Was sind zerstörungsfreie Prüfverfahren und wo werden sie eingesetzt?

Zerstörungsfreie Prüfverfahren am Fraunhofer IFAM: Qualität zur Serie machen

Kraniche, Fischreiher, Gänse und Störche teilen eine traurige Gemeinsamkeit: Sie prallen besonders oft mit Flugzeugen zusammen. Mit technischen Raffinessen, Füchsen auf den Startbahnen, aber auch mit menschlichen »Vogelschlag-Beauftragten«, versucht man die sogenannten »Vogelschläge« zu minimieren. Trotzdem kommen sie häufig vor. Moderne Flugzeuge sind so ausgestattet, dass diese Zusammenstöße zu keinem unmittelbaren Ausfall von sicherheitsrelevanten Bauteilen führen. Auf entstandene Risse oder andere Beschädigungen müssen sie danach trotzdem geprüft werden. Das Problem: Flugzeuge sind für die Gesellschaften nur dann lukrativ, wenn sie in der Luft sind. Unnötige Wartungszeiten und das Zerlegen des Flugzeugs in seine Einzelteile für nicht unbedingt notwendige Reparaturen würden den Konkurs von Fluggesellschaften bedeuten. Doch wie prüft man Flugzeuge möglichst effektiv? Die Lösung sind sogenannte zerstörungsfreie Prüfverfahren.

Schallwellen und elektromagnetische Wellen spüren Gefahren auf


Im Gegensatz zur zerstörenden Werkstoffprüfung bedeutet »Zerstörungsfreie Prüfung« (ZfP), dass durch das Prüfen die Funktionsfähigkeit eines Bauteils nicht behindert werden darf. Konkret: Die Qualität einer Klebung kann vollständig nur durch eine klassische zerstörende Prüfung bewertet werden. Damit sind die Bauteile jedoch nicht mehr verwendbar. Eine Möglichkeit, die notwendigen Prüfungen durchzuführen und gleichzeitig die Bauteile vollständig zu erhalten, bieten die zerstörungsfreien Prüfverfahren, wie z.B. die Ultraschallprüfung, die Infrarot-Thermografie oder die Röntgen-Computertomografie (CT). Alle diese Prüfungen haben eines gemein: Sie eignen sich zur Prüfung von Metallen und Kunststoffen, insbesondere von Klebverbindungen und von faserverstärkten Kunststoffen. Durch mobile Thermografie-Systeme und Ultraschallprüfung, können etwa Flugzeuge in kurzer Zeit, effizient und sicher über bildgebende Verfahren auf Beschädigungen wie Delaminationen und Risse geprüft werden. Nicht nur in der Luftfahrt werden die Verfahren daher angewendet, sondern auch im Schienenfahrzeugbau und im Automobilbereich. Die ZfP ist vor allem immer dann entscheidend, wenn Ermüdungserscheinungen Menschenleben gefährden könnten.

Wie werden zerstörungsfreie Prüfverfahren in der Qualitätskontrolle der Elektromobilität eingesetzt?


Ein Prototypen-Projekt am Fraunhofer IFAM in der Arbeitsgruppe Qualitätssicherung zeigt, dass die zerstörungsfreie Prüfung auch für die Elektromobilität eine immer größere Bedeutung gewinnt. Für einen Automobilzulieferer sollte die Gesamtintegrität einer Baugruppe zum Batteriemanagement mit geklebten elektronischen Bauteilen geprüft werden. Ziel war es dabei, eine effiziente und schnelle Methode zu finden, um diesen Verbund serienmäßig in der Produktion zu testen. Am IFAM wurde ein Prototyp für ein thermografisches Verfahren entwickelt, das einerseits die Wärmeleitung und Funktionalität des Bauteils prüfte, andererseits auch Aussagen über die mechanische Festigkeit mittels Wärmeentwicklung treffen konnte. Mithilfe des Verfahrens konnte somit der zunehmenden Bedeutung steigender Prozesssicherheit im verfügbaren zeitlichen Rahmen Rechnung getragen werden, ohne die Funktion des Bauteils negativ zu beeinflussen. Dies ist auch für die Einhaltung von Regelungen nach DIN 2304 ein nicht zu unterschätzender Faktor. Die Ausfallwahrscheinlichkeit der Elektrofahrzeuge verringerte sich in der Folge. Der Prototyp am Fraunhofer IFAM wurde anschließend von einem Automatisierer in den Prozess integriert.

Mit dem Fraunhofer IFAM zum Prototypen für die Fertigung: Kleine und mittelständische Unternehmen profitieren


Das Fraunhofer IFAM stellte als Entwicklungspartner beim Prototypen dem Automobilzulieferer dabei sein Know-how und die Technik zur Verfügung. Das Ziel: Die Entwicklung konkreter Problemlösungsstrategien für die Umsetzung in der Industrie. Besonders kleine und mittelständische Firmen, die sich keine eigene Forschungsabteilung leisten können, aber auch große Unternehmen profitieren: »Wir bieten nicht nur Hilfe im jeweiligen Institut, sondern können bei Bedarf unser gesamtes Partnernetzwerk mobilisieren. Wir verstehen uns dabei als Partner, der bis zum Prototypen und der anschließenden Übergabe an den Automatisierer begleitet«, so Johannes Derksen, Mitglied der Arbeitsgruppe Qualitätssicherung in der Abteilung Adhäsions- und Grenzflächenforschung am Fraunhofer IFAM.

© Fraunhofer IFAM
Infrarot-Thermografie eines geklebten elektronischen Bauteils.
© Fraunhofer IFAM
Röntgen-Computertomografie eines mehrschichtigen geklebten Bauteils mit unterschiedlichen Lagen und Porositäten.

Blog

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