In-Situ-Computertomographie

Klassische 2D- und 3D-Computertomographie gibt Aufschluss über die im Inneren der Prüfobjekte verborgenen Strukturen in einem statischen Zustand. Unterliegt der Prüfling jedoch einer dynamischen Veränderung, wie der Bewegung aufgrund physikalischer Prozesse, bedarf es einer Messung aller für den Erkenntnisgewinn relevanten Zustände. Die portablen In-Situ-Stages des Fraunhofer-Anwendungszentrums CTMT ermöglichen CT-Messungen an Zugproben oder Bauteilen während gleichzeitig Kräfte eingeleitet werden.

Mit der dimensionellen Messung und Materialprüfung mithilfe zerstörungsfreier In-Situ-Computertomographie können so Proben und Prüfobjekte unterschiedlichster Art unter Krafteinwirkung auf ihre Verformung und z.B. Rissbildung untersucht werden.

Die In-Situ-Stages können dabei herstellerunabhängig in konventionelle Computertomographie-Systeme integriert werden. Die Steuerung erfolgt über externe Programme, kann aber auch mittels API in eigene Programme eingebunden werden erfolgen.

Das Fraunhofer CTMT hat bereits unterschiedliche Systeme für z.B. Zug/Druck-Belastungen, oder auch Biegemomente gebaut:

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In-Situ-Stage für höhere Lasten

Diese Vorrichtung ist dafür gedacht beliebig geformte Objekte mit einer definierten Zug- oder Druck-Kraft zu belasten. Aufgrund der Abmessungen können auch größere Objekte mit einer Größe von ca. 150 x 150 mm² (ØxH) mit einer max. Kraft von 15 kN untersucht werden.

Visualisierung der Verformung einer Kunststoff Heißgas Schweißung mit innenliegender Vakuole unter Zuglast.

Probe einer Kunststoff Heißgas Schweißung mit innenliegender Vakuole eingespannt in In Situ Stage.

In-Situ-Stage für kleinere Lasten und hohe Auflösungen

Um auch kleinere Proben, wie. z.B. genormte Zugproben (vgl. DIN EN 1465, DIN EN ISO 527), Kabel, Folien, usw. untersuchen zu können wird diese Stage verwendet. Durch die geringen Abmessungen der Probenkammer können Voxel-Auflösungen von < 10 µm (abhängig vom CT-Setup) erreicht werden. Die Kraft lässt sich während der Versuche stufenlos bis 1,5 kN steigern. Ebenso sind auch weggesteuerte Versuche mit einer Schrittweite von ca. 1 µm möglich.

In Situ Stage in CT System; zu sehen ist links die Röntgenquelle, rechts der Detektor und mittig die In Situ Stage mit eingespannter Kunststoff Klebeprobe.

Die In-Situ-Stage mit eingespannter Kunststoff Klebeprobe.

Digital Volume Correlation (DVC) einer Kunstoff Klebeverbindung; visualisiert sind die Verformungsvektoren.

In-Situ-Stage für Biegeversuche

Eine andere Belastungsform wird durch diese In-Situ-Stage möglich. Hier können flache Probekörper einer sog. Vierpunkt-Biegebelastung (vgl. DIN EN ISO 14125) ausgesetzt werden. Besonders interessant ist diese Art von Belastungsversuch bei Faserverstärkten Kunststoffen aller Art, da damit u.a. Delaminationen sichtbar gemacht werden können. Bei einer maximalen Kraft von 5 KN und simultaner Messung der Verformung können eine Vielzahl von unterschiedlichen Proben untersucht werden.