Computertomographische Untersuchung des Ermüdungsverhaltens eines hybriden automobilen Fahrwerksbauteils aus Aluminium und CFK

Ziel dieser Arbeit ist die computertomographische Untersuchung eines hybriden Längslenkers aus Aluminium und CFK (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) nach einer Ermüdungsbelastung, um die dabei entstehenden Versagensmechanismen zu bestimmen. Der Längslenker ist Teil der Radaufhängung am Automobil und wird mit Hilfe eines optimierten Prepreg-Press-Prozesses hergestellt. Dabei werden CFK-Prepregs mit Hilfe eines partiell temperierten Werkzeuges in das zuvor umgeformte, gekühlte Aluminiumbauteil eingeformt und ausgehärtet, wodurch thermische Eigenspannungen und draus resultierender Verzug des Bauteils reduziert werden können. Anschließend wird der hybride Längslenker zyklisch im Zugschwellbereich mit einer Amplitude von 5 kN um die Mittelspannung von 9 kN bei einer Frequenz von 2 Hz belastet. Mittels Computertomographie wird das Bauteil vor der Belastung auf Fertigungsfehler überprüft, welche einen Einfluss auf das Ermüdungsverhalten des Bauteils haben könnten. Da während der Belastung zunächst ein kontinuierliches aber kein plötzliches Versagen erwartet wird, soll nach einer ersten Belastungsstufe, indem bemerkbar die ersten Ermüdungserscheinungen auftreten, die Computertomographie (CT) verwendet werden, um die Versagensmechanismen im Werkstoff erkennen und untersuchen zu können. Die CT-Ergebnisse zeigen, dass das Bauteil im unbelasteten Zustand keine erkennbaren fertigungsbedingten Fehler aufweist. Nach dem Ermüdungsversuch konnten in einem Bauteilbereich, der aus vorangegangenen FEM-Simulationen als auch aus dem statischen Zugversuch als kritisch bewertet wurde, deutlich sichtbare Schädigungen im Bauteil beobachtet werden. Typische Versagensmechanismen wie Zwischenfaserbruch, sowie Delaminationen wurden mittels CT detektiert, wobei Delaminationen hauptsächlich an der Grenzschicht zwischen Aluminium und CFK in engen Radien auftreten.