Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Materialfehler automatisch und besser finden

19.03.2013
Die einwandfreie Funktion ist in vielen technischen Bereichen sehr wichtig.

Immer bedeutender wird deshalb die Überprüfung auf Materialfehler oder Ermüdungserscheinungen. Denn beispielsweise der Ausfall eines Wälzlagers in Achswellen, wie sie in Eisenbahnwaggons oder Windkraftanlagen eingesetzt werden, kann zu hohen Kosten führen, im schlimmsten Fall können auch Menschen zu Schaden kommen. Wissenschaftler der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung haben deshalb Prüfköpfe entwickelt, die nicht nur eine Automatisierung dieser zerstörungsfreien Prüfung ermöglichen, sondern deren Messwerte zusätzliche Informationen liefern, die Aussagen über die Form eines Risses gestatten.

Bisher werden beispielsweise Lagerringe unter hohem Personalaufwand mit Magnetpulver geprüft. Am Streufeld von Fehlstellen magnetisierter Werkstücke sammeln sich unter UV-Licht sichtbare fluoreszierende Eisenteilchen. Das ist sehr zeitintensiv und teuer. Großer Vorteil der neuen Methode verglichen mit der herkömmlichen Magnetpulverprüfung: „Wir sind in der Lage zu sagen: ´Der Riss hat diese Tiefe´“, beschreibt der Projektleiter Marc Kreutzbruck die neue Prüftechnik. Und die Prüfung ist auch in kürzerer Zeit möglich. Das eigentliche Phänomen, das die Wissenschaftler ausnutzen, ist bekannt: An einem Riss verändert sich das Magnetfeld. Die Idee an der BAM ist der Einsatz spezieller Sensoren, die diese Veränderung des Magnetfeldes messen können.

Das Hauptelement dieser Prüfköpfe bilden winzige Sensoren, die auf eine Veränderung des Magnetfeldes mit einer Veränderung des elektrischen Widerstands reagieren. Diesen Effekt nennen Physiker Magnetoresistenz. Benutzt werden dafür GMR-Sensoren. GMR steht für Giant Magnetoresistance und kann mit Riesenmagnetowiderstand übersetzt werden. GMR-Sensoren finden sich in vielen Smartphones, in herkömmlichen Festplattenleseköpfen oder auch im Auto, beispielsweise zur Messung der Fahrdynamik (Stichwort ESP) oder der Raddrehzahl (Stichwort ABS).

Das Vorgehen bei der neuen Prüfeinrichtung ist folgendermaßen: Am Prüfkopf angebrachte stromdurchflossene Spulen erzeugen im Prüfling eine lokale Magnetisierung. An Fehlstellen bildet sich ein magnetisches Streufeld aus, das mit Hilfe der GMR-Sensoren gemessen wird. Im Prüfstand werden die Lagerringe von allen Seiten streifenweise abgetastet. Der Prüfling wird eingespannt und in Rotation versetzt. Die Prüfköpfe fahren in Position und werden an die Oberfläche geführt.

Für die Prüfköpfe wurden mehrere Sensoren zu so genannten Sensor-Arrays zusammengeschlossen. Jede dieser Sensorreihen hat eine Länge von 3,4 mm und ist mit jeweils 16 Einzelsensoren bestückt, die ihrerseits eine Abtastlänge von etwa 200 Mikrometer besitzen. Auch diese Arrays können dann zu Gruppen zusammengeschaltet werden. Im vorliegenden Fall kamen drei Gruppen mit insgesamt 48 Sensoren zum Einsatz. Die Abtastzeit zur Prüfung des gesamten Lagerrings verringert sich dadurch. Aus den Messdaten baut sich dann schrittweise das Bild auf. Mögliche Defekte werden markiert. Um die Defekte in ihrer Dimension beurteilen zu können, setzen die BAM-Wissenschaftler auf Vergleichswerte, die bei Referenzmessungen an Testfehlern ermittelt wurden. Nächstes Ziel bei den GMR-Sensoren: „Wir wollen sie in Form und Spezifikation für weitere Prüfaufgaben anpassen und durch Firmenkooperationen zur Marktreife für die zerstörungsfreie Prüfung entwickeln“, sagt der Physiker Kreutzbruck.

Einen Prototyp der neuen Prüfeinrichtung stellt die BAM auf der diesjährigen Hannover-Messe am BAM-Stand aus (8. bis 12.4.2013, Halle 2, A18). Die Entwicklung von Methoden zur zerstörungsfreien Prüfung ist ein wesentlicher Arbeitsschwerpunkt der BAM.

Kontakt:
Dr. rer. nat. habil. Marc Kreutzbruck
Abteilung 8 Zerstörungsfreie Prüfung
E-Mail: Marc.Kreutzbruck@bam.de

Dr. Ulrike Rockland | idw
Weitere Informationen:
http://www.bam.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide
20.01.2017 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

nachricht Metamaterial: Kettenhemd inspiriert Physiker
19.01.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise