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Materialprüfung Kunststoffe und Faserverbundwerkstoffe – Die Wiege des Leichtbaus

Der Leichtbau und die Materialprüfung sind die Insignien der IMA Dresden – mit Kunststoffen und Verbundwerkstoffen, auch Composites genannt, beschäftigt sich unser Haus seit 1961.

Vorteilhafte Materialeigenschaften, vielseitige Einsatzgebiete und flexible Dimensionierungen gaben dem Kunststoff- und Composite-Markt enormen Auftrieb. Vor allem die Windenergie-, Automobil- und Luftfahrtindustrie sowie die Schienenfahrzeugbranche treiben mit ihrer Nachfrage die Innovation beständig an.

Die IMA Dresden ist ein internationales Prüf- und Entwicklungszentrum für Werkstoffprüfung und begleitet Sie vom Grundwerkstoff über die Fertigungstechnologie bis zur Zulassung des fertigen Produktes. Dies umfasst sowohl statische, zyklische und dynamische Prüfungen als auch statische Langzeitprüfungen. Die normgerechten Materialproben fertigen wir mit verschiedensten Herstellungstechnologien im Haus. Darüber hinaus besitzt die IMA Dresden umfassende Erfahrungswerte in den Bereichen der Klebetechnik, Laminatberechnung sowie der Werkstoffzulassung.

Wir arbeiten nach deutschen und internationalen Normen und Richtlinien (DIN, ASTM, ISO…) oder nach Werksvorgaben. Alle relevanten Prüflabore sind akkreditiert nach DIN EN ISO/IEC 17025 und darüber hinaus sind die Geschäftsfelder „Materialprüfung von metallischen Werkstoffen“ und „Materialprüfung von nichtmetallischen Werkstoffen“ akkreditiert gemäß SAE Aerospace Standard AS7003 durch NADCAP (National Aerospace and Defense Contractors Accreditation Program).

Unser Leistungsspektrum

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Materialographie

Ob zur Qualitätssicherung, Schadensfallanalytik oder für Forschung und Entwicklung – in unseren akkreditierten Materialographielaboren nehmen wir sowohl metallische als auch nichtmetallische Werkstoffe unterschiedlichster Zusammensetzung mit qualitativen und quantitativen Charakterisierungsverfahren unter die Lupe. Dies beinhaltet auch die Probenpräparationsverfahren und bis hin zur Analyse, Bewertung und Dokumentation der mikroskopischen Untersuchungsergebnisse.

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Schadensanalysen

Ursachen und Auswirkungen experimentell ermitteln - wir bewerten Schadensfälle und unterstützen so bei der Ursachenklärung. Unsere erfahrenen Ingenieure helfen Ihnen, unerwünschte Schadensphänomene bis ins Detail zu ergründen – etwa mittels Materialographie, akustischer Schadensdetektion oder zerstörungsfreien Prüfverfahren.

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Materialprüfung Metalle

Unsere Werkstoffspezialisten begleiten Sie bei der Durchführung Ihrer Prüfprogramme sowie Standardisierung, Zulassung und Zertifizierung von Werkstoffen oder Herstellungsverfahren. Dabei stehen wir während des gesamten Prüfablaufs an Ihrer Seite, von der Beratung, Versuchsplanung und Probenfertigung, über die Prüfung an sich bis hin zum fertigen Prüfbericht.

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Prüfung mit Medien

Ganz gleich ob es sich um Leitungen, Bauteile, Aggregate (Druckerzeuger, Druckverbraucher) oder ganzheitliche Systeme mit dem Einsatz von Sondermedien handelt, wir ermitteln das Verhalten unter den realen fahrdynamischen Belastungen kombiniert mit Temperaturwechsel, Druckwechsel, Volumenstrom und Schwingungsanregung.

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Automobile

Leistungsstark für jeden Fahrzeugtyp – unsere Festigkeitsversuche, Zulassungsversuche oder Entwicklungsversuche sind für die Überprüfung der Betriebsfestigkeit und Lebensdauer von Automobilbauteilen und -komponenten, medienführenden Systemen, elektrischen Komponenten sowie Werkstoffen nachweislich zuverlässig.

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Luftfahrt

Sei es für den Nachweis der Lebensdauer oder für die Zulassung des Flugzeugbauteils - im Sinne zuverlässiger Resultate prüfen, simulieren oder berechnen die IMA-Ingenieure jegliche Konstruktionsgruppen eines Flugzeuges wie z. B. Rumpfwerke, Tragwerke, Leitwerke, Fahrwerke und Triebwerke sowie Interieurkomponenten.

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Schienenfahrzeuge

In unserem Prüf- und Entwicklungszentrum prüfen wir sämtliche Schienenfahrzeugkomponenten und Werkstoffe auf Festigkeit und Lebensdauer. In puncto Produkt- und Betriebssicherheit sowie Qualitätssicherung bündeln wir in unserem Haus die Kräfte aus den Bereichen Erprobung und Test-Design mit Messung, Berechnung, Simulation und Festigkeitsnachweis sowie Konstruktion.

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Bauprodukte

Ob Produktkonformität, Qualitäts- und Sicherheitsstandards, Materialcharakterisierung, Lebensdauer sowie Zustandsbewertung – hier spielt IMA Dresden eine tragende Rolle. Bei der unabhängigen, anerkannten und akkreditierten Zertifizierungsstelle, Prüfstelle und Inspektionsstelle bekommen Sie Unterstützung bei allen Fragen zu Anforderungen, Prüfverfahren und Vorgaben der geltenden Normen, Regelwerke und Gesetze.

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Windenergie

Im Entwicklungs- und Zulassungsprozess unterstützen wir Hersteller von Windkraftanlagen, Komponentenhersteller im Entwicklungs- und Zulassungsprozess und Energieerzeugungsunternehmen bei der Validierung, Schadensanalyse, Produktoptimierung und Strukturüberwachung. Werkstoffe, Strukturen, Komponenten oder Bauwerke werden umfänglich geprüft, einschließlich Charakterisierung, Festigkeitstests, Prüfung der Betriebsfestigkeit und Systemtests.

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Medizinprodukte

Bei der Zulassung und Entwicklung von Medizinprodukten unterstützen wir insbesondere mit Festigkeits- und Verschleißprüfungen von Gelenkendoprothesen, Osteosyntheseprodukten, Traumatologie-Produkten, chirurgischen Instrumenten und Hautklebern nach Norm- oder Sonderprüfverfahren.

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Werkstoffdatenbanken

Die Datenbanken unserer WIAM®-Produktlinie stellen Werkstoffinformationen und Kennwerte bereit, welche für die Werkstoffauswahl, Konstruktion, Normung, Berechnung und Simulation zuverlässig genutzt werden. Der Datenpool greift auf Material- und Grundlagenversuche aus den letzten fünf Jahrzehnten zurück, und neue Werkstoffe werden systematisch integriert.

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Software- und Softwarelösungen

Das Management von Daten und Dokumenten aus Prozessabläufen in den Bereichen Forschung und Entwicklung, Simulation und Berechnung, Labor, Qualitätsmanagement, Process Development und Produktionsplanung haben wir gelöst - mit den WIAM® Datenbanksystemen bieten wir passende Softwarelösungen mit flexiblen Datenstrukturen, Darstellungsmöglichkeiten und Auswertungen.

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Training und Seminare

Profitieren Sie von unserem branchenübergreifenden Know-How: In Schulungen und Seminaren direkt bei Ihnen im Unternehmen oder an unserem Standort erhalten Sie umfangreiches Fachwissen - von Lehrgängen für zerstörungsfreie Prüfung (ZfP/NDT) über die FKM-Richtlinie „Rechnerischer Festigkeitsnachweis von Maschinenbauteilen“ bis hin zu Software-Anwenderschulungen für WIAM® fatigue RIFEST.

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Ausgangspunkt nicht-metallische Werkstoffe und Verbindungen

Wir übernehmen für Sie die umfassende Bestimmung von mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften sowie die Ermittlung der Beanspruchbarkeit von Kunststoffen, faserverstärkten Kunststoffen, Klebverbindungen oder hybriden Werkstoffkombinationen.

Je nach Erfordernis können diese Prüfungen bei tiefen und hohen Temperaturen sowie unter Medieneinfluss durchgeführt werden. Für Werkstoff- und Bauteilprüfungen besitzen wir umfangreiche Standardprüftechnik und Erfahrungen im Aufbau und Betrieb von Spezialprüfständen. Wenden Sie sich an uns, wenn Sie eine spezielle Lösung für Ihre Prüfanforderung benötigen.

Physikalische Prüfungen

In unseren Prüflaboren werden sowohl die spezifischen physikalischen als auch die thermischen Eigenschaften von Prüfmaterialien ermittelt. Die Bandbreite unserer Prüfungen hat eine hohe Reichweite: beginnend mit der Fasergehaltsbestimmung über die Ermittlung der Glasübergangstemperatur bis hin zur Probenkonditionierung.

Prüfspektrum

Physikalische Prüfungen

  • Dichte
  • Fasergehalt (GFK, CFK und Hybride)
  • Schliffanalyse
  • Faserverteilung

Thermische Analysen

  • DSC (Dynamische
  • Differenz-Thermoanalyse)
  • DMA (Dynamisch-mechanische Analyse)
  • Dilatometrie (Bestimmung Wärmeausdehnungskoeffizient)

Umweltprüfungen

  • Konditionierung von Material und Proben
  • Wasserlagerung
  • Lagerung in aggressiven Flüssigkeiten

 

Rasterelektronenmikroskopie einer sandgestrahlten CFK-Klebeoberfläche

Statische Materialprüfung

Zur statischen Charakterisierung von Faserverbundwerkstoffen führen wir verschiedenste Standardprüfungen durch. Gern beraten wir Sie, welche Prüfnormen auf Ihr Material und die zu ermittelnden Kennwerte zutreffen. Prinzipiell kann nach allen nationalen und internationalen Normen akkreditiert geprüft werden, entweder bei Normklima oder unter erhöhter und tiefer Temperatur. Außerdem können wir über die Normverfahren hinausgehende Prüfungen im Rahmen der flexiblen Akkreditierung Kategorie 2 anbieten.

Prüfspektrum

  • Zug, Druck, Biegung, Schub, Verbindungen
  • Belastungsbereich: 0,5 N – 4 MN
  • Normklimabedingungen:
  • 23 °C ± 2 °C, 50 % ± 5 % rel. Feuchte
  • Prüfung unter Temperatureinfluss:
  • Temperaturbereich: -55 °C bis 200 °C
  • Schraubverbindungen
  • Verschiedene Vorrichtungen zur Dehnungsmessung
  • Spezielle Einspannungen / Vorrichtungen (IMA-Druckprüfvorrichtung, IMA-Rail-Shear Prüfvorrichtung)

Bestimmung der Energiefreisetzungsrate

  • G1c Prüfung
  • G2c Prüfung (3ENF, 4ENF)
  • Mixed-Mode Prüfung

Impactprüfung

  • CAI (Compression After Impact)
  • Messung der Impacttiefe
  • Impact an Bauteilen
  • Dauerbeanspruchung impactgeschädigter Komponenten
  • Bestimmung des Schadensbereiches

 

 

Materialermüdungsprüfungen

Die zyklischen Prüfungsmethoden erfordern ein hohes Maß an Sachkenntnis, da die vielseitigen Eigenschaften dieser Werkstoffgruppe während der Prüfung berücksichtigt werden müssen. Auch mangelt es derzeit in diesem Prüffeld noch an anerkannten Normen. Unsere Experten führen für Sie gern die verschiedensten Prüfungen durch.

Prüfspektrum

  • Belastungsbereich: 0,5 N – 2 MN
  • Kraft-, Weg- oder Dehnungsgeregelte Beanspruchung
  • Dehnungs- und Temperaturmessung
  • In-situ Rissdokumentation (optisch)
  • Auswertung von Wöhlerkurven
  • Ermüdungsprüfung unter Klimaeinfluss:
    • Hochtemperatur: +180 °C
    • Klimabedingungen: max. 85 °C und 85 % rel. Feuchte
    • Tieftemperatur: -60 °C

Geometrien und Methoden für Ermüdungsproben

  • Spezielle doppelseitig taillierte Geometrie für UD-Prüfungen (IMA-UDFA, IMA-up-UDFA)
  • G1c, G2c Prüfung
  • Knickstützen für Druckbeanspruchung
  • Geometrien akzeptiert von DNV GL
  • Komponenten und Elementstrukturen (z.B. Rotorblattwurzel-Verbindungen)

 

 

Materialkriechprüfungen

Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff sollen für die Langzeitbelastung sicher ausgelegt werden. Dafür werden Werkstoffinformationen zum Verhalten des Bauteils unter Langzeiteinwirkung bei ruhender Belastung benötigt. Wir realisieren diese Langzeitprüfung unter verschiedenen Belastungen in Abhängigkeit von Temperatur und Medieneinwirkung.

Prüfspektrum

  • Zeitstand-Kriechprüfung
  • Zeitstand-Bruchprüfung
  • Belastungsarten: Zug, Druck, Schub
  • Belastungsbereich: 0,1 N – 20 kN
  • Extrapolation
  • Kriechprüfung unter temperatur- und Medieneinfluss:
    • Zeitstandprüfung mit Medienbelastung (aggressive Flüssigkeiten)
    • Kombinierte Kriechbelastung (Temperatur und Medien)
    • Zeitstandprüfung mit Temperaturbelastung (-30 °C bis 150 °C)

 

 

Laminat- und Probenherstellung

 

Unser Labor bietet vielseitige Möglichkeiten zur Herstellung von Prüflaminaten: aus Rovings, textilen Halbzeugen und Harzsystemen. Profitieren Sie von unserer Erfahrung im Bereich der Laminatfertigung mit Vakuuminfusion, RTM, Thermoplastverarbeitung und im Wickelverfahren. Aus den Prüflaminaten fertigen wir hochqualitative Prüfkörper gemäß der nationalen und internationalen Prüfnormen.

Laminatherstellung:

  • Vakuuminfusionsverfahren
  • Resin Transfer Moulding (RTM)
  • Prepregverarbeitung
  • Thermoplastverarbeitung
  • Wickelverfahren
  • Garnimprägnierung

Probenherstellung:

  • Sägen
  • Bohren
  • CNC-Fräsen
  • Applikation von Krafteinleitungselementen (Aufleimer)
  • Wasserstrahlschneiden

Überwachung und Zertifizierung für Bauprodukte

Faserverstärkte Kunststoffe werden seit vielen Jahren erfolgreich im Bauwesen eingesetzt. Hierbei gelten für dieses Einsatzgebiet spezielle Anforderungen hinsichtlich der Überwachung und Zertifizierung der eingesetzten Materialen.

Die IMA Dresden ist zugelassene Prüf-, Überwachungs- und Zertifizierungsstellen (PÜZ) beim Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) und kann neben der notwendigen Nachweisführung des Materials auch die Überwachungs- und Zulassungsmodalitäten im Rahmen einer Zustimmung im Einzelfall übernehmen.

Dazu zählen:

  • Herstellerüberwachung (Erstüberwachung, Regelüberwachung)
  • Montageüberwachung
  • Erstellung Übereinstimmungszertifikat (ÜZ)

Weitere Informationen erhalten Sie auf unserer Seite „Bauprodukte„.

Bauteilentwicklung

Sie suchen nach Leichtbau-Lösungen mit höchster Effizienz? Nutzen Sie dafür die nahezu grenzenlosen Möglichkeiten von faserverstärkten Kunststoffen (FVK) wie zum Beispiel: hohe gewichtsspezifische Festigkeit, große Gestaltungsfreiheit und frei adaptierbare Materialeigenschaften. Wir beraten Sie individuell bei der Realisierung Ihrer Ideen.

  • Problemanalyse
  • Machbarkeitsstudien
  • Material- und Technologieberatung
  • Projektmanagement

Konzeptentwicklung 

Eine Idee wird zum Konzept. Ausgehend von den spezifischen Anforderungen eines jeden Anwendungsfall entwickeln wir faserverbundgerechte Lösungsvorschläge, die Ihren Ansprüchen gerecht werden.

  • Zusammenstellen von Lastenheften
  • Entwicklung von Designlösungen
  • Betrachtung von Fertigansätzen
  • Konzeptbewertung
  • Optimierung bestehender Strukturen

Konstruktion 

Aus den unterschiedlichen Konzepten entstehen detaillierte Konstruktionen. Im Bereich der Konstruktion arbeiten wir mit den CAD-Systemen: Catia V5, Autodesk Inventor und AutoCAD.

Simulation

Welche Beanspruchungen ergeben sich im Bauteil? Bei der Berechnung und Simulation von FVK-Strukturen mit ihren komplexen Materialeigenschaften setzen wir auf die Anwendung modernster Simulationssoftware, wie Ansys, Patran/Nastran, Abaqus und SimulationX.

Für die detaillierte Bewertung der Simulationsergebnisse können wir auf unsere langjährige Erfahrung und unser umfangreiches Wissen im Umgang mit FVK-Werkstoffen bauen.

Prototypenfertigung

In unserem Technikum realisieren wir die Fertigung von Prototypen und Kleinserien nach Ihren Wünschen.

  • Handlaminierverfahren
  • Vakuum-Infusionsverfahren (RIM, VARIM, VAP)
  • Injektionsverfahren (RTM, VARTM)
  • Prepreg-Verfahren
  • Pressverfahren
  • 5-Achs-Wickelmaschine

Darüber hinaus arbeiten wir eng mit verschiedenen Industriepartnern der FVK-Verarbeitung zusammen, um einen nahtlosen Übergang zur Serienproduktion zu ermöglichen.

Test

Um die ausfallsichere Funktion der entwickelten Bauteile realitätsnah zu überprüfen, verwirklichen wir individuell angepasste Bauteilversuche unter Betriebsbedingungen. Zu unserem Leistungsspektrum zählen u. a.:

  • Materialcharakterisierung
  • Statische, zyklische und dynamische Bauteilversuche
  • Klima- und Temperaturprüfungen
  • Prüfungen unter Medieneinfluss

Zusätzlich begleiten wir Sie mit unserer Prüferfahrung auch bei der Zulassung und Zertifizierung Ihrer Produkte.

Qualitätssicherung

Zur Detektierung von möglichen Fertigungsfehlern oder zur detaillierten Untersuchung des Schadensverhaltens der FVK-Bauteile stellen wir die verschiedensten Prüfverfahren für Sie bereit.

  • Ultraschallprüfung
  • Wirbelstromprüfung
  • Magnetpulverprüfung
  • Endoskopie
  • Modalanalyse
  • Optische Messsysteme (Aramis, Pontos)
  • Überwachung/Beratung Qualitätssicherung