acr innovationsradar 2014 werkstoffe

ACRINNOVATIONS-RADAR 2014Aktuelle Technologietrends für österreichische KMU

Neue Materialverbunde & innovative Untersuchungsmethoden

PRO-DUKTE,PROZESSE,WERK-STOFFE

INHALT

ACR – AUSTRIAN COOPERATIVE RESEARCHHaus der Forschung, Sensengasse 1, 1090 Wien Tel. +431 219 85 [email protected], www.acr.ac.at

Dezember 2013

mit freundlicher Unterstützung

EINLEITUNG 4NEUE MATERIALVERBUNDE DURCH INNOVATIVE HERSTELLUNGS VERFAHREN SOWIE FÜGE- UND HYBRID FÜGETECHNIKEN 7INNOVATIVE UNTER SUCHUNGSMETHODEN IN DER MATERIAL- UND BAUTEILPRÜFUNG 14ZERSTÖRUNGSFREIE PRÜFMETHODEN IN DER MATERIAL- & BAUTEILPRÜFUNG 16ZERSTÖRENDE WERKSTOFFPRÜFUNG BEI RAUM-, TIEF- UND HOCHTEMPERATUR 23MIKRO- UND NANO ANALYTISCHE UNTER SUCHUNGSMETHODEN 24LITERATUR 28

ACRINNOVATIONS-RADAR 2014Aktuelle Technologietrends für österreichische KMU

PRO-DUKTE,PROZESSE,WERK-STOFFE

ACR-INNOVATIONSRADAR 2014

4 ACR INNOVATIONSRADAR

EINLEITUNG

Im sehr breiten Feld der Produkte,

Prozesse und Werkstoffe fokussiert sich

das ACR-Innovationsradar im Wesentli-

chen auf zwei zentrale Themenbe-

reiche:

• Neue Materialverbunde durch inno-

vative Herstellungsverfahren sowie

Füge- und Hybridfügetechniken

• Innovative Untersuchungsmethoden in

der Material- und Bauteilprüfung

Hohe Festigkeit und Steifigkeit, Dauer-

haftigkeit, thermische Stabilität sowie

Korrosionsbeständigkeit in Kombination

mit geringem spezifischem Gewicht –

das sind heute oft die Werkstoffanfor-

derungen, die an moderne Konstrukti-

onsteile (z.B. in der Automobilindustrie)

gestellt werden. In vielen Fällen ist

dieses Ziel alleine durch den Einsatz

eines einzigen Werkstoffes nicht zu

erfüllen: Optimierte Materialkombina-

tionen aus zwei (oder mehreren) unter-

schiedlichen Werkstoffklassen (hetero-

gene Multimaterialverbunde) bzw. die

Kombination metallischer Werkstoffe

mit Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV)

stellen häufig geeignete Lösungsan-

sätze dar.

Der allgemeine Trend zu Leichtbau-

Konstruktionen sowie verschärfte wirt-

schaftliche Rahmenbedingungen in der

Produktion führen zunehmend

• zum Einsatz innovativer Materialien

bzw. Materialkombinationen,

• zur Herausforderung, diese Werk-

stoffe untereinander zu verbinden

sowie

• zur Anwendung neuartiger bzw.

Optimierung bestehender Fertigungs-

technologien.

Nach wie vor stellen wirtschaftliche

Überlegungen oft ein Haupthindernis

für die Umstellung herkömmlicher

Produktionsverfahren bzw. für die

Einführung neuer Füge- und Hybridfüge-

techniken dar. Den relativ hohen

Anfangsinvestitionen stehen jedoch die

erzielbaren deutlichen Einsparungen

an eingesetzten Materialmengen sowie

eine erhöhte Produktivität gegenüber.

In diesem dynamischen Arbeitsgebiet

ergeben sich für Entwickler und

Anwender allerdings oft die folgenden

Herausforderungen:

• Notwendigkeit der Weiterentwick-

lung von Werkstoffen und Multimateri-

alverbunden, um die gesteckten Ziele

(z.B. Gewichtseinsparung, Prozessopti-

mierung, Designanforderungen) zu

erreichen.

• Korrekte und anwendungsspezifische

Auswahl und Abstimmung von Verbin-

dungstechnologien im Hinblick auf die

jeweiligen Anforderungen moderner

Konstruktionsteile – sowohl im Bereich

metallischer Werkstoffe untereinander

als auch im Bereich heterogener Multi-

materialverbunde (z.B. mit metallischen

und polymeren Materialkomponenten).

• Optimierung von Prozesstechnolo-

gien, um intelligentes Design mit wirt-

schaftlich vertretbaren Fertigungspro-

zessen realisieren zu können (Energie-

einsparung und Effizienzsteigerung bei

der Fertigung).

• Umweltfreundlichkeit der Produkte,

insbesondere in Bezug auf die Life

Cycle Performance sowie die Recyclier-

barkeit.

Aufgrund steigender Qualitätsanforde-

rungen an moderne Werkstoffe und

Bauteile spielt die sichere Erkennung

von Materialdefekten und/oder Materi-

alermüdungen und damit die Anwen-

dung innovativer Untersuchungsme-

thoden eine immer größere Rolle.

Beschränkte man sich in der Vergan-

genheit überwiegend auf klassische

Methoden der zerstörenden Material-

charakterisierung, so kommt heute

ganzheitlichen Betrachtungsweisen

steigende Bedeutung zu. Damit einher

geht die Anwendung zerstörungsfreier

Prüfmethoden in der Material- und

Bauteilcharakterisierung: Ihre zuneh-

mende Verbreitung verdanken sie

insbesondere der Verfügbarkeit hoch-

empfindlicher Sensortechnik und

ausgereifter Datenverarbeitungssys-

teme zu wirtschaftlich vertretbaren

Konditionen. Die Analyse von Ausfall-

teilen im Vergleich zu fehlerfreien

Chargen hilft, die Schadensursachen

aufzuklären und latente Mängel oder

Fehler der Produktion zu lokalisieren;

auf diese Weise entsteht ein besseres

Verständnis für den eingesetzten Werk-

stoff, dessen Verarbeitung und Einsatz-

grenzen.

Bei zahlreichen Herstellungspro-

zessen/Produktionsverfahren wird

immer öfter eine 100%ige Qualitäts-

kontrolle der ausgelieferten Teile gefor-

dert: Entsprechend ausgereifte inline-

Prüfmethoden erlauben hier nicht nur

die Sicherung der Produktqualität

sondern können auch zur Prozesssteue-

rung herangezogen werden, was

speziell bei hohen Stückzahlen eine

signifikante Kostenreduktion durch

Ausschuss-Verringerung bewirken kann.

Da Schadensfälle immer auch Image-

verlust und oft hohe Folgekosten nach

sich ziehen – beides Faktoren, die

insbesondere für KMU extrem kritisch

sein können – empfiehlt es sich, im

Rahmen begleitender qualitätssi-

chernder Maßnahmen rechtzeitig

entsprechendes Knowhow über den

eingesetzten Werkstoff oder Material-

verbund aufzubauen: Die Beschäfti-

gung mit den Möglichkeiten neuer,

innovativer Charakterisierungsver-

fahren kann hierzu oft einen wesentli-

chen Beitrag leisten.

PRODUKTE, PROZESSE, WERKSTOFFE 5

Das Kapitel „Produkte, Prozesse, Werkstoffe“ beleuchtet innovative Untersuchungsmethoden in der Material- und Bauteilprüfung sowie neue Materialverbunde.


PRODUKTE, PROZESSE, WERKSTOFFE

NEUE MATERIALVER-BUNDE DURCH INNOVA-TIVE HERSTELLUNGS -VERFAHREN SOWIEFÜGE- UND HYBRID -FÜGETECHNIKEN

Im Bereich der

Faser-Kunststoff-

Verbunde (FKV)

wird in den kom -

menden Jahren eine

weitere Bedarfssteigerung gegenüber

2013 erwartet. Gründe hierfür liegen

insbesondere in der zunehmenden

Substitution herkömmlicher (vorwie-

gend metallischer) Werkstoffkompo-

nenten durch heterogene Multimaterial-

verbunde. Signifikante technologische

Entwicklungen sind dabei sowohl in

den Bereichen der Faser- und Matrix-

Werkstoffe als auch bei den Verarbei-

tungstechnologien zu erkennen. Die in

den FKV eingesetzten Fasermaterialien

verleihen dem Materialverbund seine

typischen Eigenschaften, wie hohe

Festigkeit, Steifigkeit, Zähigkeit und

Wärmeformbeständigkeit.

Nach wie vor werden Glasfasern aus

Kostengründen trotz ihres relativ hohen

spezifischen Gewichtes am häufigsten

eingesetzt (ca. 95 % der Gesamtmenge

an Composites) – entweder in Form von

Endlosfasern oder aber auch als

Matten-, Gewebe- und/oder Kurzglas-

fasern.

Obwohl die Produktionsmengen dieser

Glasfaser-Kunststoffverbunde (GFK) in

vielen industriellen Anwendungsberei-

chen leicht ansteigen, erfolgt in

speziellen Anwendungen eine teil-

weise Verschiebung von Glasfaser- zu

Carbonfaser-verstärkten Produkten.

Im Bereich der mineralischen Fasern

beginnen sich langsam die Basalt -

fasern zu etablieren, die von ihrem

Eigenschaftsspektrum zwischen den

Glas- und den Carbonfasern angesie-

delt sind. Etwas höhere Steifigkeit und

deutlich höhere Festigkeit liefern

bessere mechanische Bauteileigen-

schaften als GFKs, aus wirtschaftlichen

Gründen haben sich jedoch Basalt-

faser-Compounds bis dato nur in

einzelnen Anwendungsbereichen

durchgesetzt.

Carbonfasern sind derzeit noch in

vergleichsweise kleinen Mengen im

Einsatz, die Verbrauchsmengen der

letzten Jahre zeigen jedoch einen stark

steigenden Bedarf (Abb. 1). Carbon-

Composites weisen eine enorme Steifig-

keit und Festigkeit bei gleichzeitig

geringer Dichte auf und haben sich

bisher vor allem in High-Tech-Anwen-

dungen (Luft- und Raumfahrt inkl.

Militär, Windenergie, Spitzensport)

etabliert. Für die kommenden Jahre


Herkömmliche (vorwiegend metallische) Werkstoff -komponenten werden mehr und mehr durch heterogene Multimaterialverbunde ersetzt.

TECHNO-LOGISCHE TRENDS

Abbildung 1: Globaler CFK-Bedarf in Tonnen, 2008–2020 (Abbildung: OFI)


wird ein deutlich zunehmender Einsatz

auch in der Serienfertigung, z.B. im

Automobilbau, erwartet. Zukunftspoten-

tiale liegen hier einerseits in der Ver -

wendung von Mischgeweben, mit

deren Hilfe Verbundwerkstoffe hinsicht-

lich ihrer Steifigkeit und Zähigkeit exakt

ausbalanciert werden können; anderer-

seits aber auch in der Ausgestaltung

bzw. Anfertigung innovativer textiler

Vorformlinge.

Aramidfasern (aromatische Polya-

midfasern) werden im Bereich der FKV

künftig verstärkt gemeinsam mit den

vergleichsweise steifen Carbonfasern

eingesetzt werden. Diese dabei erhal-

tenen Composites zeichnen sich durch

sehr hohe Festigkeit, hohe Dehnung

und exzellente Schlagzähigkeit aus und

eignen sich daher insbesondere für

schlagbeanspruchte Bauteile.

Speziell in den letzten Jahren werden

zunehmend auch Naturfasern (Hanf-,

Flachs-, Holz-, Sisal- oder Kokosnussfa-

sern) im Bereich von FKV eingesetzt:

Zum einen wegen ihres Eigenschafts-

spektrums (geringe Dichte, hohe Zähig-

keit, hohe Steifigkeit), insbesondere

aber mit ökologischen Argumenten

(CO2-Bilanz).

Weiterentwicklungen im Bereich von

Harz- und Matrixsystemen

erfolgen heute meist sehr zielgerichtet

und anwendungsorientiert in Bezug auf

Temperatur- und Alterungs beständigkeit,

Chemikalien- und Korrosionsfestigkeit,

Schlagzäh- und Brand festausrüstung

sowie Licht- und UV-Beständigkeit. Im

Bereich der Reaktiv harz systeme kommt

zudem der Optimierung der Aushär-

tungsreaktionen (Harz-Reaktivität)

wesentliche Bedeutung zu, sind sie

doch für die letztlich erzielbare Zyklus-

zeit von entscheidender Bedeutung. Bei

faserverstärkten Thermoplasten ist

neben dem derzeit überwiegend einge-

setzten Polypropylen ein zunehmender

Einsatz hochtemperaturbeständiger

Thermoplaste (z.B. aromatische Polya-

mide, PEEK) festzustellen. Bisher aus -

schließlich Metallen vorbehaltene

Anwendungen können so zunehmend

auch mit FKV realisiert werden,

treibende Faktoren sind vor allem die

Themen Kostenoptimierung, Funktions-

integration und Designfreiheit.

Im Bereich der Fertigungstechnolo-

gien etablieren sich infolge steigender

Stückzahlen und erhöhten Kostendrucks

zunehmend automatisierte Verfahren

und Prozesse, auch wenn dafür häufig

ein vergleichsweise hoher Maschinen-

einsatz erforderlich ist; offene und

manuelle Verfahren (Faserspritzen,

Handlaminieren etc.) geraten demge-

genüber zunehmend unter Kostendruck.

Bereits gut etablierte Herstellungstech-

nologien werden sowohl verfahrens- als

auch materialspezifisch laufend weiter-

entwickelt oder miteinander kombiniert

– erwähnt seien in diesem Zusammen-

hang z.B. die Bemühungen um Reduk-

tion der Zykluszeiten bei der Prepreg-

Verarbeitung (pre-impregnated fibers)

durch die „Quickstep“-Technologie,

die Herstellung komplexer großflä-

chiger Leichtbau-Formteile durch das

RRIM-Verfahren (Reinforced Reac-

tion Injection Moulding) oder aber

auch die Kombination von textilen

Wickeltechniken mit Pultrusionsver-

fahren zur Herstellung thermoplasti-

scher FKV-Endlosprofile. Daneben

entstehen aber auch immer wieder

neue Verfahrenstechnologien, mit deren

Hilfe z.B. Leichtbauteile durch hochdefi-

nierte Faserorientierung möglichst mate-

rialsparend hergestellt werden können

(z.B. TFP – Tailored Fiber Placement,

FPP – Fiber Patch Placement, ATL –

Automated Tape Laying).

Großes Entwicklungspotenzial wird

auch Sandwichbauweisen zuge-

schrieben, in denen vermehrt nicht nur

Harz und Fasern, sondern diverse

weitere Materialkomponenten, wie z.B.

Schaumkerne, gezielt zum Einsatz

kommen. Für eine Vielzahl von Produkt-

anwendungen wird zunehmend auf die

Weiterverarbeitung von Thermoplast-

Halbzeugen (GMT / Organobleche)

gesetzt. Vorteil ist die im Vergleich zu

Prepregs unbegrenzte Haltbarkeit des

Vorprodukts sowie die Möglichkeit

strukturelle oder funktionelle Elemente

im Spritzgussprozess direkt anzubinden.

Als Beispiel, welches die Vorteile der

Weiterentwicklung in Bezug auf die

Werkstoffe und die Fertigungstechno-

logie verdeutlicht, ist die Ausführung

der Fahrgastzelle des Lamborghini

Aventador zu nennen. Durch Verwen-

dung von Carbonfasern in einem Kunst-

stoffverbund (CFK) konnte im Vergleich

zu herkömmlichen Werkstoffen das

Gewicht reduziert und gleichzeitig

durch die hervorragenden Werkstoffei-

genschaften die Sicherheit der Insassen

erhöht werden. Durch Weiterentwick-

lungen in der Fertigungstechnologie

konnten auch komplexere Geometrien

realisiert werden.

Die Weiterentwicklung von Gießpro-

zessen und Gusswerkstoffen sowie

deren Einsatz in Kombination mit Nicht-

Gusswerkstoffen stellen in Hinblick auf

neue Anwendungen sowie gesteigerte

Anforderungen an Bauteile und

Konstruktionen eine Herausforderung

für die Zukunft im Bereich der innova-

tiven Bauteilherstellung durch

Gießprozesse dar. Die Fahrzeugin-

dustrie ist mit Abstand der größte Guss-

anwender und auch der innovative

Treiber, wenn es darum geht, Gießpro-

zesse und Gusswerkstoffe zu opti-

mieren.

Als technologischer Trend ist die Topo-

logie-Optimierung von Gusstücken

zu erwähnen: Die Geometrie von

Bauteilen wird hier derart gestaltet,

dass an Oberflächen minimierte Span-

nungsspitzen auftreten – das Ergebnis

ist ein festigkeits- und gewichtsopti-

miertes Bauteil, welches oft dem

Vorbild der Natur nachgeahmt ist

(bionische Herleitung). Mit diesem

Trend einhergehend sind Verbesse-

rungen im Bereich der Formfüllungs-

und Erstarrungssimulation zu nennen.

Metall-Verbunde als Bauteile der

Zukunft werden sich dadurch

auszeichnen, dass jeweils der für die

lokale Beanspruchung am besten

geeignete Werkstoff an der richtigen

Stelle ein-gesetzt wird bzw. dass durch

Funktionsintegration aus mehreren

Bauteilen ein einziges Bauteil entsteht.

Dies kann durch Kombination von

mehreren unterschiedlichen Werkstoffen

erreicht werden. Getrieben wird diese

Entwicklung sowohl aus wirtschaftli-

chen Gesichtspunkten (Energieeinspa-

rung, bessere Ressourcennutzung) als

auch wegen verstärkter Berücksichti-

gung von Umweltaspekten. Metallver-

bunde können grundsätzlich entweder

mittels Füge- oder Hybridfügetechniken,

wie z.B. Schweißen, Löten, Nieten,

Schrauben oder Kleben oder aber auch

gießtechnisch hergestellt werden. Die


Im Bereich der Fertigungstechnologien etablierensich infolge steigender Stückzahlen und erhöhtenKostendrucks zunehmend automatisierte Verfahrenund Prozesse.

Abbildung 2: Organoblech-Strukturbauteil (Bild: Fa. Engel)


gießtechnische Herstellung bietet

gegenüber den anderen Verfahren den

großen Vorteil, dass selbst komplexeste

Geometrien realisiert werden können.

Die Kombination unterschiedlicher

Werkstoffe erfordert technisch

anspruchs volle Lösungen und es sind

noch große Anstrengungen in

Forschung und Entwicklung notwendig,

um das gesamte Potential zu nutzen,

das durch Werkstoffverbunde ermög-

licht wird. Während es für die Verbin-

dung arteigener Werkstoffe meist

mehrere Möglichkeiten gibt und diese

auch weitgehend technisch beherrscht

werden, bedarf die Verbindung von

artfremden Materialien noch weiterer

Forschung und es ist erst mittelfristig mit

serientauglichen Lösungen zu rechnen.

Bei der gießtechnischen Herstellung von

Metall-Metall-Verbunden wird ein

vorgefertigtes metallisches Teil in einem

weiteren Schritt durch Gießen ein- bzw.

umgossen. Ein hervorragendes Beispiel

dafür ist ein Verbundguss-Kurbelge-

häuse aus einer Aluminium- und

Magnesiumlegierung: Dabei wird das

innere, höher belastete Skelett aus einer

übereutektischen Legierung im Nieder-

druckgießverfahren hergestellt und in

einem weiteren Schritt im Druckgießver-

fahren mit einer leichten Magnesiumle-

gierung zum fertigen Motorblock

umgossen. Gegenüber einer reinen

Aluminium-Ausführung kann dadurch

eine Gewichtseinsparung von ca. 25%

realisiert werden.

Weitere Metall-Metall-Verbunde, an

deren Herstellung derzeit geforscht

wird, ist z.B. hybrider Stahlblech-Leicht-

metall-Verbundguss: Dabei werden

umgeformte Blechstrukturen im Druck-

gießverfahren mit einer Aluminiumlegie-

rung umgossen, sodass eine formschlüs-

sige Verbindung entsteht.

Ein Metall-Keramik-Verbund ver -

deutlicht Möglichkeiten zur Gewichtsre-

duktion im Automotive-Bereich durch

Einsatz von Verbundwerkstoffen auf

Aluminium- und Magnesiumbasis, die

durch keramische Komponenten höhere

Festigkeiten bei geringerem Bauteilge-

wicht erreichen. Bei Verbundwerk-

stoffen aus Metall und Keramik (Metal

Matrix Composites – MMC oder

Ceramic Matrix Composites – CMC)

wird ein metallisches Trägermaterial mit

keramischen Hartstoffpartikeln verstärkt.

Die Leichtigkeit des Metalls lässt sich

auf diese Weise mit der Beständigkeit

der Keramik kombinieren. Entweder

werden die Keramikpartikel mit der

metallischen Schmelze vergossen

Bei funktionsintegrierten Gussbauteilen geht esdarum, elektronische und adaptronische Funktions-elemente direkt im Druckgeißverfahren einzugießen.

Abbildung 3: Verbundguss-Kurbelgehäuse aus Aluminium und Magnesium (Abbildung: BMW AG, München)

(Partikelverstärkung) oder hochpo-

röse Keramik-Vorformlinge, sogenann -

ten Preforms, beim späteren Gießen

des Leichtbauteils von der Metall-

schmelze infiltriert (Kurz- oder Lang-

faserverstärkung). Ein Beispiel für

eine derartige Anwendung ist die

lokale Verstärkung der Zylinderlaufflä-

chen im Motorblock der Porsche

Boxster und 911. Dabei werden kera-

mische Preforms in eine metallische

Form eingelegt und im Druckgießver-

fahren mit einer Aluminiumschmelze

infiltriert und im Motorblock einge-

gossen.

Bei funktionsintegrierten Guss-

bauteilen geht es darum, elektroni-

sche und adaptronische Funktionsele-

mente direkt im Druckgießverfahren

einzugießen. Dadurch können erwei-

terte elektronische, sensorische oder

aktorische Funktionalitäten in Guss-

teilen integriert werden. Die Anwen-

dungspotenziale liegen beispielsweise

in der eindeutigen Gussteilkennzeich-

nung und Verfolgung mittels integrierter

RFID-Transponder (Radiofrequenz-

Identifikation), in der Erkennung von

Bauteil-Überbelastung mittels inte-

grierter Piezo-Sensoren sowie in der

Beeinflussung des Schwingungsverhal-

tens von Bauteilen und deren Akustik

mittels integrierter Piezo-Aktoren.

Speziell der Fahrzeugbau wird immer

wieder als „Trendsetter“ für die Einfüh-

rung neuer Fügetechnologien ange-

sehen. Der Einsatz unterschiedlichster

Werkstoffe (Stahl, Aluminium, Magne-

sium, Kunststoffe, Faser-Kunststoff-

Verbunde etc.) sowie die Anwendung

innovativer Konstruktionsprinzipien

erfordert fast zwangsläufig auch eine

entsprechende Weiterentwicklung der

Fügetechniken. Leichtbau-Konstruk-

tionen sowie verschärfte wirtschaftliche

Rahmenbedingungen erfordern zuneh-

mend den Einsatz und die Entwicklung

innovativer Materialien bzw. Material-

kombinationen und deren Verbindungs-

methoden sowie den besten Werkstoff

für den jeweiligen Einsatz. Schweißen,

Clinchen, Stanznieten und Kleben sind

als anerkannte (Einzel-)Fügetechniken

bereits seit langem Stand der Technik.

Durch die zunehmende Komplexität

neuer Leichtbauteile gelangt die

Anwendung dieser Verbindungstech-

niken jedoch zunehmend an die

Grenzen der einzelnen Verfahren. Die

folgenden Herausforderungen sind

zukünftig zu bewältigen:

• die Reduzierung des Bauteilgewichts

• die Effizienzsteigerung bei der

Bauteilfertigung


Speziell der Fahrzeugbau wird immer wieder alsVorreiter bei der Einführung neuer Fügetechnologienangesehen.

Abbildung 4: Motorblock mit keramischen Preforms zur lokalen Verstärkung (Siliziumkarbid) (Abbildung: KSAluminium Technologie GmbH, Hafenstraße 25, DE-74172 Neckarsulm)


• die Optimierung der Prozessbeherr-

schung

• die Erhöhung der Langzeitbeständig-

keit und Dauerfestigkeit von Bauteilen

sowie

• die Verbesserung der Recyclierbarkeit.

Diese Anforderungen sind nur mithilfe

innovativer produktionstechnischer

Lösungen zu erreichen.

Das sogenannte Hybridfügen kann

hier Abhilfe schaffen, weil es durch

gezielte Kombination zweier oder

mehrerer Fügetechniken die Vor- und

Nachteile der jeweiligen Verfahren in

sinnvoller Weise ausgleicht. Ziel ist es

dabei, die Stärken der jeweils inte-

grierten Fügetechniken zu akkumulieren

und auf diese Weise deren Schwächen

zu kompensieren. Besondere Bedeu-

tung haben in den letzten Jahren

Hybridfügeverfahren erlangt, bei denen

umformtechnische oder thermische

Fügeverfahren (z.B. Falzen, Clinchen,

Stanznieten, Punktschweißen) mit klebe-

technischen Prozessen kombiniert

werden. Auf diese Weise können alte-

rungsbedingte Eigenschaftsverluste, wie

sie z.T. bei reinen Klebeverbindungen

zu beobachten sind, vermieden werden.

Umgekehrt übernehmen die mechani-

schen Verfahrenskomponenten die

Fixierung der Fügepartner bis zur Kleb-

stoffaushärtung. Auch beim Fügen

unedler Metalle, wie z.B. Aluminium-

und Magnesium-Legierungen, ist das

Kleben bzw. Punktschweißkleben oft

die Fügetechnik der Wahl.

Beim Laserinduktionswalzplat-

tieren werden Metall-Bänder, die nicht

zwangsweise geometrisch deckungs-

gleich sein müssen, beim Einlaufen in

den Walzstock zunächst induktiv vorge-

wärmt. Unmittelbar vor dem Walzspalt

erwärmt ein Linienlaser die Innenflä-

chen der Bänder, anschließend werden

die Bänder zusammengewalzt und

können sodann umformtechnisch

weiterverarbeitet werden1, 2. Ziel dieser

Fügetechnik ist es, hochwertige Metall-

bleche mit preiswerteren Typen zu

verbinden und so kostengünstigere

Materialkombinationen mit hochwer-

tigen Gesamteigenschaften zu

erzeugen. Auch können auf diese

Weise bestimmte Materialkombina-

tionen erzielt werden, die anders nicht

oder nur sehr schwer herstellbar sind.

Bisher wird diese Technologie zur

Herstellung von Halbzeugen aus der

Kombination härtbarer Stähle zur Ferti-

gung von Werkzeugen (z.B. Bohrer)

eingesetzt und findet ihre Verwendung

auch bei der Erzeugung von Teilen der

Antriebstechnik (z.B. Zahnräder, Spin-

deln, Nocken). Weiters kann dieses

Verfahren auch zur Plattierung auf

Bauteiloberflächen seine Anwendung

finden (z.B. Fertigung von Führungs-

bahnen)3, 4. Zu erwähnen sind in

diesem Zusammenhang auch Halb-

zeuge aus nicht oder nur schwer

schweißbaren Materialienkombina-

tionen (Ti-Al, Ni-Ti, Ni-Al) sowie

Verbinder aus Kupfer und Aluminium

für Antriebskomponenten5, 6. Auch an

einer für den Leichtbau interessanten

Kombination aus Stahl mit einer Alumi-

nium-Legierung, die in den kommenden

Jahren zur industriellen Umsetzung zur

Verfügung stehen wird, wird gearbeitet.

Intensiv wird auch an der Weiterent-

wicklung der Bimetall-Doppel-

schweißtechnik („TWIN-

Schweißen“) gearbeitet – eine

Technik zum Verbinden unterschiedli-

cher Metalle (z.B. Stahl / Aluminium)

durch Verschweißen mit einer Bimetall-

komponente im Schweißnahtbereich7, 8.

Die Vorteile liegen im nahezu belie-

bigen kontinuierlichen Nahtverlauf und

dem damit universellen Einsatzgebiet.

Als Hauptschwierigkeit ist die Verfüg-

barkeit der jeweiligen Bimetalle anzu-

sehen; letztere werden z.T. mittels Lase-

rinduktionswalzplattieren hergestellt.

An der jetzigen Umsetzung arbeitet die

SZA in Kooperation mit der TU Wien.

Aluminium und Stahl sollen kombiniert

werden (Abb. 5), als auch die Verbin-

dung anderer Materialkombinationen

(zur weiteren Optimierung von Design,

Gewicht und Festigkeit von Bauteilen)9.

Im Gegensatz zu konventionellen

Schweißverfahren wird beim Rühr-

reibschweißen (Friction Stir

Welding – FSW) der Werkstoff nicht

völlig aufgeschmolzen, sondern mit

Hilfe eines rotierenden, verschleißfesten

Werkzeugs erwärmt (plastifiziert) und

gleichzeitig verdichtet; durch dieses

Fügen in der festen Phase entsteht nach

dem Abkühlen eine feste Verbindung.

Ein Arbeiten unter Schutzgasatmo-

sphäre ist dabei nicht erforderlich,

auch besteht durch die geringere

Temperaturbelastung deutlich geringere

Neigung zur Riss- und/oder Porenbil-

dung in der Schweißnahtzone. Weitere

Vorteile sind:

• ein hoher Grad an Automatisierbar-

keit

• hohe Reproduzierbarkeit

• geringe Fehleranfälligkeit

• gute Überwachbarkeit des Prozesses

sowie

• Dauerfestigkeit der Verbindung10, 11.

Ausgehend von Aluminium und seinen

Legierungen eignet sich das Verfahren


Intensiv wird auch an der Weiterentwicklung der so genannten „Bimetall-Doppelschweißtechnik“ gearbeitet: eine Technik zum Verbinden unterschied -licher Metalle durch Verschweißen mit einer Bimetall-komponente.

Abbildung 5: Links: Schematische Darstellung einer Bimetall-Doppel-Schweißung;Rechts: Stahl-Aluminium-Bimetall-Platinen DX54D - [DC01 - Al99] - AW6016 des JOIN-Projekts (Abbildung: SZA)


insbesondere auch im Bereich von

Magnesium(legierungen), Kupfer, Stahl

und Titan(legierungen); darüber hinaus

wurden in den letzten Jahren auch

vermehrt Anstrengungen unternommen,

das Rührreibschweißen auch für ther-

moplastische Kunststoffe einzusetzen.

Ein besonderer Vorteil der Anwendung

ergibt sich auch durch die Tatsache,

dass viele Materialkombinationen, die

üblicher Weise als nicht miteinander

verschweißbar gelten, durch Rührreib-

schweißen erfolgreich verbunden

werden können. Diese Technologie legt

ihren Schwerpunkt auf qualitativ hoch-

wertige Verbindungen und in die

Bereiche Leicht- und Hybridbau (Multi-

Material-Design) und entwickelt sich in

den letzten Jahren stetig weiter, um in

Zukunft einen breiten Anwendungsbe-

reich abzudecken.

Metallstifte (Pins), die auf Metalloberflä-

chen geschweißt werden (häufig ca.

10 Pins/cm2), sind als weitere neuar-

tige Verbindungstechnologie (lösbar

oder nicht lösbar) zu nennen. Verbin-

dungen zwischen verschiedenen Metal -

len und die Möglichkeit, Metall mit

Kunststoffen oder Keramik zu verbinden,

sind auf diese Weise möglich (Abb. 6).

Dieses Verfahren bietet sich an als

Abstandshalter für definierte Distanzen,

Beschriftung von Bauteilen oder auch

lösbare Verbindungen; die Varianten-

vielfalt liefert ein großes technologi-

sches Potential für Unternehmen und ist

in ihrer Einsatzmöglichkeit noch nicht

ausgeschöpft 12, 13.

INNOVATIVE UNTER -SUCHUNGSMETHODENIN DER MATERIAL- UNDBAUTEILPRÜFUNG

Für die Untersuchung struktureller und

funktioneller Eigenschaften von Mate-

rialien und Bauteilen sind in den letzten

Jahren eine Vielzahl neuer, innovativer

Charakterisierungsmethoden entwickelt

worden. Einige dieser Verfahren haben

bereits Eingang in die Qualitätskontrol -

le hochwertiger Bauteile bzw. Bau teil -

komponenten erlangt und werden im

Bereich der Schadensursachenfor-

schung mit Erfolg eingesetzt. Andere

wiederum stehen erst am Beginn ihrer

Markteinführung, lassen jedoch ein

erhebliches Entwicklungspotential

erkennen.

Wegen der zuneh-

menden Bedeutung

von Verbundwerk-

stoffen in der Bau -

technik und im Fahr-

zeugbau stieg in den letzten Jahren der

Bedarf an Mög lichkeiten, Bauteile aus

diesen neuen Werkstoffen auf Defekte

und Abweichungen zu prüfen. Der

heterogene Aufbau und die meist

anisotrope Struk tur dieser Materialien

stellen die Werkstoffprüfung und die

Qualitätssicherung vor große Heraus-

Für die Untersuchung struktureller und funktionellerEigenschaften von Materialien und Bauteilen sind inden letzten Jahren viele neue innovative Charakteri-sierungsmethoden entwickelt worden.

Abbildung 6: Anwendungsbeispiel für Pins; Pin-Abstand: 10 mm (Abbildung: Fa. Fronius Österreich GmbH) TECHNO-

LOGISCHE TRENDS

forderungen, die mit herkömmlichen

Charakterisierungsmethoden oft nicht

mehr bewältigt werden können.

Aber auch im Bereich der mikrosko-

pisch kleinen Strukturen sind die Anfor-

derungen an die Charakterisierungsme-

thoden dramatisch angestiegen – insbe-

sondere durch den zunehmen-den

Einsatz nanotechnologischer Beschich-

tungen und/oder Strukturen, die ein

immer höheres Auflösungsvermögen

der einzelnen Methoden verlangen, um

diese Strukturen auch wirklich korrekt

darstellen und charakterisieren zu

können.

ZERSTÖRUNGSFREIEPRÜFMETHODEN IN DERMATERIAL- & BAUTEIL-PRÜFUNG

Die zunehmende Anwendung zerstö-

rungsfreier Prüfmethoden für Bauteile

aus Kunststoffen, Metallen, Keramiken

und Verbundwerkstoffen ist einer der

großen aktuellen Trends im Bereich der

Material- und Bauteilcharakterisierung.

Er beruht zum einen auf der Verfügbar-

keit immer empfindlicherer Sensor-

technik und zum anderen auf der

Möglichkeit, riesige Mengen von anfal-

lenden Primärdaten mit Hilfe von Soft-

ware-unterstützten Verfahren auswerten

und/oder korrelieren zu können –

beides inzwischen durchaus innerhalb

wirtschaftlich vertretbarer Rahmenbe-

dingungen. Die Verfahren kommen

sowohl in Prüf- und Qualitätssicherungs-

laboratorien, zunehmend aber auch für

die Prozesskontrolle direkt bei der Ferti-

gung der Bauteile zum Einsatz. So kann

neben einer Steigerung der Bauteilsi-

cherheit oft auch ein Einsparpotenzial

durch Verringerung von Produktions-

schwankungen realisiert werden.

Bei der Wärmefluss-Thermografie

wird dem Prüfobjekt Wärme zugeführt

und mit einer hochempfindlichen Infra-

rotkamera mit hoher Bildfolge die zeit-

liche und örtliche Änderung der Tempe-

raturverteilung registriert. Verborgene

Defekte, wie Materialrisse, Inhomogeni-

täten, Faserbrüche oder Delamina-

tionen stören den Wärmefluss im Prüf-

körper und können daher auf diese

Weise detektiert werden. Unterschiede

in der Wärmeableitung können bei


Abbildung 7: Thermogramm einer laminierten Solarzelle vor/nach Schadgaslagerung. Links: vor Lagerung; Mitte: nach Lagerung mit Delaminationen; Rechts: Lichtbild (Abbildung: OFI)

Abbildung 8: Puls-Phasen-Thermogramm einer laminierten Solarzelle mit Rückseitenkontaktenbei unterschiedlicher Auswertefrequenz, entsprechend unterschiedlicher Messtiefe (Abbildung: OFI)

hoch-empfindlichen Systemen auch zur

visuellen Darstellung des Inneren eines

Prüflings genutzt werden.

Abbildung 7 zeigt beispielsweise die

Anwendung der aktiven Thermografie

mit Blitzanregung an einer laminierten

Solarzelle mit Rückseitenkontaktierung.

Im Bild ist das mit dem bloßen Auge

visuell nicht erkennbare Haftversagen

der Schutzschicht nach Lagerung des

Moduls in Schadgasatmosphäre zu

sehen.

Abbildung 8 zeigt als weiteres Beispiel

für eine abbildende Darstellung mittels

Wärmefluss-Thermografie einen kohlen-

stofffaserverstärkten Kunststoff (CFK -

schwarz), eingebettet in eine Harzma-

trix (weiß), bei dem mittels Thermo-

grafie die Faserverflechtung visualisiert

wurde.

Die Prüfung von Verbundmaterialien ist

mittlerweile eine der wichtigsten

Anwendungen der Wärmefluss-Thermo-

grafie geworden und auch Gegenstand

aktueller Forschungsprojekte. Die

Empfindlichkeit der Kamerasysteme

liegt dabei oft um Größenordnungen

über jener von herkömmlichen Thermo-

grafie-Systemen, welche im Bereich des

Bauwesens (z.B. zum Er-kennen von

Kältebrücken) eingesetzt werden. Die

Möglichkeiten, den Wärmefluss im Prüf-

ling anzuregen, sind sehr vielfältig:

Neben Strahlern und optischen Blitzen

kann auch eine Anregung mittels Ultra-

schall erfolgen, bei der die Wärme

nicht von außen auf das zu prüfen-de

Werkstück aufgebracht wird, sondern

im Prüfling selbst (über die eingelei-

teten Ultra-schallschwingungen) indu-

ziert wird. Dabei können teilweise

auch Materialdefekte festgestellt

werden, die mittels optischer Anregung

nicht detektiert werden können.

Speziell im Metallbe-reich kommt auch

induktive Erwärmung der Prüflinge zur

Anwendung. Insbesondere für den

Bereich der Verbundwerkstoffe wurden

in den letzten Jahren auch Verfahren

entwickelt, die Kombinationen aus ther-

mografischen Prüfmethoden mit

anderen zerstörungsfreien Verfahren

nutzen, wie z.B. Thermografie & Rönt-

gentechnik oder aktive Thermografie &

digitale Shearografie.

Bei der Shearografie wird das Prüf-

objekt mit kohärentem Laserlicht

beleuchtet und das Bild mittels CCD-

Kamera (charge-coupled device) aufge-

zeichnet. Durch interferometrischen

Vergleich eines Bildes unter (vergleichs-

weise geringer) Belastung mit einem

Referenzbild ohne Belastung können

Defekte, Schädigungen und Verfor-

mungen – Letztere mit einer Größe von

nur wenigen Mikrometern – erkannt

werden. Die Belastungsart ist stark vom

vermuteten Fehlertyp abhängig und

wird daher meist bauteilspezifisch

gewählt (z.B. Druck, Vakuum, thermi-

sche Belastung). Shearografie-Systeme

stehen auch in mobiler Ausführung zur

Verfügung, sodass großflächige

Verbundbauteile vergleichsweise

einfach und rasch geprüft werden

können. Durch Einbindung in automati-

sche Prüfabläufe mit Roboteranbindung

wird die Methodik auch zur 100%-

Prüfung von Verbundbauteilen (z.B.

Rotorblätter von Helikoptern oder von

Windkraft-anlagen) eingesetzt.

Elektrisch oder magnetisch leitfähige

Materialien sind online im Wirbel-

strom-Prüfverfahren zerstörungsfrei

bis in Tiefen von mehreren Millimetern

prüfbar. Das Verfahren kann sowohl

berührungslos oder im Kontakt durch-

geführt werden und detektiert oberflä-

chennahe Defekte oder Gefügefehler.

Diese zerstörungsfreie Prüfmethode

findet ihre Anwendung häufig bei der

Prüfung von Materialien (z.B. Rohre), in

der Prozesssicherung des Schweißens

sowie im Bereich der Qualitätssiche-

rung in der Automobilindustrie und bei

Wartungsprüfungen. Aktuelle Entwick-

lungen im Bereich der Prüfung von

Carbon-Fiber-Composites nutzen die

Leitfähigkeit der Fasern für die Untersu-

chung mittels hochauflösender Wirbel-



stromtechnik. Mit Hilfe von scannenden,

abbildendenden Verfahren können

Delaminationen, Faserbrüche so-wie

Produktionsfehler im Bereich der

Gelege oder auch die Faserausrichtung

an Prüflingen erfasst werden14. Die

Entwicklungen betreffen nicht nur die

Prüfung von fertigen Verbund-materia-

lien, sondern auch die Prüfung von

Zwischenprodukten, wie zum Beispiel

die zur Verstärkung eingesetzten

Gewebe.

Vor allem wegen der Möglichkeiten der

3D-Visualisierung kommt der

Röntgen-Computer-Tomografie

(RCT), die auf der Durchstrahlung von

Bauteilen mit Röntgenstrahlen basiert,

steigende Bedeutung zu. Durch den

Einsatz der kurzwelligen Strahlung ist

hohe Material-durchdringung kombi-

niert mit einer Auflösung von deutlich

unter 1 µm möglich. Damit können

innere Materialdefekte wie z. B. Poren,

Risse und Einschlüsse detektiert und

bezüglich ihrer Größe und Form quanti-

fiziert werden. Mit diesem zerstörungs-

freien Blick ins Innere von Materialien

und Bauteilen können wesentliche neue

Erkenntnisse hinsichtlich Eigenschaften

und Herstellprozessen gewonnen

werden. Die Bilderfassung erfolgt

mittels spezieller Hochleistungsdetek-

toren, sodass die dabei generierten

elektronischen Daten (Volumen-Pixel =

Voxel) zur Visualisierung und weiterfüh-

renden Auswertungs- und/oder Verar-

beitungsschritten zugänglich gemacht

werden können. Interessant ist in

diesem Zusammenhang z.B. die Über-

führung des Voxel-Modells in Oberflä-

chennetze oder Punktwolken, wodurch

die Ergebnisse aus der RCT für Simula-

tionen oder CAD-Anwendungen

genutzt werden können. Dadurch wird

auch ein Soll/Ist-Vergleich von Geome-

triedaten möglich. Da das Verfahren

materialunabhängig ist, wird es in

vielen Bereichen wie z.B. Keramik- und

Die Röntgen-Computer-Tomografie ermöglichtes, Poren, Risse und Einschlüsse in Bauteilenleicht zu erkennen und bezüglich ihrer Größeund Form zu quantifizieren.

Abbildung 9: Röntgen-Computer-Tomo-grafie (RCT) an einem Gussteil zur Visuali-sierung von Poren (Abbildung: ÖGI

Baustoffindustrie, Kunststoffe oder

Archäologie zunehmend zur Prüfung

herangezogen. Als ein mögliches

Anwendungsbeispiel ist nachfolgend

ein mittels RCT untersuchtes Gussteil

dargestellt. In der transparenten

Darstellungsweise sind deutlich die im

Gussteil vorhandenen Poren ersichtlich

(Abb. 9).

Strukturen mit nur geringen Dichteunter-

schieden lassen sich im Röntgen-

Absorptions-kontrast nur schwer

sichtbar machen. Für derartige Anwen-

dungsfälle wurde die Röntgen-Phasen-

kontrasttomografie entwickelt, die –

wie in der optischen Mikroskopie – die

räumliche Kohärenz des „weißen Rönt-

genlichts“ für Phasenkontrastmessungen

ausnutzt und so in vielen Fällen auch

die Darstellung von Strukturen mit mini-

malsten Absorptionsänderungen

möglich macht. Für tomografische

Untersuchungen in der Material- und

Bauteilprüfung wurden bisher meist

Systeme auf der Basis von Röntgen-

strahlung eingesetzt. In neuerer Zeit

stehen geeignete gepulste Quellen

bestehend aus Femtosekundenla-

sern zur Verfügung, mit denen Tera-

hertz-Strahlen von ausreichender Inten-

sität erzeugt und für tomografische

Untersuchungen herangezogen werden

können.

Die bei der Terahertz-Tomografie

eingesetzte Strahlung (0,1 bis 10 THz

entsprechen einer Wellenlänge von

1mm bis 10 µm) ist vergleichsweise

energiearm und nicht ionisierend,

sodass sie auch in Bereichen eingesetzt

werden kann, in denen Röntgen-

strahlen aus Gründen des Arbeitneh-

merschutzes nicht angewendet werden

können (z.B. in industriellen Produkti-

onsumgebungen). Kunststoffe, Papier,

viele Keramiken und nichtpolare

Substanzen sind für THz-Strahlung

weitestgehend transparent, während

Metalle die Strahlung reflektieren.

Substanzen mit polaren Gruppen

absorbieren charakteristische Frequenz-

bereiche, wo-durch eine tomografische

Bildgebung und Identifizierung der

bestrahlten Materialien möglich wird.

Durch Terahertz-Tomografie, die ein

hohes Durchdringungsvermögen hat,

wird die Aufklärung und Visualisierung

innerer makroskopischer Strukturen von

(Verbund-) Werkstoffen ermöglicht. In

der industriellen Qualitätssicherung ist

Terahertz-Spektroskopie von beson-

derem Interesse zur 3D-Rekonstruktion

von Bauteilen aus verschiedenen Werk-

stoffen und dem Lokalisieren von darin

verborgenen Anomalien und Abwei-

chungen von Fertigungs-toleranzen.

Eine Weiterentwicklung der CT stellt die

Optische Kohärenztomografie

(OCT) dar: Sie ist eine kontakt- und

zerstörungsfreie Methode zur Visuali-

sierung mittels Infrarotlicht. Die

Methode detektiert kleinste Brechungs-

index-Unterschiede im Beobachtungsvo-

lumen. Durch interferometrische Überla-

gerung von Infrarotwellen, die aus

verschiedenen Probentiefen zu-rück

gestreut werden, mit einer Referenz-

welle, kann aus dem detektierten

Signal auch In-formation über die Posi-

tion des Streubereiches in der Tiefe des

untersuchten Bauteils erhalten werden.

Derzeit wird die OCT im industriellen

Bereich zur Defektanalyse bei Glas-

faser-Verbundwerkstoffen, Untersu-

chungen von Einzelschichten in Mehr-

schichtfolien, zur Schichtdickenmessung

und zur Visualisierung von inneren

Strukturen in Spritzgussbauteilen einge-

setzt.

Ultraschallmikroskopie und

Ultraschallprüfung zählen mittler-

weile zu den klassischen und etab-

lierten Verfahren in der zerstörungs-

freien Bauteilprüfung. Die nur punktför-

mige Durchführbarkeit der Messungen,

die im Fall von Bauteilprüfungen ein

langwieriges Abrastern der Prüflinge

erforderlich macht, sowie die in der

Regel notwendige Einbringung der

Proben in Wassertauchbäder, können

nachteilig sein. Die Prüfung mittels

Ultraschall stellt speziell bei massiven



Bauteilen mit hohen Wandstärken aller-

dings oft die einzig mögliche zerstö-

rungsfreie Prüfmethode dar. Umgekehrt

lassen sich heute mit bildgebender

Ultraschall-Mikroskopie im Wasser-

tauchbad hochpräzise tomografische

Aufnahmen von Bauteilen aus Verbund-

werkstoffen mit lateralen Auflösungen

von weniger als 5 µm erzielen. Zum

Beispiel können an Carbon Composites

bei Schlagbeanspruchung Schäden

entstehen, die, anders als bei Metallen,

nicht durch Beulen oder Risse an der

Oberfläche visuell erkennbar sind.

Ultraschallmikroskopie kann hier einen

Beitrag zur Prüfung von derartigen

Materialien leisten, da auch Untersu-

chungen unterhalb der Oberfläche

möglich sind. Abbildung 10 zeigt

einen Ausschnitt von einem Gewebe

aus Kohlefaserbündeln in einem faser-

verstärkten Werkstoff. Auch in der

Oberflächentechnik kann Ultraschallmi-

kroskopie im Zuge von beschleunigten

Bewitterungsversuchen zur frühzeitigen

Detektion von Schäden vorteilhaft

eingesetzt werden. Abbildung 11 zeigt

zum Beispiel visuell nicht erkennbare

Unterwanderungen an einer zu

prüfenden Beschichtung mit Ritzverlet-

zung auf Stahlblech nach 500 Stunden

Kondenswasserlagerung15.

Bei Prüfungen im Feld ist es aus techni-

schen oder wirtschaftlichen Gründen

meist nicht möglich, einen Prüfkörper

mit mehreren Messköpfen unterschiedli-

cher Frequenzbereiche systematisch

abzutasten, um auf diese Weise die

variierenden Materialkonstanten bezüg-

lich Reflexion und Dämpfung berück-

sichtigen zu können. Hier kommt die

Phased Array Technologie zum

Einsatz, bei der der Prüfkopf aus einer

Reihe von einzelnen Schwingerele-

menten besteht. Durch variable elektro-

nische Ansteuerung kann das Schallfeld

gezielt moduliert werden und so

mehrere Einschallwinkel oder Prüf-

zonen (Sectorscans) erzeugt werden.

Phased Array-Prüfköpfe werden zur

Schweißnahtprüfung, zur Prüfung von

Metallen und zum Untersuchen von

Bauteilen aus Verbundwerkstoffen, wie

Ultraschallmikroskopie wird heute nicht nur zur Detektion von Anomalien eingesetzt, sondern auch zurBestimmung von physikalischen Parametern und Materialkonstanten und in weiter Folge zur Lebens -dauerabschätzung.

Abbildung 10: Akustische Abbildung von Kohlefaserbün-deln unter der Oberfläche in einem faserverstärkten Mate-rial. Die Abbildung zeigt einen quadratischen Ausschnittvon 10mm Kantenlänge (Abbildung: OFI).

Abbildung 11: Visuell nicht erkennbare Unterwanderungen vonBeschichtungen an einer Ritzverletzung (unterschiedliche Proben),die mittels akustischer Mikroskopie abgebildet werden können(Abbildung: OFI)

glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK)

oder carbonfaserverstärkten Kunst-

stoffen (CFK), eingesetzt. Das Verfahren

ermöglicht eine Aussage darüber, in

welcher Tiefe die Fehler im Bauteil oder

in der Schweißnaht liegen. Diese Tech-

nologie wird stetig weiterentwickelt,

sodass nicht nur die klassischen

Einsatzgebiete wie Luftfahrt, Schweiß-

naht- oder Korrosionsprüfung und die

Charakterisierung komplexer Geome-

trien und schwer zugänglicher Bauteil-

bereiche abgedeckt und verbessert

werden, sondern es erschließen sich

auch immer wieder neue Möglichkeiten,

z.B. im Bereich der Niederdrucktur-

binen, der Überprüfung von Pipelines

oder bei Verbundwerkstoffen von Rake-

tendüsen.

Die Ultraschallmikroskopie wird heute

nicht nur zur Detektion von Anomalien

eingesetzt, sondern auch zur Bestim-

mung von physikalischen Parametern

und Materialkonstanten und in weiterer

Folge zur Lebensdauerabschätzung.

Während bei klassischen Ultraschall-

Messverfahren die Probe de facto in

direktem Kontakt mit dem Messkopf

stehen muss, er-folgt bei der soge-

nannten Laser-Ultraschall-Techno-

logie (LUS) die Energieübertragung

durch einen Laserlicht-Impuls im Nano-

oder Pikosekundenbereich, welcher im

Probenmate-rial selbst Ultraschallwellen

erzeugt, mit deren Hilfe Störstellen

erfasst werden können. Der große

Vorteil der LUS ist somit das berüh-

rungslose Prüfen, z.B. wenn ein

Kontakt mit Ultraschallkoppelmittel

(Wasser) nicht möglich ist

(heiße/glühende Medien, nicht rost-

freier Stahl) oder wenn extrem schwer

zugängliche Stellen untersucht werden

sollen: Da die Probe selbst (über den

eingebrachten Laserimpuls) der Ultra-

schall-Erzeuger ist und die Ausbrei-

tungsrichtung der Wellen bestimmt, ist

es nebensächlich, unter welchem

Winkel der Laserstrahl auf die Probe

auftrifft16. Sind extrem hohe Auflö-

sungen (z.B. zur Beurteilung von sehr

dünnen Schichten) notwendig, so kann

das sogenannte modulierte Laser-

Ultraschall-Verfahren zum Einsatz

kommen: Dabei werden bestimmte

Frequenzen des Lasers amplitudenmo-

duliert und mit einem entsprechenden

frequenzangepassten Detektor ausge-

wertet. Diese Methode findet auch

Einzug bei der Schichtdickenbestim-

mung und der Ermittlung von elasti-

schen Eigenschaften von dünnen

Schichten und Beschichtungen. Bisher

wurde diese Technologie noch kaum

industriell eingesetzt, jedoch wird an

der Technologie und Umsetzung derzeit

noch im Rahmen verschiedenster

Entwicklungsprojekte gearbeitet17.

Die Lasertriangulation ist ein in der

Qualitätssicherung und Prozessüberwa-

chung einsetzbares, berührungsloses

optisches Messverfahren, das auf trigo-

nometrischen Zusammenhängen beruht.

Es trägt dem Faktum Rechnung, dass

die in vielen Fällen geforderte 100%-

Kontrolle im Fertigungstakt der Bauteile

nicht mehr mit Hilfe manueller Messver-

fahren (z.B. mit Lehren) oder mittels

Koordinatenmessmaschinen vorge-

nommen werden kann. Beim soge-

nannten Laserlicht-Schnittver-

fahren wird z.B. eine Laserlinie auf

das Messobjekt projiziert, von einer

Kamera erfasst und mit einem Rechner

ausgewertet. Fehler (z.B. Poren, Poro-

sität) ändern die Entfernung des auftref-

fenden Laserstrahls zur Kamera und

können so auch automatisiert detektiert

werden18. Durch den vergleichsweise

einfachen Messaufbau, die geringen

Kosten und einer relativ kurzen Mess-

dauer ist das Verfahren heute schon

weit verbreitet. Das Anwendungsgebiet

dieser Messmethode liegt in der Quali-

tätskontrolle elektronischer Bauteile

sowie in der fertigungsintegrierten

Vermessung von Schweißnähten und

Faserverbundbauteilen. Vorteile liegen

in der Robustheit und der hohen Auflö-

sung bei der Vermessung von Schweiß-

nähten, die wiederum ein großes

Inspektionsfeld und eine hohe Verarbei-

tungsgeschwindigkeit ermöglichen.



Dieses Messverfahren liefert ein Instru-

ment zur Qualitätssicherung und

Prozessüberwachung, wobei auch

automatisierte Lösungen, die die

Prozesse selbständig überwachen,

einsetzbar sind.

Bei der Schwingungsprüfung

werden Proben zu Schwingungen

angeregt und aus der Schwingungsana-

lyse Informationen über z.B. Material-

kennwerte oder die zu erwartende

Lebensdauer abgeleitet. Die Verfahren

unterscheiden sich je nach Probenmate-

rial deutlich. Metallische Bauteile

werden mittels piezoelektrischer

Ultraschallgeber zu Schwingungen

angeregt. Über Spektralanalyse des

Schwingungsspektrums werden sodann

Materialkennwerte (E-Modul, Schub-

modul, Poissonzahl) in Abhängigkeit

von der Temperatur ermittelt. Diese

speziell für Finite Elemente Berech-

nungen notwendigen Kenngrößen

können somit belastungsunabhängig

und insbesondere auch für Composite-

Werkstoffe ermittelt werden.

Die dynamischen Eigenschaften von

Elastomeren sind von verschiedenen

Größen (z.B. Frequenz, Lastamplitude,

Temperatur) abhängig, die wiederum

großen Einfluss auf die Betriebsfestig-

keit des Bauteils haben. Elastomerbau-

teile unterliegen im realen Betrieb mehr-

achsigen Belastungen. Einachsige

Prüfungen weichen von den Versuchser-

gebnissen mehrachsiger Experimente

jedoch häufig ab. Typische Prüfobjekte

für multiaxiale Lebensdauerprüfung

sind Elastomer-Verbundbauteile bei

Schienenfahrzeugen. Diese Bauteile

unterliegen häufig relativ großem

Verschleiß und sind zudem oft sicher-

heitsrelevant. Um die Sicherheit der

Produktqualität zu gewährleisten sind

daher mehrachsige Betriebsfestigkeits-

prüfungen unumgänglich19.

In der Holzwirtschaft stellen Schwin-

gungsprüfungen und damit zerstörungs-

freie Prüfungen ebenfalls eine Möglich-

keit der Materialcharakterisierung dar.

Aktuelle Entwicklungen zeigen, dass

das Aufkommen von Laubholz in den

nächsten Jahrzehnten ansteigen wird.

Laubhölzer weisen aufgrund ihrer unter-

schiedlichen Struktur und Ausprägung

deutlich unterschiedliche Festigkeits-,

Steifigkeits- und Rohdichtekennwerte

auf. Die Zusammenhänge können bei

unterschiedlichen Laubholzarten deut-

lich voneinander abweichen. Mit

Verbesserungen im Bereich der zerstö-

rungsfreien Untersuchungsmethoden ist

auch mit einem Einsatz von Laubholz

als Konstruktionswerkstoff zu rechnen.

Der Rohstoff Holz weist von vornherein

eine natürliche Streuung seiner Eigen-

schaften auf, die die Streuung von tech-

nisch hergestellten Produkten bei

weitem übersteigt. Um Holz überhaupt

im Bauwesen verwenden zu können,

muss dieser Streuung durch Sortierung

des Schnittholzes begegnet werden.

Dabei spielen die drei Kennwerte

Festigkeit, Elastizitätsmodul und

Rohdichte eine entscheidende Rolle.

Während die Rohdichte mit geringem

Aufwand bestimmbar ist, konnte die

Festigkeit bisher nur durch zerstörende

Versuche genau bestimmt werden.

Damit diese auch zerstörungsfrei abge-

schätzt werden kann, wird (neben

anderen Verfahren) die Schwin-

gungsmessung eingesetzt. Anhand

zahlreicher Versuche wurde ein guter

Zusammenhang zwischen dem dynami-

schen Elastizitätsmodul und der Festig-

keit bestätigt. Das Grundprinzip der

Schwingungsmessung ist dabei die

Ermittlung der Eigenfrequenz, um den

dynamischen Elastizitätsmodul eines

Rund- oder Schnittholzes zu bestimmen.

In der Praxis wird das zu untersu-

chende Holz durch einen Schlag auf

die Stirnseite zu Schwingungen ange-

regt und diese durch Laser oder Mikro-

fone erfasst. Nachteilig wirkt sich hier

derzeit die Feuchte- und Temperaturab-

hängigkeit des dynamischen Elastizi-

tätsmoduls auf die Vorhersage der

Festigkeitswerte aus. Maschinelle

Systeme werden solche Abhängigkeiten

z.B. über die Bestimmung des Anteils

an gefrorenem Wasser im Holz berück-

sichtigen müssen, damit die Vorhersa-

gegenauigkeit gesteigert werden kann.

Aktuell wird an der Anwendung der

Schwingungsmessung auch an Rundhöl-

zern gearbeitet20. Dadurch stünden im

Sägewerk zu einem wesentlich früheren

Zeitpunkt Informationen zur Qualität

eines Rundholzes zur Verfügung,

welche wiederum Rückschlüsse auf die

wahrscheinlich zu erwartenden Quali-

täten des Schnittholzes zuließen.

Der Einsatz entsprechender maschi-

neller Sortiersysteme bietet die

Möglichkeit, die natürliche Streuung

des Holzes „in den Griff“ zu

bekommen. Es wird möglich, das

Ausgangsmate-rial entsprechend der

Qualität einzuteilen und auf diese

Weise die Wertschöpfung aus einem

Stamm zu erhöhen. Da nicht alle

Schnitthölzer, die „schön aussehen“

auch fest sind und sich für den

tragenden Einsatz eignen, bietet die

maschinelle Sortierung eine objektive

Möglichkeit zur Qualitätserkennung.

Darüber hinaus ist es möglich, den

Anteil von nicht weiter verwendbarem

Schnittholz zu senken und damit die

Ausbeute zu erhöhen.

ZERSTÖRENDE WERK-STOFFPRÜFUNG BEIRAUM-, TIEF- UNDHOCHTEMPERATUR

Ein wichtiger Trend der modernen

Werkstoffentwicklung beschäftigt sich

mit Bauteilgestaltungen nach dem


Ein wichtiger Trend in der modernen Werkstoffent-wicklung ist die Bauteilgestaltung nach dem Vorbildder Natur, die Bionik.

Vorbild der Natur (Bionik) und mit der

Optimierung der Materialeigenschaften

mittels Finite Elemente Berechnungen.

Dafür werden exakte Kenntnisse über

die mechanischen Eigenschaften

der Werkstoffe über einen weiten

Temperaturbereich benötigt. Mit

modernen Prüfanlagen können die

mechanischen Eigenschaften von Mate-

rialien bei Raumtemperatur bzw. hohen

(bis 900°C) oder niedrigen (bis –80°C)

Temperaturen geprüft werden. Dazu

werden Proben aus den zu prüfenden

Werkstoffen bzw. Materialien mecha-

nisch auf Zug, Druck oder Biegung

belastet und dabei die Kräfte und die

Verformung mit höchster Auflösung

gemessen. Mit den modernen elektro-

nisch gesteuerten Prüfmaschinen

können auch ganze Bauteile statisch

über einen weiten Temperaturbereich

geprüft werden und die Prüfgeschwin-

digkeit kann direkt über die Dehnungs-

messung geregelt werden.

Mit diesen Prüfmaschinen können erst-

mals wichtige Themen in der Werkstoff-

prüfung behandelt werden: Bei

verschiedenen Materialklassen wie z.B.

hochfesten oder spröden Werkstoffen

können die mechanischen Eigen-

schaften bei tiefen und hohen Tempera-

turen nur mittels dehnungsgeregelter

Prüfmaschinen ermittelt werden. Ebenso

verlangen neue Zugprüfnormen (EN

ISO 6892-1, EN ISO 6892-2)

Messungen mit dehnungsgeregelter

Prüfgeschwindigkeit.

MIKRO- UND NANO -ANALYTISCHE UNTER -SUCHUNGSMETHODEN

Die Eigenschaften von Werkstoffen,

Funktionsmaterialien und Bauelementen

werden in hohem Ausmaß auch von

der Mikro- und Nanostruktur beeinflusst.

Daher steigt die Bedeutung der mikro-

skopischen Untersuchungsmethoden in

der praktischen Materialforschung und

in der Schadensfallanalytik.

In den letzten Jahren wurden neue

Methoden der Lichtmikroskopie entwi-

ckelt, die in der Materialcharakterisie-

rung bereits umfassend eingesetzt

werden. Dazu zählt das konfokale

Laser-Scanning-Mikroskop

(CLSM), das vor allem in der Biologie

und in der medizinischen Forschung

verwendet wird. In der Materialfor-

schung werden für die Untersuchung

der Oberflächentopografie zunehmend

3D-Lichtmikroskope eingesetzt, die

das Problem der geringen Schärfentiefe

von Lichtmikroskopen dadurch elimi-

nieren, indem ein Stapel von Bildern

von der untersten bis zur obersten

Fokusebene aufgenommen wird.

Aufgrund dieser Fokus-Variation gene-

riert das Messgerät sowohl die topo-


grafische Information als auch Farbin-

formation einer Probenoberfläche mit

einer vertikalen Auflösung von etwa 10

Nanometern21.

Für die lateral aufgelöste Visualisierung

der Oberflächenmorphologie (Rauigkeit,

Topografie) können auch Profilometer

und die verschiedenen Methoden der

Rastersondenmikroskopie eingesetzt

werden. Aufgrund der kurzen Mess-

zeiten sind Profilometer nahezu

ideal für die Messung von Linienpro-

filen, während die Rasterkraftmi-

kroskopie (AFM) durch den quantita-

tiven dreidimensionalen Charakter

inzwischen ein zentrales Element der

Oberflächencharakterisierung darstellt.

Im AFM wird eine feine Sonde in sehr

kleinen Schritten über die Oberfläche

gerastert und mit funktionalisierten

Sonden können auch magnetische,

elektrische und chemische Eigen-

schaften auf der Nanometerskala

detektiert werden. Das AFM funktioniert

unter Umgebungsbedingungen gleicher-

maßen wie in Flüssigkeiten und im

Vakuum22.

Im Falle organischer Materialien, wie

etwa Kunststoffe oder Biomaterialien,

können mit Hilfe von Infrarot- oder

Raman-Mikroskopen wichtige

Erkenntnisse über lokale Änderungen

chemischer Bindungen, Materialzusam-

mensetzungen und/oder kristalliner

Strukturen erzielt werden („chemical

imaging“). Speziell im Bereich von

Phasengrenzflächen können auf diese

Weise z.B. Stoffübergänge (Weichma-

cher-Wanderungen etc.) zwischen den

einzelnen Phasen oder z.B. auch die

Eindringtiefe chemischer und/oder


Die Bedeutung der mikroskopischen Untersuchungs-methoden in der praktischen Materialforschung undin der Schadensfallanalytik steigt.

Abbildung 12: Charakterisierung eines polymeren Multimaterialverbundes (links) vor und nach Alterung mittels Infrarot-Imaging (rechts oben) sowie Raman-Imaging (rechts unten) (Abbildungen: OFI Wien und ZFE Graz)


oxidativer Oberflächenschädigungen

nachgewiesen werden. Das laterale

Auflösungsvermögen der beiden

Methoden liegt in der Regel bei etwa

10 µm, im Falle der konfokalen Raman-

Mikroskopie werden Tiefenauflösungen

von unter 2 µm erreicht. Die Infrarot-

und Raman-Mikroskopie werden inzwi-

schen in vielen Industriebereichen wie

z.B. der Kunststoff-, Lack- und Pharma-

industrie eingesetzt, finden aber auch

steigendes Interesse in der Halbleiter-

und Baustoffindustrie.

Die quantitative Charakterisierung

von Partikeln in Pulvern,

Stäuben und Umweltproben ist

einerseits die Grundvoraussetzung für

die Beurteilung von Gesundheitsge-

fahren, andererseits hat sie eine große

Bedeutung bei industriellen Fertigungs-

prozessen. Die Entwicklung eines

neuen Teilchenmessgeräts, in das ein

Raman-Spektrometer integriert wurde,

verspricht hier einige wesentliche

Vorteile. Pulver und Stäube mit einem

Durchmesser von etwa einem Mikro-

meter bis zu einigen Millimetern

können automatisch in Bezug auf die

Teilchen-größe und Teilchenform analy-

siert werden und gleichzeitig liefert die

Raman-Spektroskopie die chemische

Zusammensetzung der Partikel. Die

Einsatzbereiche erstrecken sich von der

Zementforschung über die Mineralin-

dustrie bis zur Umweltanalytik.

Bei den mikro- und nanoanalytischen

Untersuchungsmethoden spielt die

Elektronenmikroskopie eine

zentrale Rolle, dies nicht nur wegen

der Auflösung, die bis in atomare

Dimensionen reichen kann, sondern

weil die Bildinformation direkt mit der

Kristallstruktur, den physikalischen

Eigenschaften und der chemischen

Zusammensetzung verknüpft werden

kann. In der Materialforschung hat

insbesondere die Rasterelektronen-

mikroskopie (REM) sehr weite

Verbreitung gefunden. Sie ermöglicht

die mikroskopische Untersuchung von

Materialoberflächen mit einer wesent-

lich besseren Auflösung und Schärfen-

tiefe als die klassische Lichtmikroskopie.

In Verbindung mit der energiedisper-

siven Röntgenspektroskopie (EDX) kann

die chemische Zusammensetzung von

Materialien mit Mikrometer-Auflösung

rasch und effizient analysiert werden.

Ein für KMU interessanter Trend besteht

in der Einführung von kleinen, güns-

tigen REM (so genannte „table-top“-

Geräte), die jedoch nicht an die Leis-

tungsfähigkeit herkömmlicher REM´s

herankommen, sondern häufig in einem

Bei mikro- und nanoanalytischen Untersuchungs -methoden spielt die Elektronenmikroskopie eine zentrale Rolle.

Abbildung 13: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme und Elementverteilung einerAluminium (blau) - Silizium (gelb) - Eisen-Nickel (orange) - Legierung. (Abbildungen: ZFE).

ähnlichen Vergrößerungsbereich wie

bei der Lichtmikroskopie eingesetzt

werden. Mit Einführung des „Environ-

mental“-Rasterelektronenmikro-

skops (ESEM) konnte der Anwen-

dungsbereich des REM auf feuchte

Proben und dynamische mikroskopi-

sche Untersuchungen erweitert werden.

Bei dieser „in-situ“-Mikroskopie kann

der Ablauf physikalischer und chemi-

scher Prozesse bei Vergrößerungen im

Mikro- und Nanobereich direkt beob-

achtet werden. Typische praktische

Anwendungen sind etwa die Hochtem-

peraturkorrosion von Stählen, das

Bruchverhalten von Kunststoffen und

Biomaterialien oder Quellvorgänge in

Textilien.

Für die Erfassung lokal eng begrenzter

Phänomene, wie z.B. die Chemie an

inneren Grenzflächen, die Charakteri-

sierung von Sekundärphasen in Festkör-

pern und deren Wechselwirkung mit

der Festkörpermatrix oder aber auch

für die Charakterisierung der Struktur

von einzelnen Nanoteilchen ist die

Auflösung der bisher genannten mikro-

skopischen Methoden in vielen Fällen

nicht ausreichend. Mit Hilfe der Trans-

missionselektronenmikroskopie

(TEM), deren Auflösung im Bereich von

100 Pikometern (100 Milliardstel Milli-

meter) liegt, können derartige Phäno-

mene umfassend charakterisiert werden

– teilweise sogar mit atomarer Auflö-

sung23. In Verbindung mit der

Focused-Ion Beam Methode (FIB)

können aus Werkstoffen und Bauele-

menten in sehr kleinen Probenberei-

chen (lokale Defekte) zielgenau Proben

entnommen und im TEM analysiert

werden (z.B. Analyse von Materialde-

fekten, Korngrenzen in Stählen und

Legierungen, Aufbau von elektroni-

schen Bauelementen, Materialbeschich-

tungen und Biomaterialien).

Die Erweiterung des Transmissionselek-

tronenmikroskops (TEM) mit einem

abbildenden Energiefilter ermöglicht es

die Vorteile des Energiefilterungs-

TEM (EFTEM) zu realisieren. Von

besonderer Bedeutung ist dabei die

Möglichkeit die zweidimensionale

Verteilung verschiedener chemischer

Elemente mit einer lateralen Auflösung


Rasterelektronenmikroskopie ermöglicht die mikrosko-pische Untersuchung von Materialoberflächen mit einerwesentlich besseren Auflösung und Schärfentiefe alsdie klassische Lichtmikroskopie. Spezielle Erweiterun-gen erlauben die Untersuchung feuchter Proben unddynamische „in situ“-Analysen.

Abbildung 14: Nanoanalytische Untersuchung von Zweitphasen in einer degradierten Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)-Kathode (rot = Strontium, grün = Cobalt, blau = Lanthan)(Abbildung: ZFE)


von etwa einem Nanometer (1 Milli-

onstel Millimeter) zu messen. Die

EFTEM-Methode liefert neuartige

Einblicke in den chemischen Aufbau

von Festkörpern, Halbleitern und Struk-

turwerkstoffen und zählt inzwischen zu

den wichtigsten Methoden der Nanoa-

nalytik. Ein typisches Beispiel einer

EFTEM-Untersuchung wird in Abbildung

14 gezeigt: Es handelt sich dabei um

die Nanoanalyse von Ausscheidungen

in einer Stahlprobe. Die Elementvertei-

lungsbilder von Titan, Nickel und

Chrom wurden in einem RGB-Bild über-

einandergelegt und liefern die Informa-

tion über die chemische Zusammenset-

zung der Ausscheidungen. Der Informa-

tionsgewinn gegenüber einer

konventionellen TEM-Untersuchung ist

klar ersichtlich. Aufgrund der aufwen-

digen Probenpräparation, der teuren

und schwierig zu bedienenden Mikro-

skope müssen TEM und FIB in

speziellen Labors mit kritischer Größe

z.B. an Universitäten und Forschungs-

zentren aufgebaut werden, die in den

meisten Fällen dann auch für KMUs zur

Verfügung stehen.

AutorInnen

Heinz Haider; Udo Pappler;

Volker Uhl (OFI)

Gerhard Schindelbacher (ÖGI)

Heinz Basalka;

Katharina Umlaub (SZA)

Ferdinand Hofer (ZFE)

Koordination

Julian Wagner (ZFE)

LITERATUR

1 Presseinformation VII/2011: Kupfer undAluminium, eine feste Verbindung – Fraun-hofer IWS Dresden auf der Messe LASER2011“,http://www.iws.fraunhofer.de/presse/2011/pr1107.html (September 2011)

2 „Fügen von Al-Cu-Mischverbindungen –Technologien für die Elektromobilität“, IWSDresden,http://www.iws.fraunhofer.de/pub/info_pdf_neu/300-4_al-cu-verbindungen_de.pdf(September 2011)

3 „Presseinformation V/2008: Induktiv unter-stütztes Laserwalzplattieren – FraunhoferIWS Dresden auf der Messe „O&S vom3.–5. Juni 2008 in Stuttgart“, IWS Dresden

4 Fraunhofer IWS Dresden,http://www.iws.fraunhofer.de/de/presse-undmedien/presseinformationen/2008/presseinformation_2008-05.html (Dezember2011)

5 „Walzplattierte Kupfer-Aluminium-Verbinder“, IWS Dresden, Fraunhofer IWSJahresbericht 2010

6 Fraunhofer IWS Dresden,http://www.iws.fraunhofer.de/presse/2011/download/p11_05_jb_42-43.pdf(September 2011)

7 Patentschrift AT 413 502 B „ Verfahrenzum Verbinden von Stahl- und Aluminium-bauteilen mittels Schmelzschweißen“,Schweißtechnische Zentralanstalt SZA, Dr.Dipl.-Ing. Klaus Wichart, Wien (AT),Ausgabetag: 15.3.2006

8 Schweißtechnische Zentralanstalt SZA,Projektberichte und Präsentationen,2006–2009.

9 „Einsatz von Bimetallen für Hybridverbin-dungen“, Wichart, K. et al., Schweiß-&Prüftechnik. JOIN Sonderband: S.28–31(2009)

10 Fa. STIRZONE Cool Welding:http://www.stirzone.at, September 2011

11 „Anwendungsmöglichkeiten von Rührreib-schweißen“, Weinberger, T.; Enzinger N.,Metall. 09 (2008): S. 24–27

[2 „Metall mit organischem Materialverpinnen – Pinnen, was nicht zuschweißen ist“, Österreichische Betriebs-technik. 3/4 (2010): S. 48.

13 „Multi-Material Joints for Manufacturing ofTrend-Setting Hybrid Components“, Jank,N.; Waldhoer, A., Stieglbauer, W.; FroniusInternational GmbH, Sheet Metal WeldingConference XIV, Mai 2010

14 „Wirbelstromprüfverfahren zur Volumens-inspektion von CFK-Platten“, FraunhoferInstitut IZFP Dresden, http://www.izfp-d.fraunhofer.de/assets/downloads/2009-lur-sens.pdf (Jänner 2012)

15 „Vergleich von Ultraschallprüftechnikenzum quantitativen Fehlernachweis und zurFehlergrößenbewertung“, Walte, Fried-helm; Li, Xuezheng,http://www.ndt.net/article/dgzfp2010/Inhalt/di1b1.pdf, DGZfP-Jahrestagung 2010

16 Projektdatenblatt „Laserultraschall“,http://www.recendt.at/files/LUS_deutsch.pdf (September 2011)

17 Projektdatenblatt „Modulierter Laser-Ultra-schall zur Vermessung dünner Schichten“,http://www.recendt.at/files/LUS_MODU-LIERT_deutsch.pdf (September 2011)

18 „Lasertechnik für die Fertigung: Grund-lagen, Perspektiven und Beispiele für deninnovativen Ingenieur“, Poprawe, Reinhart,Springer (2005)

19 „Schweißtechnik – Im Labor erprobt“,Staufer, Martin, Metall 4 (2011): S. 24–27

20 „Timber in Material, Building and Environ-mental Research“, K-Projekt

21 Nähere Informationen unterwww.alicona.at

22 „Handbuch der Nanoanalytik Steiermark2010“, 2. Auflage, 2010, HerausgeberWerner Rom, Ferdinand Hofer und Sieg-fried Psutka, Graz (2010)

23 “Proceedings of the Microscopy Confe-rence 2009”, Bände 1–3, Graz, Verlagder Technischen Universität Graz (2009)ISBN 978-3-85125-062


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