TY - CONF A1 - Trappe, Volker T1 - Glasfaser-Halbzeuge im Anwendungsbereich der CS 22 - Drapieren, Altern, Schwingfestigkeit N2 - Glasfaserkunststoff – GFK – wurde im Segelflugzeugbau mit der FS 24 „Phönix“ seit 1957 in tragenden Strukturen verbaut. Auch wenn in moderneren Luftfahrzeugen Carbon-Faser-Kunststoff – CFK – das GFK in weiten Teilen der Flugzeugstruktur zur Gewichtseinsparung und wegen der höheren Steifigkeit verdrängt hat, so findet sich GFK heute noch im Holm-Steg und anderen hoch belasteten Strukturbauteilen. Nach dem Motto „höher, schneller, weiter“, wurden die Glasfaser-Textilien mit Haftvermittlern (Schlichte / Finish) versehen, um eine gute Anbindung zwischen der Glasfaser und der Epoxid-Harz-Matrix zu bekommen. Hierzu wurden zunächst Chrom-Verbindungen eingesetzt, die seit der Einführung der REACH-Verordnung 2007 bezüglich der Umweltbelastung problematisch sind. Infolgedessen haben die Hersteller der Glasfaser-Textilien alternative Schlichte- / Finish- Systeme entwickelt, die den „Alten“ in den Gebrauchseigenschaften vergleichbar sein sollten. Hinsichtlich der nach RHV geforderten Schwingfestigkeit war es 2004 erforderlich, den Vorgabewert von 1985 moderat abzusenken, damit die neuen Halbzeuge für den Einsatz im Segelflugzeugbau zugelassen werden konnten. Zudem verschlechterte sich teilweise die Drapier-Fähigkeit der neuen Glasfasergewebe, auch wenn die Schwingfestigkeit ausreichend gut war. Im Rahmen einer Masterarbeit wurde Anfang 2024 an der BAM im Fachbereich 5.3 – Polymere Verbundwerkstoffe – vergleichend fünf im Markt verwendete Glasfaser-Textilien hinsichtlich der Drapier-Fähigkeit untersucht. Zudem wurden die Halbzeuge bei einer erhöhten Luftfeuchtigkeit und Temperatur ausgelagert und dann zu GFK-Proben verarbeitet. Schließlich wurden „as received“ Proben und gealterte +/-45°-Proben nach RHV schwingend beansprucht. Im Rahmen dieses Vortrags wurde das Projekt sowie die Ergebnisse erstmal der Leichtflugzeugindustrie vorgestellt. T2 - 48. Symposium für Flugzeugentwicklung 2024 CY - Braunschweig, Germany DA - 14.11.2024 KW - Faserkunststoffverbunde KW - Flugzeugbau KW - Alterung PY - 2024 AN - OPUS4-62182 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Trappe, Volker T1 - Betriebsfestigkeit von Struktur-Klebungen im Anwendungsgebiet der CS22 N2 - Moderne Segelflugzeuge sind voll-verklebte tragende FKV-Strukturen. Über die Schwingfestigkeit der Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) und die Lebensdauerabschätzung dieser Werkstoffklasse auf Basis verschiedener Lastspektren wurden insbesondere von Christoph Kensche verschiedenen Arbeiten durchgeführt und auch auf dem Symposium für Segelflugzeugentwicklung vorgestellt. Hingegen ist die Betriebsfestigkeit von Struktur-Klebungen im Anwendungsbereich der CS22 vergleichsweise wenig untersucht worden. Über die Jahre wurden in verschiedenen Projekten immer wieder Probleme in Struktur-Klebungen (u.a. Betriebsbelastungsversuche an Versuchs-Holmen) identifiziert, analysiert und spezielle Prüfverfahren weiter entwickelt (Projekt „Tragflügel neuer Technologie für die allgemeine Luftfahrt“, FK SIF765). Im Rahmen des LuFo-Vorhabens GeAviBoo (General Aviation Booster) wurde in zwei Arbeitspaketen das Thema erneut aufgegriffen und Betriebsbelastungsversuche an Klebproben durchgeführt. Im Rahmen des Vortrages werden die Erkenntnisse der letzten 10 Jahre aufbereitet und die neusten Ergebnisse vorgestellt. T2 - Symposium für Segelflugzeugentwicklung CY - Online meeting DA - 19.11.2020 KW - Polymer Matrix Composites KW - Betriebsfestigkeit KW - Klebung KW - General Aviation PY - 2020 AN - OPUS4-51861 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Trappe, Volker T1 - Beschreibung des Ermüdungsverhaltens von Endlos-Faserverstärkten-Kunststoff-Verbunden mit Hilfe mikromechanischer Modelle N2 - Im Rahmen des Vortrags werden die neusten Ergebnisse aus dem Fachbereich 5.3 zur Beschreibung des Ermüdungsverhaltens von FKV mittels Mikromechanischer-Modelle präsentiert. Explizit wird der theoretische Ansatz am Beispiel von GFK unter thermomechanischer Beanspruchung hergeleitet und an Hand von Versuchsergebnissen verifiziert. T2 - Webkonferenz Composites United, Composite Fatigue CY - Online meeting DA - 30.09.2021 KW - Faser-Kunststoff-Verbunde KW - thermomechanische Beanspruchung KW - Materialmodell PY - 2021 AN - OPUS4-54151 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Trappe, Volker T1 - Roving-Alterung und mechanische Eigenschaften N2 - Im statistischen Mittel steht eine Windkraftanlage (WKA) in Deutschland alle 6 Jahre wegen eines Schadens an den Rotorblättern und verursacht Kosten von 20k€-40k€ infolge Ertragsausfall und Reparaturkosten. Bei über 30.000 WKA in Deutschland verursacht dies jährlichen Kosten von 100-200 Mio. €. Zu 70% sind die Ursachen Fertigungsfehler. Diesem Themenkomplex widmet sich FB-5.3 in Kooperation mit FBs der Zerstörungsfreien Prüfung (Abt. 8) schon seit Jahren. Im aktuellen Projekt geht es um einen vorzeitigen Verschleiß der Rotorblätter infolge der Verwendung gealterter Glasfaser-Rovings. (GF). Die Entwicklung moderner Windkraftanlagen hatte in Europa seinen Ursprung in den 90er Jahren. OEMs und GF-Hersteller waren dicht beisammen. Die Globalisierung des Marktes führt heute zu einer weltweiten Verschiffung der GF in feucht-warmen Containern. Je nach Beschaffenheit (Chemie) der Schlichten (Oberflächenbehandlung) von GF können diese stark altern (Hydrolyse-Effekte) und die Festigkeit kann im Bauteil um bis zu 50% abgemindert sein. In einer Kooperation mit der Rotorblattallianz, einem Zusammenschluss der OEMs, Halbzeugherstellern und Forschungsinstituten, wurden schon vor 5 Jahren in einem Forschungsprojekt (FB-5.3; VH 5538) die chemischen Mechanismen der Alterung exemplarisch für eine Glasfaser-Roving-Type aufgeklärt. Im aktuellen Projekt (FB-5.3; VH 5304) wird ein beschleunigtes Alterungsverfahren (erhöhte Temperatur und Feuchte) am Roving im un-impregnierten Zustand entwickelt und die Festigkeit nachfolgend nach Einbettung in eine Epoxid-Harz-Matrix bestimmt. Je nach Alterungszustand zeigt sich eine Abnahme der Zwischenfaserbruchfestigkeit von bis zu 50%. Nicht alle Glasfaser-Roving-Typen zeigen diesen Effekt. Es ist gelungen für OEMs und Halbzeughersteller ein handhabbares Verfahren zur innerbetrieblichen Qualitätssicherung zu entwickeln, da die wenigsten Firmen über komplexe Analyseverfahren, wie an der BAM, verfügen. T2 - Composite United - AG Faserverbund in der Windenergie CY - Braunschweig, Germany DA - 09.05.2023 KW - Faserkunststoffverbunde KW - Windenergie KW - Alterung PY - 2023 AN - OPUS4-58409 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Channammagari, Harichandana A1 - Sahr, Rabea A1 - Trappe, Volker T1 - Experimentelle, Analytisch-Numerische Untersuchung des thermischen Ausdehnungsverhaltens von Faser-Kunststoff-Verbunden N2 - Im Rahmen des Forschungsvorhabens PROVING wurde eine Methode zur rechnerischen Bestimmung thermomechanischer Eigenspannungen in CFK entwickelt. Ziel ist die Berücksichtigung des thermischen Ausdehnungsverhaltens bei der Bestimmung des dreidimensionalen in-situ-Spannungszustands der Matrix für den strukturellen Nachweis. Die Eigenspannungen werden über mikromechanische Modellierung und FEM berechnet; die zugrunde liegenden Ausdehnungsfunktionen wurden experimentell validiert. N2 - As part of the PROVING research project, a method for calculating thermomechanical residual stresses in CFRP was developed. The aim is to take thermal expansion behavior into account when determining the three-dimensional in-situ stress state of the matrix for structural verification. The residual stresses are calculated using micromechanical modeling and FEM; the underlying expansion functions have been experimentally validated. T2 - 43. Vortrags- und Diskussionstagung Werkstoffprüfung 2025 CY - Dresden, Germany DA - 27.11.2025 KW - Thermische Eigenspannungen KW - Mikromechanik KW - Faser-Kunststoff-Verbunde KW - FEM PY - 2025 SN - 978-3-88355-454-9 VL - 2025 SP - 154 EP - 159 PB - DGM CY - Sankt Augustin AN - OPUS4-65112 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kupsch, Andreas A1 - Trappe, Volker A1 - Müller, Bernd R. A1 - Bruno, Giovanni T1 - Rissentwicklung in CFK-Laminaten nachgewiesen durch in situ Röntgen-Refraktion N2 - In Leichtbauanwendungen sind Materialien mit geringen Dichten und hohen Festigkeiten gefragt. Insbesondere Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) erfüllen diese Anforderungen und werden zunehmend für Strukturbauteile eingesetzt. Die Oberflächen moderner Rotorblätter von Windkraftanlagen werden aus FKV gefertigt. Das Versagen dieser Materialien hat massiven Einfluss auf die Einsatzfähigkeit der gesamten Windkraftanlage. Daher ist die Kenntnis des Versagensverhaltens dieser Komponenten unter statischer und zyklischer Belastung von großem Interesse, um die Betriebsbeanspruchung abzuschätzen. Im Idealfall wird die Schadensentwicklung unter Betriebslast mit zerstörungsfreien in-situ-Prüfverfahren ermittelt. Hier berichten wir über die Beobachtung der Rissentwicklung in Carbon-Faserverstärkten Kunststoffen (CFK) unter kontinuierlicher Zugbelastung durch in-situ Synchrotron-Röntgenrefraktionsradiographie. Eine selbst entwickelte elektromechanische Zugprüfmaschine mit einem Kraftbereich bis zu 15 kN wurde in den Strahlengang an der BAMline (BESSY II) integriert. Da in herkömmlichen (Absorptions-) Radiographien Defekte wie Zwischenfaserbrüche oder Faser-Matrix-Enthaftung keinen ausreichenden Kontrast verursachen, wird zur Kontrastanhebung die Röntgenrefraktion benutzt. Hier wird das sogenannte Diffraction Enhanced Imaging (DEI) angewandt, um Primär- und gebrochene Strahlung mit Hilfe eines Analysatorkristalls zu trennen. Diese Technik ermöglicht schnelle Messungen mit einem Gesichtsfeld von einigen Quadratmillimetern (hier: 14 mm × 7.2 mm) und ist ideal für in-situ Untersuchungen. Die Bildgebung und der Zugversuch erfolgen mit einer Bildfrequenz von 0.7 / s und einer Dehnrate von 0.00055 / s . Bei 0°/90° Fasergelegen treten die ersten Zwischenfaserrisse bei 380 MPa (Dehnung 0.8 %) auf. Vor dem Versagen bei ca. 760 MPa (Dehnung 2.0 %) beobachten wir die Ausbildung eines nahezu äquidistanten Rissmusters (Risse in ca. 1 mm Abstand), das sich im geschädigten Zustand über die gesamte Probe erstreckt. T2 - DACH-Jahrestagung 2023 CY - Friedrichshafen, Germany DA - 15.05.2023 KW - Röntgen-Refraktion KW - Synchrotronstrahlung KW - CFK KW - Rissentwicklung PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-576230 SN - 978-3-947971-29-9 VL - BB 180 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-57623 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -