Anlagenstillstand vermeiden Damit ein kleiner Riss nicht zum großen Risiko wird

Autor / Redakteur: Jörg Schenkel, Hans Christian Schröder / Anke Geipel-Kern

Wartungsbedingte Stillstände lassen sich verkürzen, wenn entscheidende Komponenten früher wieder in Betrieb gehen können oder länger in Betrieb bleiben. Ein erweitertes Ultraschall-Prüfverfahren erkennt noch Anomalien, wo herkömmliche Ultraschall- und Röntgenverfahren an ihre Grenzen stoßen.

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Für das neuartige Prüfsystem wurde die Sampling-Phased-Array-Technologie um eine besondere Manipulator-Technik erweitert. Der Prüfkopf rotiert dabei um ein konisches Bauteil. Das erlaubt eine tomografische Darstellung einer Imperfektion, beispielsweise im Volumen einer Schweißnaht.
Für das neuartige Prüfsystem wurde die Sampling-Phased-Array-Technologie um eine besondere Manipulator-Technik erweitert. Der Prüfkopf rotiert dabei um ein konisches Bauteil. Das erlaubt eine tomografische Darstellung einer Imperfektion, beispielsweise im Volumen einer Schweißnaht.
(Bild: Tüv Süd)

Risse, Bindefehler oder andere Anomalien in Baumaterialien können mithilfe der so genannten Gruppenstrahlertechnik (Phased-Array) aufgedeckt werden. Dabei werden die Bauteile per Ultraschallwellen abgetastet, indem viele einzelne piezoelektrische Elemente im Prüfkopf elektronisch mit einzelnen Schwingerelementen verbunden und auf diese Weise zum Senden und Empfangen von Ultraschallwellen genutzt werden.

Mit Phased-Array-Prüfköpfen ist somit durch Veränderung der Taktfrequenz der Elektronik ein Schwenken des Schallstrahls oder auch ein Fokussieren auf definierte Tiefenbereiche des geprüften Bauteils möglich. Bei dieser Technologie werden alle piezoelektrischen Elemente gemeinsam zum Senden oder Empfangen benutzt.

Schneller und genauer

Bei dem neuen, von Wissenschaftlern der Saar-Universität und des Fraunhofer-Instituts für Zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP) entwickelten Verfahren – dem Sampling Phased Array – handelt es sich um getaktete Gruppenstrahler. Bei ihnen werden die piezoelektrischen Elemente nacheinander unterschiedlich eingesetzt. Werden zunächst nur ein oder auch wenige benachbarte Elemente zum Senden genutzt, während alle anderen das am Fehler gebeugte oder reflektierte Signal empfangen, wird danach das nächste Element oder die nächsten Nachbarelemente zum Senden genutzt und die übrigen empfangen das Fehlersignal.

Durch diese Taktung ergeben sich für jedes einzelne Prüfkopfelement viele verschiedene Abstands- und Signalhöhen-Beziehungen zu einem Fehler. Die Ultraschallwellen breiten sich in alle Richtungen aus und werden gleichzeitig von allen Richtungen aus reflektiert. Dieses Prinzip macht – durch entsprechende Software unterstützt – Fehler in hoher Auflösung sichtbar, die mit herkömmlichen Techniken nicht detektiert werden konnten.

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