Aufklärung von Grenzflächenphänomenen bei Ausbreitung akustischer Wellen in GfK-Thermoplastverbunden

Kunststoffe weisen gegenüber Metallen eine höhere spezifische Dämpfung auf, die in deren komplexeren Strukturen begründet ist. Da die Eigenschaften von Kunststoffbauteilen vor allem durch Geometrie und Füllgrad der Additive (Natur-, Glas- und Carbonfasern, Kreide, Talkum u.a.) bestimmt sind, ergeben sich neben den hohen Dämpfungswerten auch starke Schallstreuungen, die eine Auswertung erschweren, wenn nicht unmöglich machen. Durch den zunehmenden Einsatz von Bauteilen aus Verbundkunststoffen kommt als weiteres Problem hinzu, dass am Übergang in einen anderen Kunststoff die akustische Kopplung nicht optimal ist. Das Verhalten akustischer Wellen an diesen Grenzflächen beim Übergang in andere Medien ist in erster Linie durch Reflexions- und Transmissionsprozesse gekennzeichnet. Dabei ist es von der Prüfaufgabe abhängig, welcher der beiden Prozesse messtechnische Probleme verursacht. Bei GfK-Thermoplastverbunden in Form von Rohren mit thermoplastischer Auskleidung bestehen im Allg. die Schwierigkeiten in der starken Schallstreuung des GfK-Traglaminates sowie der hohen Dämpfung im thermoplastischen Auskleidungsmaterial. Dazu entstehen an der Grenzfläche zwischen Traglaminat und Auskleidungsmaterial reflektierte Wellen, deren Intensitäten von den Unterschieden in den akustischen Impedanzen beider Materialien abhängen. Durch den Verlust an Schallenergie durch Reflexion an dieser Grenzfläche ist mit den existierenden Ultraschallmesssystemen eine zuverlässige Bestimmung der gesamten Wanddicke nicht realisierbar. Mittels der mechanischen und akustischen Charakterisierung der Grenzfläche soll deren Verhalten bei ausgewählten GfK-Thermoplastverbunden in Abhängigkeit von verschiedenen äußeren Einflüssen bestimmt werden. Die daraus resultierenden funktionalen Zusammenhänge sollen eine Optimierung des Prüfalgorithmus und damit eine zuverlässige Wanddickenbestimmung ermöglichen. Das Ziel des Projektes ist die Aufklärung von Grenzflächenphänomenen bei Ausbreitung akustischer Wellen in GfK-Thermoplastverbunden. Besonders nachteilig für eine hohe Mess¬sicherheit ist die Schallreflexion an der Grenzfläche zweier aneinanderstoßender Medien mit unterschiedlichen akustischen Eigenschaften, wobei neben der hohen Schalldämpfung und -streuung in den beteiligten Werkstoffen auch eine Schwächung der transmittierten Schallwelle im angrenzenden Material entsteht. Diesem Problem soll mit der verbesserten Schallübertragung in das Verbundbauteil durch eine geeignetere akustische Anpassung Rechnung getragen werden. Ein Teil der Modellprüfkörper wird daher einer medial-thermischen Belastung ausgesetzt. Mit den an derartig geschädigten Kunststoffbauteilen durchgeführten umfangreichen Untersuchungen des erhalten HF-Signals in Bezug auf Korrelations- und FFT-Analyse sowie Signalfaltung wird eine tiefgehende Untersuchung der GfK-Thermoplastverbunde möglich.