Prüfverfahren und mehr

CT-Scan in der Praxis - Innovative Prüfverfahren der MessX AG

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CT-Scan einer Carbon-Felge

Der AMZ (Akademischer Motorsportverband Zürich) besteht aus etwa 30 Studenten der ETH Zürich und HSLU Luzern, die am internationalen Studentenwettbewerb «Formula Student» teilnehmen. Dafür entwickeln, konstruieren und fertigen die Nachwuchsingenieure ein elektrisch angetriebenes Rennauto, das bei Events in verschiedenen Ländern gegen Teams anderer Universitäten antritt.
Durch die Nähe zur Hochschule und dank der herausragenden Fähigkeiten der Sponsoren des AMZ, zu denen auch MessX zählt, werden dabei modernste Technologien verwendet, die es dem AMZ zum Beispiel ermöglichten, den Beschleunigungsweltrekord von 0-100 km/h in 1.5153s für elektrisch angetriebene Fahrzeuge aufzustellen. Um diese beeindruckenden Leistungen erreichen zu können, muss jeder Aspekt des Fahrzeugs optimiert sein: So verwendet der AMZ selbst entwickelte Elektromotoren für höchste Leistungsdichten oder Carbon-Felgen, um das Gewicht des Fahrzeugs zu minimieren. Letzterem Zweck dient auch der additiv („3D-Druck“) gefertigte Radträger. Jedes dieser Bauteile muss extreme Anforderungen erfüllen und ein Versagen während des Betriebs wäre absolut kritisch für das Projekt.

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Nahaufnahme eines Schnittes durch den Radträger – gut zu erkennen ist die
unterschiedliche Oberflächengüte im Kühlkanal und auf der Aussenseite des Radträgers

Daher nutzt der AMZ die Möglichkeiten des Rorschacher Unternehmens MessX, um die Qualität dieser Bauteile zerstörungsfrei zu prüfen.

Beim Radträger werden die prozessbedingten Probleme mit Hilfe von MessX analysiert: der Verzug des Bauteils sowie das potenzielle Auftreten von Poren, die kritisch für die Festigkeit des Bauteils sein können.

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Porenanalyse des Radträgers – Position und Nahaufnahme

Dank der CT-Scans und insbesondere der Aufbereitung der Daten durch MessX mit der Software VolumeGraphics konnten die Radträger bezüglich dieser Punkte untersucht werden. So wurden Lunkeranalysen erstellt, also automatisch der grösste Radius und das Volumen der Poren bestimmt. Daneben konnten deren Positionen im Bauteil untersucht werden. Die Auflösung (0.1 mm) war trotz der Grösse des Bauteils (ca. 160 x 140 x 120 mm, Aluminium) ausreichend, um für Festigkeit relevante Poren zu detektieren. Ebenso wurde durch einen Soll-Ist-Vergleich, d.h. einen Abgleich der tatsächlichen Masse mit dem CAD-Bauteil, der Verzug des Radträgers festgestellt. Damit konnten dem Fräspartner, der die Nachbearbeitung übernahm, wertvolle Daten geliefert werden.

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CT-Scan eines Radträgers

Beeindruckend an der Kooperation war die umfangreiche Betreuung durch MessX. So kam der Vorschlag, die Radträger auch strukturmechanisch am «echten» gescannten Bauteil zu simulieren, von MessX selbst. Diese Analyse konnte genutzt werden, um die FEM-Analysen des CADRadträgers am gefertigten Bauteil zu validieren und den Einfluss des Verzugs auf die Festigkeit zu untersuchen.

Nach dem CT-Scan konnte der AMZ mit einer Software zum Betrachten der Scans und Analysen die Daten an den eigenen PCs auswerten, was diesbezüglich volle Flexibilität bedeutete. Bei Problemen mit dem Programm wurde extrem schnell und kompetent geholfen. Dies ist insbesondere deshalb eindrucksvoll, da der AMZ kein zahlender Kunde ist, sondern das gesamte Engagement im Rahmen eines Sponsorings stattfindet.

Um die Qualität der handgefertigten Carbonfelgen zu überprüfen, konnte letztes Jahr ein CT-Scan bei MessX durchgeführt werden lassen. Bei der anschliessenden Analyse liessen sich einerseits Mängel wie beispielsweise trockene Stellen an der Oberfläche bestätigen, die man auch visuell erkennen konnte.

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Abweichung des Radträgers vom CAD-Soll mit Falschfarben-Analyse

Andererseits wurden dank der hochauflösenden Scans und der uns zur Verfügung gestellten Software Einblicke in die Felgen erlangt. Dies ermöglichte den AMZ, den Lagenaufbau an anspruchsvoll zu laminierenden Stellen wie Rundungen und Kanten zu kontrollieren sowie den Übergang zwischen Carbongewebe und Schaumstoffkern zu überprüfen.

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Strukturmechanik-Simulation des Radträgers

Aufgrund guter Erfahrungen während der pilatus-Saison (so der Name des letztjährigen Modells des AMZ) und der erneut von MessX angebotenen Unterstützung hat der AMZ dieses Jahr entschieden, für die Carbon-Felgen wieder auf CT-Scans zurückzugreifen. Da sich das Design der Felge grundlegend verändert hat, sind dieses Jahr zwei Scans geplant. Mit dem ersten Scan soll erneut die Fertigung und die Lehren des letztjährigen Scans überprüft werden. Mit dem zweiten Scan wird beabsichtigt, den Verschleiss der Felge während des Testings dokumentieren zu können. So soll abgesichert werden, dass die Felgen die bevorstehenden Rennen garantiert ohne jeglichen Schaden zu nehmen überstehen.

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Überlagerung der CT-Daten (IST-Zustand, in Grau) mit den CAD-Daten (SOLL-Zustand, in Farbe)
ohne rechnerische Auswertung - also ohne Falschfarben-Analyse.

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