Ermittlung der kritischen Dehnung faserverstärkter Kunststoffe mithilfe der Schallemissionsanalyse

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1 DGZfP-Jahrestagung 2017 Ermittlung der kritischen Dehnung faserverstärkter Kunststoffe mithilfe der Schallemissionsanalyse Fabian WILLEMS 1, Johannes BENZ 1, Marc KREUTZBRUCK 1, Christian BONTEN 1 1 Universität Stuttgart, Institut für Kunststofftechnik, Stuttgart Kontakt fabian.willems@ikt.uni-stuttgart.de Kurzfassung. Im Vergleich zu konventionellen Werkstoffen, wie beispielsweise Metalle, zeigen Kunststoffe eine ausgeprägte Abhängigkeit von vielen verschiedenen Einflüssen wie Belastungsart, Zeit, Temperatur, etc. Dieses viskoelastische Werkstoffverhalten tritt bereits bei Raumtemperatur und geringer Belastung ein und muss dementsprechend bei der Bauteilauslegung berücksichtigt werden. Vor allem aber ist die Ermittlung eines geeigneten Versagenskriteriums deutlich komplexer als für linear elastische Werkstoffe. Meist wird mit unterschiedlichen Hypothesen eine Vergleichsspannung errechnet und mit der zulässigen Spannung verglichen. Die zulässige Spannung berechnet sich dabei aus einem Festigkeitskennwert sowie aus Sicherheits- und Abminderungsfaktoren. Diese Abminderungen werden multipliziert und führen zum Teil zur drastischen Absenkung des Kennwertes. Letztendlich führt dies meist zur Überdimensionierung von Kunststoffbauteilen. Um dies zu vermeiden können Kunststoffe auch mithilfe einer zulässigen Dehnung ausgelegt werden. Die zulässige Dehnung errechnet sich dabei aus der kritischen Dehnung und den Sicherheitsfaktoren. Zusätzliche Abminderungsfaktoren werden hierbei nicht berücksichtigt, da die kritische Dehnung unabhängig von den oben benannten Einflüssen ist. Zur Ermittlung der kritischen Dehnung existieren bereits unterschiedliche Methoden, jedoch sind diese sehr zeitaufwändig und meist auf eine bestimmte Werkstoffklasse beschränkt, zum Beispiel transparente Kunststoffe. Dieses Problem kann mithilfe der Schallemissionsanalyse gelöst werden. Die Schallemissionsanalyse ist ein quasi-zerstörungsfreies Prüfverfahren mit welchem irreversible Schädigungen in Werkstoffen bereits bei geringfügiger Belastung mittels geeigneter Sensoren festgestellt, aufgezeichnet und damit sichtbar gemacht werden können. Die erfassten Schallemissionen werden dabei durch plötzliche Verformung eines unter Spannung stehenden Werkstoffes erzeugt und können durch Mikro-Rissentstehung, Rissfortschritt oder plastische Verformung auftreten. In einem angepassten Zugversuch kann somit durch die Korrelation von auftretenden Schallemissionssignalen und der Mikrorissinitiierung die kritische Dehnung innerhalb weniger Minuten ermittelt werden. 1. Einleitung Die wachsende Bedeutung von verstärkten und unverstärkten Kunststoffen in technischen Anwendungen macht es erforderlich, die Verformungs- und Versagenscharakteristik des jeweiligen Werkstoffs möglichst genau zu kennen, um mechanisch belastete Bauteile Lizenz: 1

2 materialeffizient, aber anwendungsgerecht auslegen zu können. Im Vergleich zu Metallen, welche ein ausgeprägtes elastisches Verhalten zeigen, verhalten sich Kunststoffe bereits bei Raumtemperatur und geringer Belastung viskoelastisch und weisen zudem eine ausgeprägte Abhängigkeit von verschiedenen Einflüssen wie der Belastungsdauer, der Belastungsart, der Temperatur und der Zeit auf [1]. Diese Eigenschaften wiederum müssen bei einer spannungsbezogenen Auslegung erst aufwendig in verschiedenen Versuchen ermittelt und durch die Anwendung von multiplikativen Abminderungsfaktoren in der Auslegung berücksichtigt werden. Letztendlich resultiert die Berücksichtigung aller Einflüsse in einer hohen Abminderung (hohe Anzahl an Abminderungsfaktoren) und somit meist zur Überdimensionierung von Kunststoffbauteilen. Eine Vernachlässigung einzelner Abminderungsfaktoren erlaubt hingegen keine zuverlässig Auslegung, da dies zu einem vorzeitigen Versagen führen kann. Beide Fälle gilt es bei der Dimensionierung zu vermeiden, um das Werkstoffpotential vollständig auszuschöpfen. Für die Dimensionierung von Kunststoffen ist es daher besonders relevant, möglichst genau zu wissen, bei welcher Dehnung bzw. Spannung es zu ersten irreversiblen Veränderungen im Werkstoff kommt und wie sich die Schädigung mit zunehmender Beanspruchung entwickelt. Bei Anwendung einer spannungs-bezogenen Auslegung betrifft dies die Zugfestigkeit, wohingegen bei einer dehnungsbezogenen Auslegung die kritische Dehnung als maximal zulässiger Werkstoffkennwert herangezogen wird. Unter Belastung emittieren Werkstoffe Geräusche, die jedoch im Normalfall für das menschliche Gehör erst beim endgültigen Versagen hörbar werden. Die Schallemissionsanalyse ist ein quasi-zerstörungsfreies Prüfverfahren mit welchem irreversible Schädigungen in Werkstoffen bereits bei geringfügiger Belastung mittels geeigneter Sensoren festgestellt, aufgezeichnet und damit zur Charakterisierung eingesetzt werden können [2, 3]. Die erfassten Schallemissionen werden dabei durch plötzliche Verformung eines unter Spannung stehenden Werkstoffes erzeugt und können durch die Initiierung von Mikrorissen, den Riss-fortschritt oder ebenso bei plastischer Verformung auftreten [4]. Es wird dabei angenommen, dass die ersten auftretenden Mikrorisse mit der kritischen Dehnung korrelieren und somit die Schallemissionsanalyse ein Messverfahren zur Bestimmung dieses Werk-stoffkennwertes liefert [5]. 2. Stand der Technik Die Kritische Dehnung als ein kunststoffgerechtes Auslegungskriterium wurde bereits in den 70er Jahren von Georg Menges und seinen Mitarbeitern entwickelt und umfassend untersucht [6, 7]. Dabei fanden sie im Kriechversuch heraus, dass die ersten optisch detektierbaren Fließzonen (engl.: crazes) an transparenten und transluzenten Prüfkörpern mit verringerter Belastung asymptotisch gegen eine Fließgrenzdehnung laufen (Bild 1 links). Dieser Grenzwert, die kritische Dehnung [6, 8], konnte sowohl für amorphe als auch für teilkristalline Thermoplaste nachgewiesen werden. Bemerkenswert ist hierbei, dass die kritische Dehnung für Werkstoffe mit ähnlichen mechanischen Eigenschaften nahezu gleich ist [7]. Einer der wichtigsten Aspekte für die kritische Dehnung als Auslegungskriterium ist jedoch, dass dieser Werkstoffkennwert nahezu unabhängig ist von: der Art der Belastung (statisch, zyklisch) [7, 9], der Beanspruchung (uni- oder multiaxial) [8], der Temperatur (Bed.: es finden keine Umwandlungsprozesse statt) [7, 9] und dem Umgebungsmed. (Bed.: es finden keine Umwandlungsprozesse statt) [7, 10, 11]. Im Vergleich zu spannungsbasierten Auslegungsmethoden bietet die Auslegung nach der Dehnung viele unterschiedliche Vorteile die in [1, 12, 13, 14] zusammengefasst sind. Ein 2

3 Dehnung bedeutender Vorteil ist die Unabhängigkeit von Randbedingungen die mit einer Vereinfachung der Auslegung einhergeht [15]. Die Bestimmung der kritischen Dehnung stellt jedoch eine Herausforderung dar. Daher wurden viele unterschiedliche Methoden [6 8, 16, 17 19], entwickelt, mit denen die kritische Dehnung bestimmt werden kann. Jede dieser Methoden hat dabei spezifische Vorund Nachteile. Allen ist aber gemein, dass diese entweder sehr zeitaufwändig oder nur für eine bestimmte Werkstoffklasse anwendbar sind [20]. So gilt diese Einschränkung auch für die lichtoptische Messung (visuelle Untersuchung) bei der in Transmission oder Reflexion eine Intensitätsänderung unter Belastung infolge der Lichtstreuung an Mikrorissen bzw. der auftretenden Fließzonen erfasst wird. Diese Messmethode ermöglicht es, mit einem zusätzlichen Messaufbau während der Zugprüfung die kritische Dehnung zu ermitteln, ist jedoch auf transparente und transluzente Werkstoffe begrenzt. Menges et. al. [16] schlagen dazu folgende schematische Messanordnung mit einem Laser und einer zusätzlichen Lochblende als Lichtquelle und einer Fotokamera als Detektor vor (Bild 1 rechts). 1 Bruch 2 Erste Mikrorisse / Fließzonenbildung b crazing 0,2 µm Lichtquelle Detektor (Kamera) F krit. = Kritische Dehnung Abb. 1. Ermittlung der kritischen Dehnung mittels optischer Veränderung im Kriechversuch [7] (links), Schematische Messanordnung zur lichtoptischen Bestimmung der kritischen Dehnung (rechts) Eine schnelle und zuverlässige Ermittlung der Kritischen Dehnung für eine große Bandbreite an Werkstofftypen ist bislang mit den konventionellen Methoden nicht möglich. Im Gegensatz dazu kann die Schallemissionsanalyse den Anspruch einer schnellen und für eine große Bandbreite von Kunststoffen (bislang meist auf faserverstärkte Kunststoffe begrenzt) anwendbare Methode erfüllen. Die Schallemissionsanalyse kann dabei das Auftreten von Mikrorissen in einem Bauteil direkt detektieren. In [14] ist diese Methode zur Anwendung an faserverstärkten Duromeren beschrieben. Dabei wird in einem angepassten Zugversuch die kritische Dehnung des Werkstoffs mit Hilfe der Schallemissionsanalyse bestimmt. Bei der Initiierung und dem Wachstum von Mikrorissen treten akustische Wellen auf, welche über einen Piezoelement detektiert werden können. Resultierend aus den aufgezeichneten Signalen lässt sich anschließend die kritische Dehnung zumindest für faserverstärkte Kunststoffe bestimmen. Die Schallemissionsanalyse (SEA) wird ebenfalls seit den 70er Jahren zur Charakterisierung des Bruchverhaltens von endlosfaserverstärkten Kunststoffbauteilen, meist im Anwendungsgebiet der Luft und Raumfahrt, eingesetzt [21 25]. Ebenso wurde die Methode auch für unverstärkte Thermoplaste [26, 27], unterschiedliche Kunststoffblends [26, 27] sowie für partikel- und faserverstärkte Thermoplaste eingesetzt [26 28]. Die Phase der Rissinitiierung sowie des Risswachstums korreliert mit dem Auftreten von akustischen Schallwellen. Dabei können unterschiedlichen Versagensmechanismen anhand der aufgezeichneten Signale unterschieden werden. Das zunächst kontinuierliche Spannungssignal der Sensoren wird nach definierbaren Selektierungsvorgaben in transiente Einzelsignale (engl.: Hits) aufgeteilt. Anschließend wird zur Charakterisierung der einzelnen Hits häufig die Amplitude ausgewertet [29 31]. Aktuelle Methoden greifen auch 3 Zeit t

4 auf die Frequenz der Signale zurück [25, 32, 33]. So erzeugen Risse mit zunehmender Steifigkeit und sinkender Dichte des jeweiligen Werkstoffs höhere Frequenzen [26]. Daher können auch die bei faserverstärkten Kunststoffen auftretenden Bruchmechanismen, Matrixbruch, Interfaceversagen (Faser pull-out) und Faserbruch mit Hilfe der Signalfrequenzen unterschieden werden [23 25]. Neueste Methoden beschäftigen sich dabei vor allem mit der Anwendung von Mustererkennungsverfahren zur noch gezielteren Differenzierung der Signale [32 34]. Die Ermittlung der kritischen Dehnung mithilfe der Schallemissionsanalyse konnte bereits für faser- und partikelverstärkte Kunststoffe gezeigt werden [30]. Eine für viele faserverstärkte Werkstoffe gültige, zuverlässige und standardisierbare Methode neben der gezielten Anwendung der Schallemissionsanalyse [20] ist bislang nicht bekannt. 3. Versuchsaufbau und Durchführung Für die Untersuchungen wurde ein Polycarbonat (PC) aus der Produktreihe Makrolon der Fa. Covestro, Leverkusen, verwendet. Hierbei kamen eine ungefüllte Type sowie zwei kurzglasfaserverstärkte Typen mit einem Fasermassenanteil von 20 M.-% bzw. 30 M.-% und eine langglasfaserverstärkte Type mit 35 M.-% Fasermassenanteil, wie in Tabelle 1 aufgelistet, zum Einsatz. Tabelle 1. Untersuchte Werkstoffe Abkürzung Fasermassenanteil Fasertype Handelstype PC unverstärkt 3105 PC-GF20 20 M.-% SFT 8025 PC-GF30 30 M.-% SFT 8035 PC-LGF35 35 M.-% LFT 8345 Vor der Messung wurde das Granulat getrocknet und anschließend mithilfe einer Spritzgießmaschine vom Typ Allrounder 520S der Firma Arburg, Loßburg, zu Prüfkörpern vom Typ 1A nach DIN EN ISO [35] verarbeitet. Dabei wurden die Prozesseinstellungen der unterschiedlichen Werkstofftypen, bis auf geringfügige Anpassungen zur Gewährleistung einer vollständigen Füllung, konstant gehalten. Zusätzlich wurde eine speziell an die Anforderungen der Schallemissionsanalyse angepasste Prüfkörpergeometrie aus 4 mm dicken Platten (Abb. 2 links) gefräst und untersucht. Die optimierte Prüfkörpergeometrie (im Folgenden als Typ SEA gekennzeichnet) ist mit den zugehörigen Abmessungen in Abbildung 2 (rechts) dargestellt. Die Zugprüfung erfolgte mit einer Universalprüfmaschine nach DIN EN 291 [36] bei einer konstanten Prüfgeschwindigkeit von 0,4 mm/min. Die Dehnung wurde mittels zweier Feindehnmessaufnehmer aufgezeichnet. Sowohl die ermittelte Kraft als auch das Wegsignal werden während der Zugprüfung an das System zur Schallemissionsmessung übertragen. Abb. 2. Plattengeometrie (links), Angepasste Zugprüfkörpergeometrie Typ SEA (rechts) 4

5 2.1 Schallmissionsanalyse Zur Schallemissionsanalyse wird ein System vom Typ PCI-2 AE der Firma Mistras Group, Cambridge, UK, eingesetzt. Für die Aufnahme der Schallereignisse wurden zwei Breitbandsensoren mit einer Empfindlichkeit von khz verwendet und mittels zweier Klemmzangen, wie im Versuchsaufbau Bild 3 (links) ersichtlich, auf dem Zugprüfkörper angebracht. Zur besseren Übertragung der im Prüfkörper auftretenden Schallereignisse zum Sensor wurde ein Koppelmittel ZG-F der Fa. General Electric, Fairfield, USA verwendet. Die empfangenen Signale werden dabei mit einem Vorverstärker von 40 db bzw. 60 db bei den Werkstoffen ohne Glasfasern vorverstärkt. Das kontinuierliche Spannungssignal der Sensoren wird mit einer Abtastrate von 10 MHz aufgezeichnet und nach den folgenden Vorgaben in transiente Einzelsignale (Hits) aufgeteilt. Bei allen Werkstoffen werden für die Peak Definition Time 20 µs, die Hit Definition Time 80 µs und die Hit Lock-out Time 300 µs eingestellt. Der Schwellwert für die Versuche mit den verstärkten Kunststoffen beträgt 40 db, für die unverstärkten Prüfkörper 26 db. Vor jeder Messung wurden die Sensoren auf Funktionalität mithilfe eines Bleistiftminenbruches nach Hsu-Nielsen als Referenz, wie in ASTM F :2015 beschrieben, geprüft. Des Weiteren wurden nach dem Einspannen der Prüfkörper in die Zugprüfmaschine mindestens zwei Minuten gewartet, sodass Störsignale, die sich aus der Einspannung ergeben, abklingen konnten. 2.2 Laserdurchstrahlmessung Zum Abgleich der ermittelten kritischen Dehnung mit Hilfe der Schallemissionsanalyse sind mit der in [16] beschrieben Methode lichtoptische Messung mittels Laserquelle in Transmission durchgeführt worden. Zu Ermittlung der Lichtintensität wird eine CCD-Kamera eingesetzt. Der Versuchsaufbau ist in Bild 3 (rechts) dargestellt. Zum Abgleich der Messungen mit der Zugprüfung ist die Kamera mit einem Signalkabel an die Maschine gekoppelt. Die Videoaufzeichnung wird über ein Triggersignal, welches von der Zugprüfmaschine beim Start der Prüfung ausgegeben wird, ausgelöst. Nach Beginn der Messung werden 8 Bit Graustufenbilder mit einer Bildfrequenz von 10 Hz als Video aufgezeichnet. Vor Beginn einer Messung wird darauf geachtet, dass der gewählte Bildausschnitt den Zugprüfkörper im mittleren Bereich vollständig umfasst. Ebenso wird die im Zentrum des Bildausschnitts ermittelte horizontale und vertikale Belichtungsintensität des CCD- Sensors über die Blendenöffnung und die zugehörige Belichtungszeit auf den aktuellen Prüfkörper eingestellt. Abb. 3. Versuchsaufbau Schallemissionsanalyse (links), Versuchsaufbau Laserdurchstrahlmessung (rechts) 5

6 Zur Auswertung werden die aufgezeichneten Videos als Einzelbilder mit dem quelloffenen Programm ImageJ, eingeladen und die Standardabweichung des gemittelten Grauwertes im selektierten Messbereich (Umriss der Zugprüfkörpergeometrie) der Einzelbilder ausgewertet. Zur Vergleichbarkeit zwischen den einzelnen Prüfkörpern einer Prüfserie sowie unterschiedlicher Werkstoffe werden die Helligkeitswerte auf einen Wertebereich zwischen 0 mit dem gemessenen minimal Wert und 1, dem Maximalwert, normiert. Da das Signal weiterhin einer hochfrequenten Schwankung unterliegt wird es mittels des gleitenden Durchschnitts im Bereich von 5 % der Gesamtlänge der Video- bzw. Signalaufzeichnung gemittelt. Das erste Maximum sowie der Wendepunkt der Helligkeitsveränderung über der Zeit bzw. in Korrelation zur Zugprüfung, die Dehnung, werden als charakteristische Werte des jeweiligen Werkstoffes erfasst. 4. Ergebnisse und Diskussion In Bild 3 sind die Ergebnisse der Schallemissionsanalyse für die jeweiligen Polycarbonattypen mit 20 M.-% und 30 M.-% Massenanteil Kurzglasfasern sowie 35 M.-% Massenanteil Langglasfasern gegenübergestellt. Die Diagramme zeigen die maximale Amplitude der einzelnen transienten Schallsignale als Punkte aufgetragen über der zugehörigen Dehnung. Die Anzahl der gemessenen Signale ist durch die Überlagerung der einzelnen Punkte nicht ersichtlich und daher durch eine Farbskala von grün (Minimum) nach rot (Maximum) kenntlich gemacht. Es ist ersichtlich, dass durch die Zugabe von Glasfasern die Bruchdehnung von PC deutlich verringert wird, jedoch das langglasfaserverstärkte PC trotz des höheren Massenanteils eine höhere Bruchdehnung erreicht. Gleichzeitig nimmt auch die Steifigkeit bei höherem Glasfasergehalt zu, wie die Ergebnisse der Zugprüfung zeigen. PC-GF20 PC-GF30 PC-LGF35 Abb. 3. Vergleich der Schallemissionsmessung Polycarbonat (Zugprüfkörper: Typ 1A) Weiterhin treten zu Beginn der Zugprüfung nur vereinzelt Schallereignisse auf, wie es der Prüfkörper PC-GF20 am deutlichsten zeigt. Störsignale treten dabei vor allem unterhalb der Amplitudenschwelle von ca. 50 db auf. Dementsprechend wird davon ausgegangen, dass diese Signale noch nicht durch Mikrorisse im Werkstoff hervorgerufen werden. Erst beim dauerhaften Überschreiten einer Dehngrenze, in den Diagrammen jeweils mit einer vertikalen Linie gekennzeichnet, nehmen sowohl die Amplituden der 6

7 einzelnen Schallereignisse, als auch die Anzahl der erfassten Signale deutlich zu. Das ist der Punkt, ab dem erste irreversible Schädigungen im Prüfkörper eintreten, wodurch vermehrt akustische Wellen entstehen, die mittels der SEA detektiert werden können. Mit zunehmendem Glasfaseranteil zeigt Bild 3 ebenfalls einen deutlichen Unterschied im Bereich der Störsignale. Mit zunehmender Werkstoffsteifigkeit kommt es, wahrscheinlich in Folge der erhöhten Schallleitfähigkeit bereits vor dem starken Anstieg der Schallereignisse vermehrt zu Störsignalen. Allerdings lässt sich auch mit größerer Anzahl an Störsignalen im anfänglichen Dehnungsbereich eine Grenze hin zu ansteigenden Signalamplituden ermitteln. Für den Langglasfaserwerkstoff PC-LGF35 wird die kritische Dehnung zu 0,5 % ermittelt und tritt damit früher auf als bei den Kurzglasfasertypen PC- GF20 und PC-GF30. In Bild 4 ist eine Vergleichsmessung zwischen der angepassten (Typ SEA) und der Standard-Prüfkörpergeometrie (Typ 1A) aufgezeigt. Es lässt sich erkennen, dass sich vor allem die detektierte Anzahl der Störsignale im unteren Dehnungsbereich mit Signalamplituden kleiner 50 db mit der angepassten Prüfkörpergeometrie reduzieren lassen. PC-GF30 Prüfkörper: Typ 1A PC-GF30 Prüfkörper: Typ SEA Abb. 4. Vergleich der SEA an den Zugprüfkörpern vom Typ 1A (links) und Typ SEA (rechts) Mit der angepassten Prüfkörpergeometrie die eine verbesserte Spannungsverteilung aufgrund der größeren Übergangsradien zwischen Einspannung und Messbereich im Vergleich zum Standardprüfkörper bietet, können auch die lokal auftretenden Dehnungsgradienten verringert werden. So kommt es, das mit dieser Geometrie die lokalen Dehnungsunterschiede verringert und somit der im Messbereich ermittelte Dehnungswert bei Überschreiten der kritischen Dehnung höher ausfällt. Das hier exemplarisch dargestellte Beispiel lässt sich ebenfalls auf die geprüften Werkstoffe PC-GF20 und PC-LGF35 übertragen. Die Differenz zwischen dem Standard und angepassten Prüfkörper ist für den hier dargestellten Werkstofftyp PC-GF30 allerdings mit ca. 0,15 Prozentpunkten Abweichung der ermittelten kritischen Dehnung am deutlichsten ausgeprägt. Im Gegensatz zu den faserverstärkten Werkstoffen können bei unverstärkten Werkstoffen wie dem PC derzeit nur wenige Schallereignisse aufgezeichnet werden, sodass sich hier noch keine Aussagen bezüglich der kritischen Dehnung treffen lassen. Zum Abgleich der ermittelten Ergebnisse der SEA sind im Folgenden die Auswertungen der lichtoptischen Messung mittels Laser in Transmission aus jeweils drei Wiederholungsmessungen der SEA gegenübergestellt. Allerdings liefert auch diese Methode bei der unverstärkten Werkstofftype keine Ergebnisse. Tabelle 3. Ergebnisse der kritischen Dehnung in Abhängigkeit vom Messverfahren Werkstoff SEA Lasermessung Maximum Wendepunkt PC PC-GF20 0,8 % 0,42 % 0,94 % PC-GF30 0,6 % 0,32 % 0,67 % PC-LGF35 0,5 % 0,55 % 1,13 % 7

8 Die geringen Differenzen der beiden Verfahren können hier die Gültigkeit der vorgestellten Methode mittels der SEA belegen. Ein Abschließender Vergleich zu dem in der Literatur angegebenen Wertebereich der kritischen Dehnung für amorphe gefüllte Thermoplaste mit 0,3 0,5 % [15] zeigt, dass die so ermittelten Werte lediglich geringfügig höher ausfallen. 5. Fazit und Ausblick Es konnte gezeigt werden, dass die vorgestellte Methode auf Basis der Schallemissionsanalyse für drei faserverstärkte Polycarbonattypen einen eindeutigen Anstieg der Signalanzahl vor Erreichen der jeweiligen Zugfestigkeit aufweist. Es ist davon auszugehen, dass diese Methode dementsprechend auch auf andere faserverstärkte Werkstofftypen übertragen werden kann. Weiterhin konnte der Vergleich zu einem konventionellen Verfahren die Gültigkeit zur Ermittlung der kritischen Dehnung mittels der SAE belegen. Dabei bietet die Methode eine vergleichsweise schnelle und zuverlässige Ermittlung der kritischen Dehnung. Abschließend konnte auch eine Reduzierung der Störsignale bei vergleichbaren Ergebnissen durch eine optimierte Prüfkörpergeometrie erzielt werden. Ein Algorithmus zur objektiven Ermittlung der kritischen Dehnung aus den Ergebnissen der SEA existiert bislang nicht, könnte aber in Zukunft die Methode weiter verbessern und automatisierbar machen. Ebenso treten trotz der Verbesserung durch eine optimierte Prüfkörpergeometrie weiterhin während der Messung zahlreiche Störsignale auf, die eine gezielte Auswertung erschweren. Daher gilt es in Zukunft eine gezielte Reduzierung der Störsignale durch beispielsweise Anwendung von Signalfiltern zu erreichen. Der Fokus dieser Verbesserungen sollte vor allem auf die Übertragbarkeit auf ungefüllte Kunststoffe gelegt werden. Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) innerhalb des Förderprogramms AiF-ZIM gefördert. An dieser Stelle möchten wir uns bei der Firma CAE Innovative Engineering GmbH, Beckum für die hervorragende Kooperation zur Entwicklung der Prüfkörpergeometrie sowie der Firma Covestro, Leverkusen, für die freundliche Unterstützung des Projektes durch die zur Verfügung gestellten Werkstoffe bedanken. 6. Literaturverzeichnis [1] BONTEN, C. Kunststofftechnik Grundlagen und Einführung, München: Hanser, [2] BOHSE, J. Acoustic Emission Examination of Polymer-Matrix Composites [online]. Journal of Acoustic Emission, 2004, S [3] GROßE, C.U. Quantitative zerstörungsfreie Prüfung von Baustoffen mittels Schallemissionsanalyse und Ultraschall. Dissertation. Universität Stuttgart, Stuttgart, [4] OECHSNER, M., K.H. KLOOS and C. BERGER. Werkstoffprüfung. K.-H. GROTE, Hg. Dubbel. 24., aktualisierte und erw. Aufl. Berlin: Springer Vieweg, 2014, ISBN [5] BENZ, J., F. WILLEMS and C. BONTEN. Die Ohren gespitzt. Kunststoffe, 2016, 106(11), [6] MENGES, G. and H. SCHMIDT. Spannungsrisse bei Langzeit-Zugbeanspruchung von Kunststoffen. Kunststoffe, 1967, (11), [7] MENGES, G. and H. ROSKOTHEN. Deformation as a new criterion for dimensioning of plastic structures. Journal of Macromolecular Science, 1972, (3), [8] MENGES, G. and H. SCHMIDT. Spannungsrissbildung und elastisch-plastisches Verformungsverhalten von thermoplastischen Kunststoffen bei Langzeitzugbeanspruchung. Plastverarbeiter, 1968, (7), [9] MENGES, G. and R. TAPROGGE. Denken in Verformungen erleichtert das Dimensionieren von Kunststoffteilen. VDI-Z, 1970, (6). 8

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