Prüfung von Verbundwerkstoffen - Versionsgeschichte

Oluschinski am 12. Januar 2026 um 07:29 Uhr

2026-01-12T07:29:40Z

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			{{Language_sel\|LANG=eng\|ARTIKEL=Composite Materials Testing}}
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	<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Prüfung von Verbundwerkstoffen – Grundlagen</span>		<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Prüfung von Verbundwerkstoffen – Grundlagen</span>

Loeffler-Kamann am 27. Februar 2025 um 09:48 Uhr

2025-02-27T09:48:54Z

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	Entsprechend ihres Einsatzes im Bauteil werden UD-Tapes überwiegend einer Zugbelastung ausgesetzt. Somit ist eine der wichtigsten Eigenschaften der UD-Tapes ihr Verhalten bei Zugbeanspruchung [4]. Bei der Zugbeanspruchung von UD-Tapes werden besondere Phänomene, wie das Spleißen und das strangweise Brechen von UD-Tapes beobachtet, die eine reproduzierbare Kennwertermittlung beeinflussen (siehe auch: [[Mehrfachbruch UD-Tapes]]).<br>		Entsprechend ihres Einsatzes im Bauteil werden UD-Tapes überwiegend einer Zugbelastung ausgesetzt. Somit ist eine der wichtigsten Eigenschaften der UD-Tapes ihr Verhalten bei Zugbeanspruchung [4]. Bei der Zugbeanspruchung von UD-Tapes werden besondere Phänomene, wie das Spleißen und das strangweise Brechen von UD-Tapes beobachtet, die eine reproduzierbare Kennwertermittlung beeinflussen (siehe auch: [[Mehrfachbruch UD-Tapes]]).<br>
	Um das komplexe Bruchverhalten der UD-Tapes beschreiben zu können, dessen Einfluss auf das Versagen der Tapes und der daraus hergestellten Laminate im Bauteil, ist die Entwicklung und Durchführung spezieller technologischer Untersuchungsmethoden notwendig. Dazu zählen auch bruchmechanische Methoden, die die Rissinitiierung und Rissausbreitung beschreiben können und sehr sensitiv gegenüber strukturellen Änderungen in [[Kunststoffe]]n sind [5–7].		Um das komplexe Bruchverhalten der UD-Tapes beschreiben zu können, dessen Einfluss auf das Versagen der Tapes und der daraus hergestellten Laminate im Bauteil, ist die Entwicklung und Durchführung spezieller technologischer Untersuchungsmethoden notwendig. Dazu zählen auch bruchmechanische Methoden, die die Rissinitiierung und Rissausbreitung beschreiben können und sehr sensitiv gegenüber strukturellen Änderungen in [[Kunststoffe]]n sind [5–7].

			==Siehe auch==
			*[[Prüfung von Verbundwerkstoffen – Anforderungen an Materialprüfmaschinen]]
			*[[Bruchverhalten von Kunststoffbauteilen]]
			*[[Bauteilprüfung]]
			*[[Kunststoffbauteil]]


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	\|[[Altstädt,_Volker\|Altstädt, V.]]: Prüfung von Verbundwerkstoffen. In: [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (~~2015~~) 3. Auflage, S. ~~547~~/~~548,~~ (ISBN 978-3-446-~~44350~~-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|[[Altstädt,_Volker\|Altstädt, V.]]: Prüfung von Verbundwerkstoffen. In: [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2025) 4. Auflage, S. 527/528 (ISBN 978-3-446-44718-9; E-Book: ISBN 978-3-446-48105-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 23)
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	\|[https://www.zwickroell.com/de/branchen/composites https://www.zwickroell.com/de/branchen/composites] (Zugriff am 14.02.~~2023~~)		\|[https://www.zwickroell.com/de/branchen/composites https://www.zwickroell.com/de/branchen/composites] (Zugriff am 24.03.2024)
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	\|Grellmann, W., [[Seidler, Sabine\|Seidler, S.]]: Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag~~, 3. Auflage~~, München (~~2015~~) (ISBN 978-3-446-~~44350~~-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|Grellmann, W., [[Seidler, Sabine\|Seidler, S.]]: Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2025) 4. Auflage (ISBN 978-3-446-44718-9; E-Book: ISBN 978-3-446-48105-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 23)
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Loeffler-Kamann am 9. Juli 2024 um 09:36 Uhr

2024-07-09T09:36:05Z

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	\|[3]		\|[3]
	\|Monami, A., Arndt, S., Meyer, S., Lehmann, S., Grellmann, W., Langer, B., Michel, P.: Bewertung der Werkstoffeigenschaften von UD-Tapes für den Leichtbau. Technomer 2017, Chemnitz, 9. und 10.11.2017, Tagungsbeitrag , S. 1–7		\|Monami, A., Arndt, S., Meyer, S., Lehmann, S., [https://www.researchgate.net/profile/Wolfgang-Grellmann Grellmann, W.], Langer, B., Michel, P.: Bewertung der Werkstoffeigenschaften von UD-Tapes für den Leichtbau. Technomer 2017, Chemnitz, 9. und 10.11.2017, Tagungsbeitrag , S. 1–7
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	\|[4]		\|[4]
	\|Monami, A., Langer, B., Grellmann, W.: Moderne Methoden der Kunststoffprüfung zur Werkstoffentwicklung und Bauteilprüfung. In: Christ. H.-J. (Eds.), Fortschritte in der Werkstoffprüfung für Forschung und Praxis. Stahleisen, Düsseldorf (2016) 219–224		\|Monami, A., Langer, B., [https://de.wikipedia.org/wiki/Wolfgang_Grellmann Grellmann, W.]: Moderne Methoden der Kunststoffprüfung zur Werkstoffentwicklung und Bauteilprüfung. In: Christ. H.-J. (Eds.), Fortschritte in der Werkstoffprüfung für Forschung und Praxis. Stahleisen, Düsseldorf (2016) 219–224 (ISBN 978-3-514-00830-4; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter M 61)
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	\|[5]		\|[5]
	\|Grellmann, W., Langer, B. (Hrsg.): Deformation and Fracture Behavior of Polymer Materials. Springer Series in Materials Science 247, Springer Verlag, Berlin Heidelberg (2017), (ISBN ~~973~~-3-319-41877-7; e-Book: ISBN 978-3-319-41879-7; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 19)		\|Grellmann, W., Langer, B. (Hrsg.): Deformation and Fracture Behavior of Polymer Materials. Springer Series in Materials Science 247, Springer Verlag, Berlin Heidelberg (2017), (ISBN 978-3-319-41877-3; e-Book: ISBN 978-3-319-41879-7; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 19)
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Oluschinski am 28. November 2022 um 12:09 Uhr

2022-11-28T12:09:50Z

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	\|[https://www.~~zwick~~.de/composites https://www.~~zwick~~.de/composites] (Zugriff am 18.05.~~2020~~)		\|[https://www.zwickroell.com/de/branchen/composites https://www.zwickroell.com/de/branchen/composites] (Zugriff am 30.03.2022)
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	\|DIN EN ISO 527-4 (~~2020~~-08): Kunststoffe – Bestimmung der Zugeigenschaften – Teil 4: Prüfbedingungen für isotrop und anisotrop faserverstärkte Kunststoffverbundwerkstoffe ~~(Entwurf)~~		\|DIN EN ISO 527-4 (2022-03): Kunststoffe – Bestimmung der Zugeigenschaften – Teil 4: Prüfbedingungen für isotrop und anisotrop faserverstärkte Kunststoffverbundwerkstoffe
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	[[Kategorie:Kunststoffe]]		[[Kategorie:Kunststoffe]]

Posch am 12. Januar 2021 um 13:04 Uhr

2021-01-12T13:04:49Z

← Nächstältere Version		Version vom 12. Januar 2021, 15:04 Uhr
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	\|Altstädt, V.: Prüfung von Verbundwerkstoffen. In: [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 547/548, (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|[[Altstädt,_Volker\|Altstädt, V.]]: Prüfung von Verbundwerkstoffen. In: [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 547/548, (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
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	\|DIN EN ISO 527-4 (~~1997~~-07): Kunststoffe – Bestimmung der Zugeigenschaften – Teil 4: Prüfbedingungen für isotrop und anisotrop faserverstärkte Kunststoffverbundwerkstoffe		\|DIN EN ISO 527-4 (2020-08): Kunststoffe – Bestimmung der Zugeigenschaften – Teil 4: Prüfbedingungen für isotrop und anisotrop faserverstärkte Kunststoffverbundwerkstoffe (Entwurf)
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	[[Kategorie:Kunststoffe]]		[[Kategorie:Kunststoffe]]

Posch am 8. Juni 2020 um 11:56 Uhr

2020-06-08T11:56:39Z

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	\|[https://www.zwick.de/composites https://www.zwick.de/composites] (Zugriff am 25.02.~~2019~~)		\|[https://www.zwick.de/composites https://www.zwick.de/composites] (Zugriff am 18.05.2020)
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Oluschinski am 13. August 2019 um 06:55 Uhr

2019-08-13T06:55:37Z

← Nächstältere Version		Version vom 13. August 2019, 08:55 Uhr
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	Neben der werkstoffbezogenen Qualitätsprüfung sind für die Zulassung als [[Bauteilversagen\|Bauteil]] Teilkomponenten- bzw. vollständige [[Bauteilprüfung\|Bauteiltests]] erforderlich. Von unten nach oben reduziert sich die Anzahl der [[Prüfkörper]] von über 1000 auf Coupontestniveau auf ein oder zwei [[Prüfkörper]] bei der [[Bauteilprüfung]]. Rechts sind die dabei entstehenden relativen Kosten aufgeführt. Auf dem Coupontestniveau werden mit Abstand die meisten Prüfungen durchgeführt, z. B. [[Zugversuch\|Zug-]], [[Druckversuch\|Druck-]] und [[Biegeversuch\|Biegeprüfungen]] sowie Short-Beam-Tests (siehe: [[Interlaminare Scherfestigkeit]]) im trockenen und feuchten Zustand. Wenn die Werkstoffe den geforderten Anforderungen entsprechen, werden in der zweiten Stufe verschiedene Detailtests, wie Open-Hole Compression, Edge-Delamination Test (EDT) und [[Compression After Impact (CAI)-Test\|Compression After Impact (CAI)]] (siehe auch: [[Druckprüfanordnung]]) Tests durchgeführt, bevor die ersten Teilkomponenten gebaut und geprüft werden. Die [[Bauteilprüfung]], die zu einem neuen Bauteil aus FVW führt, ist somit die teuerste Prüfung und verbraucht etwa 70 % der Kosten einer Bauteilentwicklung.<br>		Neben der werkstoffbezogenen Qualitätsprüfung sind für die Zulassung als [[Bauteilversagen\|Bauteil]] Teilkomponenten- bzw. vollständige [[Bauteilprüfung\|Bauteiltests]] erforderlich. Von unten nach oben reduziert sich die Anzahl der [[Prüfkörper]] von über 1000 auf Coupontestniveau auf ein oder zwei [[Prüfkörper]] bei der [[Bauteilprüfung]]. Rechts sind die dabei entstehenden relativen Kosten aufgeführt. Auf dem Coupontestniveau werden mit Abstand die meisten Prüfungen durchgeführt, z. B. [[Zugversuch\|Zug-]], [[Druckversuch\|Druck-]] und [[Biegeversuch\|Biegeprüfungen]] sowie Short-Beam-Tests (siehe: [[Interlaminare Scherfestigkeit]]) im trockenen und feuchten Zustand. Wenn die Werkstoffe den geforderten Anforderungen entsprechen, werden in der zweiten Stufe verschiedene Detailtests, wie Open-Hole Compression, Edge-Delamination Test (EDT) und [[Compression After Impact (CAI)-Test\|Compression After Impact (CAI)]] (siehe auch: [[Druckprüfanordnung]]) Tests durchgeführt, bevor die ersten Teilkomponenten gebaut und geprüft werden. Die [[Bauteilprüfung]], die zu einem neuen Bauteil aus FVW führt, ist somit die teuerste Prüfung und verbraucht etwa 70 % der Kosten einer Bauteilentwicklung.<br>
	Die Coupon- und Detailprüfungen stellen eine besondere Herausforderung an die zu verwendende [[Materialprüfmaschine\|Universalprüfmaschine]] dar. Da die sich unter Belastung einstellenden Verformungen bei den Faserverbundwerkstoffen sehr gering sind, müssen hochauflösende und präzise [[Laserextensometrie#Laserextensometrie – Gerätesysteme\|Dehnmesstechniken]] verwendet werden. Gleichzeitig muss die Materialprüfmaschine hinsichtlich des [[Lastrahmen]]s und der verwendeten [[Prüfkörpereinspannung\|Einspannwerkzeuge]] höchsten Ansprüchen genügen. Das betrifft insbesondere die [[Maschinennachgiebigkeit]], die bei der Prüfung von FVW möglichst gering sein sollte. Infolge der Richtungs- und Scherempfindlichkeit von Faserverbunden müssen alle [[Prüfkörpereinspannung\|Spannelemente]] exakt in der Lastlinie fluchten, um sogenannte Axialitätsfehler wie z. B. Schiefzug möglichst zu vermeiden [2]. Zur Messung des Schiefzugs verwendet die Fa. ZwickRoell bei ihrer Prüfmaschine der neuesten Generation „Allround Line“ ('''Bild 2''') spezielle Messeinrichtungen, die sich an der Geometrie der speziellen [[Prüfkörper]] orientieren.		Die Coupon- und Detailprüfungen stellen eine besondere Herausforderung an die zu verwendende [[Materialprüfmaschine\|Universalprüfmaschine]] dar. Da die sich unter Belastung einstellenden Verformungen bei den Faserverbundwerkstoffen sehr gering sind, müssen hochauflösende und präzise [[Laserextensometrie#Laserextensometrie – Gerätesysteme\|Dehnmesstechniken]] verwendet werden. Gleichzeitig muss die Materialprüfmaschine hinsichtlich des [[Lastrahmen]]s und der verwendeten [[Prüfkörpereinspannung\|Einspannwerkzeuge]] höchsten Ansprüchen genügen. Das betrifft insbesondere die [[Maschinennachgiebigkeit]], die bei der Prüfung von FVW möglichst gering sein sollte. Infolge der Richtungs- und Scherempfindlichkeit von Faserverbunden müssen alle [[Prüfkörpereinspannung\|Spannelemente]] exakt in der Lastlinie fluchten, um sogenannte Axialitätsfehler wie z. B. Schiefzug möglichst zu vermeiden [2]. Zur Messung des Schiefzugs verwendet die [https://www.zwick.de/de-de Fa. ZwickRoell GmbH & Co. KG] bei ihrer Prüfmaschine der neuesten Generation „Allround Line“ ('''Bild 2''') spezielle Messeinrichtungen, die sich an der Geometrie der speziellen [[Prüfkörper]] orientieren.

	[[Datei:pruefungverbundwerkstoffe2.jpg]]		[[Datei:pruefungverbundwerkstoffe2.jpg]]
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	\|width="600px" \|Universalprüfmaschinen der Serie „Allround Line“ der Fa. ZwickRoell GmbH & Co. KG [2]		\|width="600px" \|Universalprüfmaschinen der Serie „Allround Line“ der [https://www.zwick.de/de-de Fa. ZwickRoell GmbH & Co. KG] [2]
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	Die Ausrichtung der Zugachsen zur Minimierung der Biege- und Torsionsanteile in der [[Materialprüfmaschine]] erfolgt dabei über mechanische Justiereinrichtungen (Alignement Fixtures). Dies ist insofern notwendig, da in der Prüfung von FVW nicht nur internationale und nationale Normen, wie ISO, ASTM, EN und DIN, verwendet werden, sondern auch spezifische werksinterne Regelwerke (Airbus, EADS, Boeing BSS) zur Anwendung kommen, die gleichzeitig spezielle Prüfvorrichtungen für [[Zugversuch\|Zug-]], [[Druckversuch\|Druck-]], [[Biegeversuch\|Biege-]] oder Scherversuche sowie [[Bruchmechanische_Prüfung\|bruchmechanische Testmethoden]] erfordern.		Die Ausrichtung der Zugachsen zur Minimierung der Biege- und Torsionsanteile in der [[Materialprüfmaschine]] erfolgt dabei über mechanische Justiereinrichtungen (Alignement Fixtures). Dies ist insofern notwendig, da in der Prüfung von FVW nicht nur internationale und nationale Normen, wie ISO, ASTM, EN und DIN, verwendet werden, sondern auch spezifische werksinterne Regelwerke (Airbus, EADS, Boeing BSS) zur Anwendung kommen, die gleichzeitig spezielle Prüfvorrichtungen für [[Zugversuch\|Zug-]], [[Druckversuch\|Druck-]], [[Biegeversuch\|Biege-]] oder Scherversuche sowie [[Bruchmechanische_Prüfung\|bruchmechanische Testmethoden]] erfordern.

	Eine zunehmende Bedeutung für Leichtbaukonstruktionen haben unidirektional (UD) mit endlosen Fasern verstärkte Kunststoffverbunde (FKV)) gefunden. Die Verwendung einer thermoplastischen Matrix ermöglicht ihre Integration z. B. in den Spritzgussprozess und damit den Ersatz von metallischen Bauteilen. Sie erfüllen aufgrund der unidirektionalen Endlosfaserverstärkung in Faserrichtung hohe Anforderungen an die [[Festigkeit]] und die [[Steifigkeit]]. Durch ihre Applikation entlang der Lastpfade werden die Vorteile optimal ausgeschöpft. Dabei können sie entweder direkt als Tape oder nach einer Konsolidierung der Schichten individuell dem Bauteil angepasst werden. wobei die Faserorientierung der Schichten individuell dem Bauteil angepasst wird [3].<br>		Eine zunehmende Bedeutung für Leichtbaukonstruktionen haben unidirektional (UD) mit endlosen Fasern verstärkte Kunststoffverbunde (FKV)) gefunden. Die Verwendung einer [[Thermoplaste\|thermoplastischen]] Matrix ermöglicht ihre Integration z. B. in den Spritzgussprozess und damit den Ersatz von metallischen Bauteilen. Sie erfüllen aufgrund der unidirektionalen Endlosfaserverstärkung in Faserrichtung hohe Anforderungen an die [[Festigkeit]] und die [[Steifigkeit]]. Durch ihre Applikation entlang der Lastpfade werden die Vorteile optimal ausgeschöpft. Dabei können sie entweder direkt als Tape oder nach einer Konsolidierung der Schichten individuell dem Bauteil angepasst werden. wobei die Faserorientierung der Schichten individuell dem Bauteil angepasst wird [3].<br>
	Entsprechend ihres Einsatzes im Bauteil werden UD-Tapes überwiegend einer Zugbelastung ausgesetzt. Somit ist eine der wichtigsten Eigenschaften der UD-Tapes ihr Verhalten bei Zugbeanspruchung [4]. Bei der Zugbeanspruchung von UD-Tapes werden besondere Phänomene, wie das Spleißen und das strangweise Brechen von UD-~~tapes~~ beobachtet, die eine reproduzierbare Kennwertermittlung beeinflussen.<br>		Entsprechend ihres Einsatzes im Bauteil werden UD-Tapes überwiegend einer Zugbelastung ausgesetzt. Somit ist eine der wichtigsten Eigenschaften der UD-Tapes ihr Verhalten bei Zugbeanspruchung [4]. Bei der Zugbeanspruchung von UD-Tapes werden besondere Phänomene, wie das Spleißen und das strangweise Brechen von UD-Tapes beobachtet, die eine reproduzierbare Kennwertermittlung beeinflussen (siehe auch: [[Mehrfachbruch UD-Tapes]]).<br>
	Um das komplexe Bruchverhalten der UD-Tapes beschreiben zu können, dessen Einfluss auf das Versagen der Tapes und der daraus hergestellten Laminate im Bauteil, ist die Entwicklung und Durchführung spezieller technologischer Untersuchungsmethoden notwendig. Dazu zählen auch bruchmechanische Methoden, die die Rissinitiierung und Rissausbreitung beschreiben können und sehr sensitiv gegenüber strukturellen Änderungen in [[Kunststoffe]]n sind [5–7].		Um das komplexe Bruchverhalten der UD-Tapes beschreiben zu können, dessen Einfluss auf das Versagen der Tapes und der daraus hergestellten Laminate im Bauteil, ist die Entwicklung und Durchführung spezieller technologischer Untersuchungsmethoden notwendig. Dazu zählen auch bruchmechanische Methoden, die die Rissinitiierung und Rissausbreitung beschreiben können und sehr sensitiv gegenüber strukturellen Änderungen in [[Kunststoffe]]n sind [5–7].

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	\|Altstädt, V.: Prüfung von Verbundwerkstoffen. In: Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 547/548, (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|Altstädt, V.: Prüfung von Verbundwerkstoffen. In: [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 547/548, (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
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	\|[~~http~~://www.zwick.de ~~http~~://www.zwick.de] (Zugriff am 22.03.~~2018~~)		\|[https://www.zwick.de/composites https://www.zwick.de/composites] (Zugriff am 25.02.2019)
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Oluschinski am 11. Oktober 2018 um 11:53 Uhr

2018-10-11T11:53:32Z

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	Neben der werkstoffbezogenen Qualitätsprüfung sind für die Zulassung als [[Bauteilversagen\|Bauteil]] Teilkomponenten- bzw. vollständige [[Bauteilprüfung\|Bauteiltests]] erforderlich. Von unten nach oben reduziert sich die Anzahl der [[Prüfkörper]] von über 1000 auf Coupontestniveau auf ein oder zwei [[Prüfkörper]] bei der [[Bauteilprüfung]]. Rechts sind die dabei entstehenden relativen Kosten aufgeführt. Auf dem Coupontestniveau werden mit Abstand die meisten Prüfungen durchgeführt, z. B. [[Zugversuch\|Zug-]], [[Druckversuch\|Druck-]] und [[Biegeversuch\|Biegeprüfungen]] sowie Short-Beam-Tests (siehe: [[Interlaminare Scherfestigkeit]]) im trockenen und feuchten Zustand. Wenn die Werkstoffe den geforderten Anforderungen entsprechen, werden in der zweiten Stufe verschiedene Detailtests, wie Open-Hole Compression, Edge-Delamination Test (EDT) und [[Compression After Impact (CAI)-Test\|Compression After Impact (CAI)]] (siehe auch: [[Druckprüfanordnung]]) Tests durchgeführt, bevor die ersten Teilkomponenten gebaut und geprüft werden. Die [[Bauteilprüfung]], die zu einem neuen Bauteil aus FVW führt, ist somit die teuerste Prüfung und verbraucht etwa 70 % der Kosten einer Bauteilentwicklung.<br>		Neben der werkstoffbezogenen Qualitätsprüfung sind für die Zulassung als [[Bauteilversagen\|Bauteil]] Teilkomponenten- bzw. vollständige [[Bauteilprüfung\|Bauteiltests]] erforderlich. Von unten nach oben reduziert sich die Anzahl der [[Prüfkörper]] von über 1000 auf Coupontestniveau auf ein oder zwei [[Prüfkörper]] bei der [[Bauteilprüfung]]. Rechts sind die dabei entstehenden relativen Kosten aufgeführt. Auf dem Coupontestniveau werden mit Abstand die meisten Prüfungen durchgeführt, z. B. [[Zugversuch\|Zug-]], [[Druckversuch\|Druck-]] und [[Biegeversuch\|Biegeprüfungen]] sowie Short-Beam-Tests (siehe: [[Interlaminare Scherfestigkeit]]) im trockenen und feuchten Zustand. Wenn die Werkstoffe den geforderten Anforderungen entsprechen, werden in der zweiten Stufe verschiedene Detailtests, wie Open-Hole Compression, Edge-Delamination Test (EDT) und [[Compression After Impact (CAI)-Test\|Compression After Impact (CAI)]] (siehe auch: [[Druckprüfanordnung]]) Tests durchgeführt, bevor die ersten Teilkomponenten gebaut und geprüft werden. Die [[Bauteilprüfung]], die zu einem neuen Bauteil aus FVW führt, ist somit die teuerste Prüfung und verbraucht etwa 70 % der Kosten einer Bauteilentwicklung.<br>
	Die Coupon- und Detailprüfungen stellen eine besondere Herausforderung an die zu verwendende [[Materialprüfmaschine\|Universalprüfmaschine]] dar. Da die sich unter Belastung einstellenden Verformungen bei den Faserverbundwerkstoffen sehr gering sind, müssen hochauflösende und präzise [[Laserextensometrie#Laserextensometrie – Gerätesysteme\|Dehnmesstechniken]] verwendet werden. Gleichzeitig muss die Materialprüfmaschine hinsichtlich des [[Lastrahmen]]s und der verwendeten [[Prüfkörpereinspannung\|Einspannwerkzeuge]] höchsten Ansprüchen genügen. Das betrifft insbesondere die [[Maschinennachgiebigkeit]], die bei der Prüfung von FVW möglichst gering sein sollte. Infolge der Richtungs- und Scherempfindlichkeit von Faserverbunden müssen alle [[Prüfkörpereinspannung\|Spannelemente]] exakt in der Lastlinie fluchten, um sogenannte Axialitätsfehler wie z. B. Schiefzug möglichst zu vermeiden [2]. Zur Messung des Schiefzugs verwendet die Fa. ~~Zwick~~ bei ihrer Prüfmaschine der neuesten Generation „Allround Line“ ('''Bild 2''') spezielle Messeinrichtungen, die sich an der Geometrie der speziellen [[Prüfkörper]] orientieren.		Die Coupon- und Detailprüfungen stellen eine besondere Herausforderung an die zu verwendende [[Materialprüfmaschine\|Universalprüfmaschine]] dar. Da die sich unter Belastung einstellenden Verformungen bei den Faserverbundwerkstoffen sehr gering sind, müssen hochauflösende und präzise [[Laserextensometrie#Laserextensometrie – Gerätesysteme\|Dehnmesstechniken]] verwendet werden. Gleichzeitig muss die Materialprüfmaschine hinsichtlich des [[Lastrahmen]]s und der verwendeten [[Prüfkörpereinspannung\|Einspannwerkzeuge]] höchsten Ansprüchen genügen. Das betrifft insbesondere die [[Maschinennachgiebigkeit]], die bei der Prüfung von FVW möglichst gering sein sollte. Infolge der Richtungs- und Scherempfindlichkeit von Faserverbunden müssen alle [[Prüfkörpereinspannung\|Spannelemente]] exakt in der Lastlinie fluchten, um sogenannte Axialitätsfehler wie z. B. Schiefzug möglichst zu vermeiden [2]. Zur Messung des Schiefzugs verwendet die Fa. ZwickRoell bei ihrer Prüfmaschine der neuesten Generation „Allround Line“ ('''Bild 2''') spezielle Messeinrichtungen, die sich an der Geometrie der speziellen [[Prüfkörper]] orientieren.

	[[Datei:pruefungverbundwerkstoffe2.jpg]]		[[Datei:pruefungverbundwerkstoffe2.jpg]]
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	Eine zunehmende Bedeutung für Leichtbaukonstruktionen haben unidirektional (UD) mit endlosen Fasern verstärkte Kunststoffverbunde (FKV)) gefunden. Die Verwendung einer thermoplastischen Matrix ermöglicht ihre Integration z. B. in den Spritzgussprozess und damit den Ersatz von metallischen Bauteilen. Sie erfüllen aufgrund der unidirektionalen Endlosfaserverstärkung in Faserrichtung hohe Anforderungen an die [[Festigkeit]] und die [[Steifigkeit]]. Durch ihre Applikation entlang der Lastpfade werden die Vorteile optimal ausgeschöpft. Dabei können sie entweder direkt als Tape oder nach einer Konsolidierung der Schichten individuell dem Bauteil angepasst werden. wobei die Faserorientierung der Schichten individuell dem Bauteil angepasst wird [3].<br>		Eine zunehmende Bedeutung für Leichtbaukonstruktionen haben unidirektional (UD) mit endlosen Fasern verstärkte Kunststoffverbunde (FKV)) gefunden. Die Verwendung einer thermoplastischen Matrix ermöglicht ihre Integration z. B. in den Spritzgussprozess und damit den Ersatz von metallischen Bauteilen. Sie erfüllen aufgrund der unidirektionalen Endlosfaserverstärkung in Faserrichtung hohe Anforderungen an die [[Festigkeit]] und die [[Steifigkeit]]. Durch ihre Applikation entlang der Lastpfade werden die Vorteile optimal ausgeschöpft. Dabei können sie entweder direkt als Tape oder nach einer Konsolidierung der Schichten individuell dem Bauteil angepasst werden. wobei die Faserorientierung der Schichten individuell dem Bauteil angepasst wird [3].<br>
	Entsprechend ihres Einsatzes im Bauteil werden UD-Tapes überwiegend einer Zugbelastung ausgesetzt. Somit ist eine der wichtigsten Eigenschaften der UD-Tapes ihr Verhalten bei Zugbeanspruchung [4]. Bei der Zugbeanspruchung von UD-Tapes werden besondere Phänomene, wie das Spleißen und das strangweise Brechen von UD-tapes beobachtet, die eine reproduzierbare Kennwertermittlung beeinflussen.<br>		Entsprechend ihres Einsatzes im Bauteil werden UD-Tapes überwiegend einer Zugbelastung ausgesetzt. Somit ist eine der wichtigsten Eigenschaften der UD-Tapes ihr Verhalten bei Zugbeanspruchung [4]. Bei der Zugbeanspruchung von UD-Tapes werden besondere Phänomene, wie das Spleißen und das strangweise Brechen von UD-tapes beobachtet, die eine reproduzierbare Kennwertermittlung beeinflussen.<br>
	Um das komplexe Bruchverhalten der UD-Tapes beschreiben zu können, dessen Einfluss auf das Versagen der Tapes und der daraus hergestellten Laminate im Bauteil, ist die Entwicklung und Durchführung spezieller technologischer Untersuchungsmethoden notwendig. Dazu zählen auch bruchmechanische Methoden, die die Rissinitiierung und Rissausbreitung beschreiben können und sehr sensitiv gegenüber strukturellen Änderungen in ~~Kunststoffen~~ sind [5–7].		Um das komplexe Bruchverhalten der UD-Tapes beschreiben zu können, dessen Einfluss auf das Versagen der Tapes und der daraus hergestellten Laminate im Bauteil, ist die Entwicklung und Durchführung spezieller technologischer Untersuchungsmethoden notwendig. Dazu zählen auch bruchmechanische Methoden, die die Rissinitiierung und Rissausbreitung beschreiben können und sehr sensitiv gegenüber strukturellen Änderungen in [[Kunststoffe]]n sind [5–7].


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Reincke am 18. Dezember 2017 um 10:58 Uhr

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	{{PSM_Infobox}}		{{PSM_Infobox}}
	<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Prüfung von Verbundwerkstoffen</span>		<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Prüfung von Verbundwerkstoffen – Grundlagen</span>

	==Allgemeines==		==Allgemeines==
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	Die Ausrichtung der Zugachsen zur Minimierung der Biege- und Torsionsanteile in der [[Materialprüfmaschine]] erfolgt dabei über mechanische Justiereinrichtungen (Alignement Fixtures). Dies ist insofern notwendig, da in der Prüfung von FVW nicht nur internationale und nationale Normen, wie ISO, ASTM, EN und DIN, verwendet werden, sondern auch spezifische werksinterne Regelwerke (Airbus, EADS, Boeing BSS) zur Anwendung kommen, die gleichzeitig spezielle Prüfvorrichtungen für [[Zugversuch\|Zug-]], [[Druckversuch\|Druck-]], [[Biegeversuch\|Biege-]] oder Scherversuche sowie [[Bruchmechanische_Prüfung\|bruchmechanische Testmethoden]] erfordern.		Die Ausrichtung der Zugachsen zur Minimierung der Biege- und Torsionsanteile in der [[Materialprüfmaschine]] erfolgt dabei über mechanische Justiereinrichtungen (Alignement Fixtures). Dies ist insofern notwendig, da in der Prüfung von FVW nicht nur internationale und nationale Normen, wie ISO, ASTM, EN und DIN, verwendet werden, sondern auch spezifische werksinterne Regelwerke (Airbus, EADS, Boeing BSS) zur Anwendung kommen, die gleichzeitig spezielle Prüfvorrichtungen für [[Zugversuch\|Zug-]], [[Druckversuch\|Druck-]], [[Biegeversuch\|Biege-]] oder Scherversuche sowie [[Bruchmechanische_Prüfung\|bruchmechanische Testmethoden]] erfordern.

			Eine zunehmende Bedeutung für Leichtbaukonstruktionen haben unidirektional (UD) mit endlosen Fasern verstärkte Kunststoffverbunde (FKV)) gefunden. Die Verwendung einer thermoplastischen Matrix ermöglicht ihre Integration z. B. in den Spritzgussprozess und damit den Ersatz von metallischen Bauteilen. Sie erfüllen aufgrund der unidirektionalen Endlosfaserverstärkung in Faserrichtung hohe Anforderungen an die [[Festigkeit]] und die [[Steifigkeit]]. Durch ihre Applikation entlang der Lastpfade werden die Vorteile optimal ausgeschöpft. Dabei können sie entweder direkt als Tape oder nach einer Konsolidierung der Schichten individuell dem Bauteil angepasst werden. wobei die Faserorientierung der Schichten individuell dem Bauteil angepasst wird [3].<br>
			Entsprechend ihres Einsatzes im Bauteil werden UD-Tapes überwiegend einer Zugbelastung ausgesetzt. Somit ist eine der wichtigsten Eigenschaften der UD-Tapes ihr Verhalten bei Zugbeanspruchung [4]. Bei der Zugbeanspruchung von UD-Tapes werden besondere Phänomene, wie das Spleißen und das strangweise Brechen von UD-tapes beobachtet, die eine reproduzierbare Kennwertermittlung beeinflussen.<br>
			Um das komplexe Bruchverhalten der UD-Tapes beschreiben zu können, dessen Einfluss auf das Versagen der Tapes und der daraus hergestellten Laminate im Bauteil, ist die Entwicklung und Durchführung spezieller technologischer Untersuchungsmethoden notwendig. Dazu zählen auch bruchmechanische Methoden, die die Rissinitiierung und Rissausbreitung beschreiben können und sehr sensitiv gegenüber strukturellen Änderungen in Kunststoffen sind [5–7].


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			\|[3]
			\|Monami, A., Arndt, S., Meyer, S., Lehmann, S., Grellmann, W., Langer, B., Michel, P.: Bewertung der Werkstoffeigenschaften von UD-Tapes für den Leichtbau. Technomer 2017, Chemnitz, 9. und 10.11.2017, Tagungsbeitrag , S. 1–7
			\|-valign="top"
			\|[4]
			\|Monami, A., Langer, B., Grellmann, W.: Moderne Methoden der Kunststoffprüfung zur Werkstoffentwicklung und Bauteilprüfung. In: Christ. H.-J. (Eds.), Fortschritte in der Werkstoffprüfung für Forschung und Praxis. Stahleisen, Düsseldorf (2016) 219–224
			\|-valign="top"
			\|[5]
			\|Grellmann, W., Langer, B. (Hrsg.): Deformation and Fracture Behavior of Polymer Materials. Springer Series in Materials Science 247, Springer Verlag, Berlin Heidelberg (2017), (ISBN 973-3-319-41877-7; e-Book: ISBN 978-3-319-41879-7; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 19)
			\|-valign="top"
			\|[6]
			\|Grellmann, W., [[Seidler, Sabine\|Seidler, S.]]: Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, 3. Auflage, München (2015) (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
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			\|[7]
			\|DIN EN ISO 527-4 (1997-07): Kunststoffe – Bestimmung der Zugeigenschaften – Teil 4: Prüfbedingungen für isotrop und anisotrop faserverstärkte Kunststoffverbundwerkstoffe
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	[[Kategorie:Kunststoffe]]		[[Kategorie:Kunststoffe]]

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Prüfung von Verbundwerkstoffen

==Allgemeines==

[[Faserverstärkte Kunststoffe|Faserverbundwerkstoffe (FVW)]] sind ein Verbund aus Fasern und Matrix, wobei die Fasern zur Verstärkung der Matrix dienen. Bei polymeren FVW kann die Matrix aus einem [[Thermoplaste|thermoplastischen]] (PP, PA oder POM) oder [[Duroplaste|duroplastischen]] (EP- oder UP-Harz) Kunststoff bestehen. Die mechanischen Eigenschaften sind primär vom Matrixmaterial, der Faserart, dem [[Veraschungsmethode|Fasergehalt]] und der [[Faserorientierung]] abhängig. 
Die Eigenschaftswerte der Verstärkungs- und Matrixwerkstoffe setzen sich in den wenigsten Fällen additiv zusammen. Da FVW einen heterogenen Aufbau besitzen, sind bei einer äußeren [[Beanspruchung]] die Spannungen und Dehnungen neben der Zeitabhängigkeit zusätzlich orts- und richtungsabhängig. 

==Die Anisotropie der Fasern==

Die [[Anisotropie]] der Eigenschaft bedeutet eine Erschwernis bei der [[Kunststoffbauteil|Dimensionierung von Bauteilen]] aus Faserverbundwerkstoffen, so dass spezielle Prüfverfahren zur Beschreibung der Richtungsabhängigkeit erforderlich sind. Um das Leistungspotenzial der Fasern optimal auszunutzen, werden sie z. B. unidirektional (UD), d. h. parallel in Schichten zu den Hauptbelastungsrichtungen gelegt. Die unidirektionalen Faserverbunde zeigen von allen denkbaren Faseranordnungen den geringsten [[Anisotropie]]grad. Aufgrund der drei vorhandenen Symmetrieebenen spricht man von einem orthotropen Werkstoff. Isotrope Werkstoffe zeichnen sich durch nur zwei voneinander unabhängige Werkstoffkonstanten aus. Wenn [[Elastizitätsmodul]] E und [[Querkontraktion]] ν bekannt sind, dann kann der [[Schubmodul|Schubmodul G]] berechnet werden, was im Fall von orthotropen FVW nicht möglich ist. Aufgrund der [[Anisotropie]] der Fasern und den besonderen Anforderungen in den verschiedenen Industriebranchen können die konventionellen Prüfverfahren für [[Kunststoffe]] nur bedingt auf FVW übertragen werden. Aus diesem Grund existiert eine Vielzahl von Prüfverfahren, die speziell für [[Faserverstärkte Kunststoffe|Faserverbundwerkstoffe]] und diesbezüglich Industriebranchen entwickelt wurden.

==Zulassungsprüfungen von Faserverbundwerkstoffen==

Bei der Prüfung der mechanischen Eigenschaften von FVW ist zu berücksichtigen, dass diese Werkstoffe schon herstellungsbedingt Schäden ([[Gasblasen]], [[Vakuolen]], Delaminationen) enthalten können. Für eine ausreichende Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit in der Kennwertermittlung ist daher eine umfassende Qualitätskontrolle der FVW nach dem Herstellungsprozess und im Laufe der Einsatzdauer erforderlich. Neben der werkstoffbezogenen Qualitätsprüfung sind für die Zulassung als tragendes [[Kunststoffbauteil|Bauteil]] z. B. der Luftfahrt- oder Windkraftindustrie verschiedene Teilkomponenten- bzw. vollständige [[Bauteilprüfung|Bauteiltests]] erforderlich.

[[Datei:pruefungverbundwerkstoffe1.jpg]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 1''':
|width="600px" |Zulassungsprüfungen in Abhängigkeit der Prüfkörperanzahl und der relativen Kosten [1]
|}

In der Luftfahrtindustrie erfolgt die Zulassung eines neuen Bauteils aus FVW über vier wesentliche Stufen. '''Bild 1''' zeigt die Gegenüberstellung der Zahl der erforderlichen Prüfungen in Form einer Pyramide und der auftretenden relativen Kosten.

==Zulassung von Bauteilen – Bauteiltests==

Neben der werkstoffbezogenen Qualitätsprüfung sind für die Zulassung als [[Bauteilversagen|Bauteil]] Teilkomponenten- bzw. vollständige [[Bauteilprüfung|Bauteiltests]] erforderlich. Von unten nach oben reduziert sich die Anzahl der [[Prüfkörper]] von über 1000 auf Coupontestniveau auf ein oder zwei [[Prüfkörper]] bei der [[Bauteilprüfung]]. Rechts sind die dabei entstehenden relativen Kosten aufgeführt. Auf dem Coupontestniveau werden mit Abstand die meisten Prüfungen durchgeführt, z. B. [[Zugversuch|Zug-]], [[Druckversuch|Druck-]] und [[Biegeversuch|Biegeprüfungen]] sowie Short-Beam-Tests (siehe: [[Interlaminare Scherfestigkeit]]) im trockenen und feuchten Zustand. Wenn die Werkstoffe den geforderten Anforderungen entsprechen, werden in der zweiten Stufe verschiedene Detailtests, wie Open-Hole Compression, Edge-Delamination Test (EDT) und [[Compression After Impact (CAI)-Test|Compression After Impact (CAI)]] (siehe auch: [[Druckprüfanordnung]]) Tests durchgeführt, bevor die ersten Teilkomponenten gebaut und geprüft werden. Die [[Bauteilprüfung]], die zu einem neuen Bauteil aus FVW führt, ist somit die teuerste Prüfung und verbraucht etwa 70 % der Kosten einer Bauteilentwicklung. 
Die Coupon- und Detailprüfungen stellen eine besondere Herausforderung an die zu verwendende [[Materialprüfmaschine|Universalprüfmaschine]] dar. Da die sich unter Belastung einstellenden Verformungen bei den Faserverbundwerkstoffen sehr gering sind, müssen hochauflösende und präzise [[Laserextensometrie#Laserextensometrie – Gerätesysteme|Dehnmesstechniken]] verwendet werden. Gleichzeitig muss die Materialprüfmaschine hinsichtlich des [[Lastrahmen]]s und der verwendeten [[Prüfkörpereinspannung|Einspannwerkzeuge]] höchsten Ansprüchen genügen. Das betrifft insbesondere die [[Maschinennachgiebigkeit]], die bei der Prüfung von FVW möglichst gering sein sollte. Infolge der Richtungs- und Scherempfindlichkeit von Faserverbunden müssen alle [[Prüfkörpereinspannung|Spannelemente]] exakt in der Lastlinie fluchten, um sogenannte Axialitätsfehler wie z. B. Schiefzug möglichst zu vermeiden [2]. Zur Messung des Schiefzugs verwendet die Fa. Zwick bei ihrer Prüfmaschine der neuesten Generation „Allround Line“ ('''Bild 2''') spezielle Messeinrichtungen, die sich an der Geometrie der speziellen [[Prüfkörper]] orientieren.

[[Datei:pruefungverbundwerkstoffe2.jpg]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 2''':
|width="600px" |Universalprüfmaschinen der Serie „Allround Line“ der Fa. Zwick [2]
|}

Die Ausrichtung der Zugachsen zur Minimierung der Biege- und Torsionsanteile in der [[Materialprüfmaschine]] erfolgt dabei über mechanische Justiereinrichtungen (Alignement Fixtures). Dies ist insofern notwendig, da in der Prüfung von FVW nicht nur internationale und nationale Normen, wie ISO, ASTM, EN und DIN, verwendet werden, sondern auch spezifische werksinterne Regelwerke (Airbus, EADS, Boeing BSS) zur Anwendung kommen, die gleichzeitig spezielle Prüfvorrichtungen für [[Zugversuch|Zug-]], [[Druckversuch|Druck-]], [[Biegeversuch|Biege-]] oder Scherversuche sowie [[Bruchmechanische_Prüfung|bruchmechanische Testmethoden]] erfordern.

'''Literaturhinweise'''
{|
|-valign="top"
|[1]
|Altstädt, V.: Prüfung von Verbundwerkstoffen. In: Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 547/548, (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
|-valign="top"
|[2]
|[http://www.zwick.de/de/anwendungen/composites/pruefung-von-faserverbundwerkstoffen.html http://www.zwick.de/de/anwendungen/composites/pruefung-von-faserverbundwerkstoffen.html]
|}

[[Kategorie:Kunststoffe]]