben in der Prüfvorrichtung positioniert und fixiert wird. Die Fixierung erfolgt in einfacher Weise über einen Reibschluss, der über entsprechende Klemm- bzw. Spannbacken der Prüfvorrichtung erzeugt wird. Hierdurch lassen sich vor allem die Delaminationswiderstände mehrerer Prüfkörper hintereinander in kurzer Zeit bestimmen, da diese einfach eingespannt und auseinandergezogen werden. Eine umfangreiche (manuelle) Vorbereitung des Prüfkörpers und/oder der Prüfvorrichtung ist nicht nötig.
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Ferner kann an beiden Zugschenkeln jeweils eine Zugkraft angelegt werden, die in entgegengesetzte Richtungen wirken. Sofern die Prüfvorrichtung dies ermöglicht, kann so von beiden Seiten am Prüfkörper gezogen werden. Alternativ kann der Prüfkörper mit einem seiner beiden Zugschenkel lediglich ortsfest eingespannt werden, wohingegen der andere Zugschenkel über eine bewegliche Klemmeinheit gezogen wird, die sich entsprechend bewegt. Hierdurch ergibt sich in analoger Weise eine von beiden Seiten wirkende Zugkraft, die den Delaminationsbereich in homogener Weise auseinanderzieht.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Delaminationswiderstands-Prüfkörpers, und
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2 eine Schnittansicht des in einer Prüfvorrichtung eingespannten erfindungsgemäßen Delaminationswiderstands-Prüfkörpers aus 1.
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In 1 ist ein Delaminationswiderstands-Prüfkörper 10 gezeigt, der verwendet wird, um den Delaminationswiderstand eines Faserverbundbauteils zu bestimmen. Der Prüfkörper 10 ist dazu in gleicher Weise wie das Faserverbundbauteil hergestellt worden, sodass ausgehend vom Delaminationswiderstand des Prüfkörpers 10 derjenige des Faserverbundbauteils berechnet werden kann.
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Der Prüfkörper 10 weist einen bogenförmigen Delaminationsbereich 12 auf, der zwei Endbereiche 14, 16 hat, die jeweils in vom Delaminationsbereich 12 abstehende Zugschenkel 18, 20 übergehen.
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Der bogenförmige Delaminationsbereich 12 ist im Wesentlichen C-förmig ausgebildet, wobei die jeweiligen Endbereiche 14, 16 über einen vorbestimmten Radius in die jeweiligen Zugschenkel 18, 20 übergehen. Die beiden Radien sind gleich groß, sodass sich ein im Wesentlichen symmetrischer Delaminationsbereich 12 ergibt.
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Zudem sind die beiden Zugschenkel 18, 20 gleich ausgebildet, sodass der Prüfkörper 10 insgesamt symmetrisch ist und eine Symmetrieebene E hat, die mittig durch den Delaminationsbereich 12 verläuft, insbesondere durch den Scheitelpunkt S des Delaminationsbereichs 12.
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Die beiden Zugschenkel 18, 20 liegen demnach in einer gemeinsamen Zugebene Z, die auch durch eine Prüfvorrichtung definiert ist, in der der Prüfkörper 10 eingespannt wird, um den Delaminationswiderstand zu bestimmen, wie nachfolgend noch erläutert wird.
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Wie aus 1 ersichtlich, erstrecken sich die beiden Zugschenkel 18, 20 ausgehend vom Delaminationsbereich 12 in entgegengesetzte Richtungen, sodass ihre freien Enden 22, 24, insbesondere ihre Stirnseiten, in entgegengesetzte Richtungen weisen.
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Die Zugschenkel 18, 20 sind lochfrei ausgebildet, sodass ihre Ober- und Unterseite vollflächig ausgebildet sind. Die Ober- und Unterseite der Zugschenkel 18, 20 sind in der gezeigten Ausführungsform plan dargestellt. Alternativ können sie auch eine Riffellung oder ähnliches aufweisen, wie nachfolgend noch mit Bezug auf 2 erläutert wird.
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Generell ist der Prüfkörper 10 bandförmig ausgebildet, also als ein im Wesentlichen flaches Band, das bei der Herstellung des Prüfkörpers 10 entsprechend dreidimensional geformt ist. Der bogenförmige Delaminationsbereich 12 weist eine Erhebung auf, die aus der Zugebene Z hervorgeht, in der die beiden Zugschenkel 18, 20 liegen. Da der Prüfkörper 10 bandförmig ausgebildet ist, lässt sich dieser schnell und kostengünstig herstellen.
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Aus der 2 geht hervor, wie der Prüfkörper 10 bei einem Verfahren zur Bestimmung des Delaminationswiderstands in einer Prüfvorrichtung 26 eingespannt ist, die in der gezeigten Ausführungsform zwei Klemmeinheiten 28, 30 mit jeweils zwei Klemmbacken 32 bzw. Spannbacken umfasst, über die die Zugschenkel 18, 20 in der Zugebene Z reibschlüssig gehalten sind.
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Während des Prüfverfahrens bewegt die Prüfvorrichtung 26 die beiden Klemmeinheiten 28, 30 und somit die Klemmbacken 32 in entgegengesetzte Richtungen R1, R2, sodass jeweils eine Zugkraft auf beide Zugschenkel 18, 20 ausgeübt wird. Die resultierende Zugkraft wirkt entsprechend auf den Delaminationsbereich 12. Demnach bewegen sich die beiden Klemmeinheiten 28, 30 in die vom Delaminationsbereich 12 zu den freien Enden 22, 24 definierten Richtungen, wodurch der bogenförmige Delaminationsbereich 12 auseinander- bzw. flachgezogen wird.
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Beim Prüfverfahren wird somit der Prüfkörper 10, insbesondere der Delaminationsbereich 12, aus seiner dreidimensionalen Form in eine im Wesentlichen flache Form gezogen, wobei die auf den Prüfkörper 10 aufgebrachte Zugkraft über die Prüfvorrichtung 26 permanent gemessen wird.
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Sobald der Prüfkörper 10 delaminiert, also einzelne Lagen des Prüfkörpers 10 sich voneinander lösen, wird das Verfahren beendet, da ausgehend von der beim Lösen der einzelnen Lagen aufgebrachten Zugkraft der Delaminationswiderstand des Prüfkörpers 10 berechnet werden kann. Über den Delaminationswiderstand des Prüfkörpers 10 kann auf den Delaminationswiderstand eines in gleicher Weise hergestellten Faserverbundbauteils geschlossen werden bzw. dieser Delaminationswiderstand berechnet werden.
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Somit kann der Prüfkörper 10 in einem Nasspress-, RTM- oder Vakuuminfusionsverfahren hergestellt worden sein. Dies stellt sicher, dass sich aufgrund des Delaminationswiderstands des Prüfkörpers 10 derjenige des Faserverbundbauteils berechnen lässt, da der Prüfkörper 10 und das Faserverbundbauteil gleichartig hergestellt worden sind.
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Die beim Prüfverfahren auftretende Delamination tritt im Bereich des Delaminationsbereichs 12 auf, da dieser Bereich aufgrund der Zugkräfte auseinander- bzw. langgezogen wird. Die symmetrische Ausbildung des Prüfkörpers 10 stellt dabei sicher, dass bei gleich großen Zugkräften eine homogene Einleitung der Zugkräfte im Bereich des Scheitelpunkts S des Delaminationsbereichs 12 erfolgt.
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Die Delamination wird also im Delaminationsbereich 12 auftreten, insbesondere in einem Bereich um den Scheitelpunkt S.
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Anstelle der zwei beweglichen Klemmeinheiten 28, 30 kann auch nur eine der beiden Klemmeinheiten 28, 30 während des Prüfverfahrens bewegt werden, wohingegen die andere ortsfest stehen bleibt. Hierdurch wird ebenfalls eine homogene Zugkraft auf den Prüfkörper 10 ausgeübt, die insbesondere im Bereich des Scheitelpunkts S wirkt, sofern der Prüfkörper 10 symmetrisch aufgebaut ist.
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Gemäß einer Ausführungsvariante können die Klemmbacken 32 ein Profil an den zu den Zugschenkeln 18, 20 gerichteten Flächen aufweisen, über die die Zugschenkel 18, 20 kontaktiert werden, wenn der Prüfkörper 10 in die Prüfvorrichtung 26 eingespannt ist.
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Das Profil kann insbesondere korrespondierend zu einer Riffellung oder ähnlichem an den Zugschenkeln 18, 20 sein, wodurch zusätzlich zum Reibschluss ein Formschluss hergestellt wird.
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Es ist eine einfache Methode geschaffen, um den Delaminationswiderstand eines Faserverbundbauteils mittels eines Prüfkörpers 10 zu bestimmen, wobei auf den Prüfkörper 10 eine Zugkraft aufgebracht wird. Darüber hinaus ist der Prüfkörper 10 selbst einfach aufgebaut, da dieser manuell nicht nachbearbeitet werden muss. Es können so in einfacher Weise mehrere Prüfkörper 10 hintereinander in kurzer Zeit gemessen werden. Bei der verwendeten Prüfvorrichtung 26 handelt es sich um eine Zugvorrichtung, weshalb keine besonders ausgebildete Prüfvorrichtung nötig ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013113768 A1 [0003]
