Klebstellen bei Kunststoffen zerstörungsfrei prüfen

Industrielle Röntgen-Computertomografie (iCT) an geklebten lasergesinterten Kunststoffbauteilen: Schnittbild (links) und Falschfarbendarstellung einer Porenanalyse (rechts). Durch die Füllung der Oberflächenrauheit bilden sich Poren in der Klebschicht (Bild: SKZ - KFE gGmbH)

30.10.2019 Klebstellen bei Kunststoffen zerstörungsfrei prüfen

Möglichkeiten und Grenzen verschiedener Verfahren

von M. Sc. Heinrich Leicht (SKZ-KFE gGmbH), Norbert Halmen (SKZ – Das Kunststoff-Zentrum), Daniel Hoffmann (SKZ – Das Kunststoff-Zentrum), Giovanni Schober (SKZ – Das Kunststoff-Zentrum), Dr. Eduard Kraus (SKZ – Das Kunststoff-Zentrum), Dr. Benjamin Baudrit (SKZ – Das Kunststoff-Zentrum), Dr. Thomas Hochrein (SKZ – Das Kunststoff-Zentrum), Dr.-Ing. Martin Bastian (SKZ – Das Kunststoff-Zentrum)

Die Methoden der zerstörungsfreien Bauteilprüfung werden stetig weiterentwickelt und so steht den Anwendern bereits heute ein breites Spektrum an Verfahren zur Verfügung. In der Kunststofffertigung liegt ein besonderes Augenmerk auf der Prüfung der Fügequalität. In Abhängigkeit von Fügeverfahren, Material und Fehlertyp ergibt sich das für die jeweilige Anwendung passende und weniger passende Prüfverfahren – ein Überblick.

Die Substitution von Metall- zu Kunststoffmaterialien kann in sehr vielen Bereichen beobachtet werden, z.B. der Automobil-, Medizin- oder Luft- und Raumfahrtindustrie, in denen insbesondere die Funktionsfähigkeit und Zuverlässigkeit von Bauteilen eine große Rolle spielen. In diesen Bereichen ist eine hohe Produktqualität entscheidend, um Personen- und Sachschäden zu vermeiden. Da es sich hierbei zudem häufig um komplexe Baugruppen handelt, kann auf Fügeverfahren i.d.R. nicht verzichtet werden. Im Produktentstehungsprozess sind Fügeverfahren, bei Kunststoffen meistens Schweißen und Kleben, i.d.R. am Ende der Prozesskette angesiedelt, weshalb sich Abweichungen aus vorhergehenden Prozessschritten häufig direkt auf die Nahtqualität auswirken. Fehler in der Fügezone führen oftmals zu stark verringerter Produktlebensdauer oder beeinträchtigen die Funktionalität.

Um diese Fehler aufzuspüren, werden üblicherweise zerstörende Prüfungen eingesetzt, da es sich z. B. beim Kleben laut DIN EN ISO 9001 und DIN 2304 um einen speziellen Prozess handelt, dessen Qualität gegenwärtig durch zerstörungsfreie Prüfung nicht vollständig bestimmbar ist [1,2]. Bei zerstörenden Prüfungen lassen sich jedoch nur stichprobenartig Untersuchungen vornehmen und es finden dabei irreversible Veränderungen der Bauteile statt, die u. U. mit hohen Kosten verbunden sind. Um detektierbare Fehler frühestmöglich und mit möglichst geringen Fehlerkosten aufzudecken sowie die Erkenntnislücke zwischen den ausgewählten Stichproben der zerstörenden Prüfungen zu schließen, ist der Einsatz zerstörungsfreier Prüfverfahren zur durchgehenden Online- oder Inline-Defekterkennung in Kunststoff-Fügeverbindungen erstrebenswert [3,4]. Tabelle 1 liefert einen kurzen Überblick über die technischen Möglichkeiten verschiedener Verfahren. Insbesondere, um in Zukunft eine immer höhere Defekterkennungsrate mit zerstörungsfreien Mitteln zu ermöglichen, werden stetig zerstörungsfreie Prüfverfahren für die Kunststofffügetechnik erprobt, weiterentwickelt und in das industrielle Umfeld übertragen. Nachfolgend wird insbesondere auf Röntgen-, Ultraschall-, Kernspinresonanz- und Terahertz-Verfahren sowie Thermografie als zerstörungsfreie Prüfverfahren für die Kunststofffügetechnik eingegangen.