Zerstörungsfreie Prüfverfahren dienen zur Untersuchung & Analyse von Materialien, Bauteilen oder Strukturen, ohne diese zu beschädigen oder zu zerstören. Ziel der zerstörungsfreien Prüfung ist es, Informationen über die Eigenschaften, die Integrität und die Qualität eines Prüfobjekts zu gewinnen, um sicherzustellen, dass es den erforderlichen Spezifikationen und Standards entspricht.
Anwendungsfelder zerstörungsfreie Prüfungverfahren
Es gibt zahlreiche Anwendungsfelder für zerstörungsfreie Prüfverfahren in der Automobilindustrie. Neben der Qualitätskontrolle von Sicherheitsstandards können zum Beispiel auch Prototypen inspiziert werden, bevor sie in die Massenproduktion gehen.
Inhaltsverzeichnis
Sichtprüfung
Die Sichtprüfung ist ein Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung, bei dem das Prüfobjekt visuell untersucht wird, um Oberflächendefekte wie Risse, Kratzer, Löcher oder Abnutzungsspuren zu identifizieren. Diese Methode erfordert keine spezielle Ausrüstung, sondern nur eine ausreichende Beleuchtung und Sichtbarkeit des Teils.
Durchführung
Die Sichtprüfung wird in vielen Branchen angewendet, um sicherzustellen, dass die Teile den Anforderungen entsprechen. Typische Hilfsmittel umfassen Lupen, Spiegel und Endoskope, die verwendet werden, um schwer zugängliche Bereiche zu untersuchen.
- Direkte Sichtprüfung ohne Hilfsmittel: Betrachtung der Prüffläche mit dem bloßen Auge.
- Direkte Sichtprüfung mit Hilfsmitteln: Verwendung von optischen Hilfsmitteln wie Lupen, Endoskopen und Spiegeln.
- Indirekte Sichtprüfung: Verwendung von Kameras und Videoskopen, bei denen der Strahlengang zwischen Prüffläche und Auge des Betrachters unterbrochen ist.
Die Unterscheidung zwischen direkter und indirekter Sichtprüfung wird in der DIN EN 13018 und ISO 9712 genormt.
Vorteile dieses zerstörungsfreien Prüfverfahrens
- Einfach und kostengünstig: Die Sichtprüfung erfordert keine teuren Geräte und ist leicht durchzuführen.
- Sofortige Ergebnisse: Fehler können sofort erkannt und bewertet werden.
Einschränkungen dieser zerstörungsfreien Prüfmethode
- Begrenzte Tiefenwirkung: Die Sichtprüfung kann nur Oberflächendefekte erkennen.
- Subjektivität: Die Ergebnisse können von der Erfahrung und Aufmerksamkeit des Prüfers abhängen.
- Erkennung kleiner Defekte: Sehr feine Risse oder kleine Defekte können ohne optische Hilfsmittel übersehen werden.
Röntgenprüfung
Die industrielle Röntgenprüfung als zerstörungsfreies Prüfverfahren nutzt Röntgenstrahlen, um das Innere von Materialien und Bauteilen zu untersuchen. Dieses Verfahren ermöglicht eine tiefgehende Analyse der inneren Struktur eines Objekts ohne dessen Zerstörung. Röntgenstrahlen werden von einer Röntgenquelle ausgesendet und durch das zu prüfende Material geleitet. Die Absorption der Strahlen durch das Material erzeugt ein zweidimensionales Schattenbild auf einem Detektor, das von qualifizierten Inspektoren analysiert wird.
Durchführung
Die Röntgenprüfung wird eingesetzt, um voluminöse Fehler im Werkstoff aufzudecken, die Dicke des Materials zu bestimmen und versteckte Inhomogenitäten zu erkennen. Der Prüfprozess umfasst mehrere Schritte:
- Exposition des Prüfobjekts: Das zu prüfende Teil wird der Strahlung ausgesetzt.
- Bildgebung: Das erzeugte Bild wird auf einen digitalen Detektor übertragen. Die Erfassung & Messung der Schwärze dient zur Bestimmung der durchstrahlten Dicke des Materials.
- Analyse der Bilder: Schwankungen der Dichten zeigen sich als Unregelmäßigkeiten oder Fehler im Produkt.
Vorteile dieses zerstörungsfreien Prüfverfahrens
- Hochauflösende Bildgebung: Ermöglicht die Erkennung kleinster Defekte und Materialunregelmäßigkeiten.
- Volumenprüfung: Ideal zur Untersuchung von voluminösen Materialien und Bauteilen.
- Vielseitigkeit: Strahlung ist auf die Materialdichte anpassbar
Einschränkungen dieser zerstörungsfreien Prüfmethode
- Spezialisierte Ausrüstung: Erfordert teure und spezialisierte Geräte sowie Strahlenschutzmaßnahmen.
- Überlagerungen: Bei zweidimensionalen Bildern können Defekte überlagert sein, was die Analyse erschwert.
- Materialabhängigkeit: Die maximale Auflösung und Genauigkeit können durch die Dichte des Materials beeinflusst werden.
Industrielle CT
Die industrielle Computertomographie (CT) ist ein hochmodernes zerstörungsfreies Prüfverfahren, das in vielen Branchen, insbesondere in der Automobilindustrie, Anwendung findet. Mit der Fähigkeit, dreidimensionale Bilder des Inneren eines Objekts zu erstellen, bietet die industrielle CT detaillierte Einblicke in die strukturelle Integrität und Qualität von Bauteilen und Materialien.
Durchführung
Bei der industriellen CT wird ein Objekt von einer Röntgenquelle durchstrahlt, wobei die Abschwächung der Strahlung von einem Detektor erfasst wird. Im Gegensatz zur einfachen Röntgenprüfung, die nur zweidimensionale Bilder liefert, kombiniert die CT-Prüfung Daten aus verschiedenen Strahlrichtungen, um eine hochauflösende 3D-Darstellung des Objekts zu erstellen. Diese dreidimensionalen Bilder ermöglichen eine detaillierte Analyse der inneren Struktur des Materials, wodurch selbst kleinste Defekte sichtbar gemacht werden können.
Vorteile dieses zerstörungsfreien Prüfverfahrens
- Hohe Auflösung: Ermöglicht die Erkennung von kleinsten Defekten und Unregelmäßigkeiten im Material.
- Dreidimensionale Darstellung: Bietet umfassende Einblicke in die innere Struktur von komplexen Bauteilen, die mit zweidimensionalen Methoden nicht möglich sind.
- Leichte Automatisierung möglich: Die industrielle CT ermöglicht eine einfache Integration in automatisierte Prüfprozesse, was die Effizienz und Zuverlässigkeit erhöht.
Einschränkungen dieser zerstörungsfreien Prüfmethode
- Spezialisierte und teure Ausrüstung notwendig: Die erforderliche Ausrüstung für die CT-Prüfung ist kostspielig und erfordert spezialisierte Kenntnisse.
- Beeinflussung der maximalen Auflösung durch die Dichtheit des Materials: Die Materialdichte kann die Auflösung und Genauigkeit der CT-Bilder beeinflussen.
- Strahlenschutz notwendig: Der Einsatz von Röntgenstrahlen erfordert strenge Strahlenschutzmaßnahmen zum Schutz der Bediener und der Umgebung.
CAD-Soll-Ist-Vergleich
Ein CAD-Soll-Ist Vergleich kann beispielsweise notwendig werden, wenn die eine Produktionscharge nach längerer erneut beauftragt Zeit wird. Dabei muss geprüft werden, ob es Abweichungen zwischen der früheren Charge und dem aktuellen CAD gibt. Microvista nutzt hochmoderne Computertomographen, um sicherzustellen, dass die neue Produktionscharge nicht verloren geht; ohne den Einsatz von zerstörungsfreier Prüfung bestünde das Risiko, dass man ungewollte Abweichungen und andere Mängel erst in der Endmontage oder sogar erst bei Testfahrten erkennt. Die gesamte Charge wäre in so einem Fall nicht verwendbar oder müsste frei geprüft werden.
Montage- und Fügekontrolle
Wenn ein Fahrzeug nach seiner Montage nicht funktionstüchtig ist, muss die Ursache schnellstmöglich gefunden werden. Eine Demontage ist jedoch nicht immer zulässig oder zu zeitintensiv. Die industrielle Computertomographie kann das Fahrzeug auf Vollständigkeit oder Bauteile auf den richtigen Sitz und eine korrekte Fügung prüfen. So können gesperrte Chargen schnell und kostengünstig wieder freigegeben werden.
Wirbelstromprüfung
Dieses zerstörungsfreie Prüfverfahren wird zur Untersuchung von elektrisch leitenden Materialien verwendet. Dabei wird ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt, das Wirbelströme im Material hervorruft. Diese Interaktion kann Informationen über das Material geben, insbesondere über Verunreinigungen oder Schädigungen. Das Verfahren wird häufig bei der Untersuchung von Hauptzylindern, Lagerringen und Kolben zur Risserkennung und Härteprüfung eingesetzt.
Durchführung
Die Wirbelstromprüfung umfasst mehrere Schritte:
- Induktion des elektromagnetischen Feldes: Eine Spule erzeugt ein Wechselfeld, das Wirbelströme im Material induziert.
- Messung der Rückwirkung: Die Veränderungen der Wirbelströme durch Defekte oder Materialeigenschaften werden gemessen.
- Analyse der Daten: Die gemessenen Daten werden analysiert, um Informationen über Risse, Verunreinigungen oder Materialeigenschaften zu erhalten.
Vorteile dieses zerstörungsfreien Prüfverfahrens
- Hohe Empfindlichkeit: Die Wirbelstromprüfung ist äußerst empfindlich und kann kleinste Defekte und Unregelmäßigkeiten im Material erkennen.
- Erkennung durch verschiedene Schichten hindurch: Diese Methode ermöglicht die Detektion von Defekten durch verschiedene Schichten hindurch inklusive nicht leitender Beschichtungen
Einschränkungen dieser zerstörungsfreien Prüfmethode
- Anfällig für Änderungen der magnetischen Sättigung: Schwankungen im Magnetfeld können die Genauigkeit der Prüfung beeinträchtigen.
- Nur für leitfähige Materialien: Die Wirbelstromprüfung ist auf elektrisch leitfähige Materialien beschränkt.
- Keine Erkennung von Fehlern parallel zur Oberfläche: Diese Methode ist nicht geeignet, um Defekte zu erkennen, die parallel zur Oberfläche des Materials verlaufen.
- Ungeeignet für große Flächen: Die Wirbelstromprüfung ist weniger effektiv bei der Prüfung großer Flächen, da die Methode punktuelle Messungen bevorzugt.
- Komplexe Signalinterpretation: Die Interpretation der Signale kann komplex sein und erfordert gut ausgebildetes Fachpersonal.
Luftgekoppelter Ultraschall
Im Gegensatz zu herkömmlichen Ultraschallverfahren wird hierbei kein Kontakt zwischen dem Prüfkopf und dem zu prüfenden Material benötigt, da der Schall über eine Luftkoppelung übertragen wird.
Durchführung
Vorteile dieses zerstörungsfreien Prüfverfahrens
- Kein Reinigungsaufwand: Da kein Koppelmittel notwendig ist, entfällt der aufwändige Reinigungsaufwand nach der Prüfung.
- Hohe Empfindlichkeit: Die Methode ist sehr empfindlich und kann kleinste Defekte und Unregelmäßigkeiten im Material erkennen.
- Vielseitige Anwendung: Besonders geeignet für die Prüfung komplexer Bauteile.
Einschränkungen dieser zerstörungsfreien Prüfmethode
- Spezialisierte und teure Ausrüstung notwendig: Die benötigte Ausrüstung ist kostspielig und erfordert spezialisiertes Wissen.
- Hohe Schalldämpfung im Luftspalt
- Beeinflussung der Schallübertragung durch Umgebungsbedingungen: Faktoren wie Luftfeuchtigkeit und Temperatur können die Genauigkeit der Messergebnisse beeinflussen.
Beispiel Kunststoff-Heckklappe
Kunststoff-Heckklappen werden innerhalb des Produktionsprozesses regelmäßig stichprobenartig überprüft. Das Atline-System – ein Qualitätskontrollsystem in der Fertigung, das an einem stationären Standort in der Nähe der Produktionslinie installiert ist — soll dabei Defekte an den Kunststoffverbindungen feststellen.
Für komplexe Bauteile wie Heckklappen, ist das Ultraschall Verfahren mittels Luftkopplung ideal, denn alle Ecken und Kanten können erreicht und korrekt analysiert werden. Dies erfolgt vollautomatisch mithilfe von YouScan (YoUScan! – Zerstörungsfreie Materialprüfung mit luftgekoppeltem Ultraschall). Ein Prozentsatz gibt an, wieviel Fläche der Klebenaht beschädigt bzw. unbeschädigt ist.
Zerstörungsfreie Prüfverfahren im Automobilbereich im großen Vergleich
| Verfahren | Belastung | Interaktionsraum | Typische Anwendungen | Vorteile | Nachteile | Erforderliche Ausrüstung | Empfindlichkeit | Vielseitigkeit | Berührungslos |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Akustische Resonanzanalyse (Klangprüfung) | dynamisch | Volumen | Detektion von Inhomogenitäten und Defekten (Risse, Gefügefehler, Einschlüsse, Abbrüche und Verbindungsgüte) | Prüfung des gesamten Werkstückes möglich, hohe Reproduzierbarkeit, Objektivität, hohe Genauigkeit und Auflösung; geringer Aufwand für schnelle automatische Prüfung. | Schadensart nicht direkt erkennbar; vergleichendes Verfahren; Prüfkörper muss zerstörungsfrei anregbar & frei schwingend gelagert sein; keine zu große Dämpfung im Prüfobjekt nach Anregung; nur für akustisch relevante Defekte | Sensoren (Mikrophon, Beschleunigungssensor, Laservibrometer) | Hoch | Mittel | |
| Dehnungsmessstreifen-Prüfung | dynamisch | Oberfläche | Erfassung von dehnenden und stauchenden Verformungen (z. B. Belastungen in Bremsen, Federungen, Getrieben, Motoren) | Hohe Präzision, detaillierte Analyse | Aufwendige Vorbereitung & empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen | Dehnungsmessstreifen & Messsysteme | Hoch | Mittel | |
| Röntgenprüfung | dynamisch | Volumen | Schweißnahtprüfung (z. B. Blechen, Rohren und Behälter)& Materialuntersuchung ( auf Lunker, Poren, Seigerungen und Risse) | Hohe Auflösung & Tiefenprüfung | Spezialisierte und teure Ausrüstung notwendig, Strahlenschutz notwendig, Überlagerungen von Defekten möglich (2D-Bildgebung), Beeinflussung der maximalen Auflösung durch die Dichtheit des Materials. | Röntgen- oder Gammastrahlenquelle & Detektoren | Hoch | Hoch | Ja |
| Industrielle Computertomografie | dynamisch | Volumen | Defektanalyse (Prüfung auf Poren, Lunker, Einschlüsse, Bearbeitungsflächen, Grat, Kernreste, Späne), Dimensionsmessung (Soll-Ist-Vergleich, Wanddickenmessung, Reverse Engineering, Erstmusterprüfberichte), Montage & Fügung (Inspektion auf Vollständigkeit, richtigen Sitz und von Fügungen) | Hochauflösende 3D-Darstellung, umfassende Analyse auch für komplexe Bauteile & leichte Automatisierung möglich | Spezialisierte und teure Ausrüstung notwendig, Beeinflussung der maximalen Auflösung durch die Dichtheit des Materials, Strahlenschutz notwendig | CT-Scanner mit Röntgenquelle & Detektoren | Sehr hoch | Sehr hoch | Ja |
| Dichtheitsprüfung | statisch | System | Ortung von Leckagen an installierten Systemen oder Komponenten (z. B. Rohrleitungen, Speicher, Kühlanlagen, Vakuumanlagen, Kraftstoff-Behälter, Kraftstofffilter, Bremsleitungen, Einspritzpumpengehäuse) | Hohe Empfindlichkeit & genaue Ergebnisse | Erfordert spezielle Ausrüstung und Bedingungen (z. B. bei Differdruck-Prüfung gibt es eine Volumen- und Temepraturabhängigkeit) | Dichtheitsprüfgeräte | Hoch | Mittel | |
| Eindringprüfung (Farbeindringprüfung & fluoreszierenden Eindringprüfung) | statisch | Oberfläche | Oberflächendefekte | Einfache Anwendung & kostengünstig | Erfordert Vor- & Nachbereitung der Oberfläche | Eindringmittel & Entwickler | Mittel | Niedrig | Ja |
| Thermografie | dynamisch | Oberfläche | Wärmeverlustanalyse & Defekterkennung | Schnelle Ergebnisse | Störanfällig durch Umgebungsbedingungen | Infrarotkameras &Software | Mittel | Hoch | |
| Magnetpulverprüfung | statisch | Oberfläche | Rissprüfung & oberflächennahe Fehlstellen in ferromagnetischen Materialien prüfen | Hohe Empfindlichkeit & kostengünstig | Begrenzte Anwendung auf ferromagnetische Materialien | Magnetpulver& Magnetisierungsquelle | Hoch | Niedrig | |
| Sichtprüfung (Visuelle Inspektion) | statisch | Oberfläche | Oberflächendefekte | Einfache Anwendung, sofortige Ergebnisse & kostengünstig | Fehler unter der Oberfläche lassen sich nicht detektieren, feine Oberflächenrisse nicht erkennbar, Subjektivität | Mit bloßen Auge oder mit optischen Hilfsmitteln (z. B. Lupen, Kameras, Endoskop & Videoskop) | Niedrig | Niedrig | Ja |
| Ultraschallprüfung | dynamisch | Volumen | Materialuntersuchung & Rissprüfung | Hohe Tiefenwirkung & hohe Auflösung | Aufwändige Kalibrierung, teilweise Defektcharakterisierung, Material- & Formabhängigkeit, Koppelmittel notwendig (außer bei Luftultraschall) | Ultraschallgeräte, Sonden & gegebenenfalls Koppelmittel | Hoch | Hoch | Teilweise (nur luftgekoppelter Ultraschall) |
| Vibrationsprüfung/ Schwingungsanalyse | dynamisch | System | Prüfung von rotierenden Teilen auf Defekte wie kaputte Lager oder Unwuchten bei Maschinen oder Anlagen | Hohe Empfindlichkeit & kontinuierliche Überwachung | Softwarekosten & Fachpersonal erforderlich | Vibrationssensoren & Messsysteme | Mittel | Mittel | |
| Wirbelstromprüfung | statisch | Oberfläche | Prüfung metallischer Oberflächen auf Defekte wie Risse oder Ungänzen | Hohe Empfindlichkeit & Erkennung durch verschiedene Schichten hindurch einschließlich nicht leitender Beschichtungen | Anfällig für Änderungen der magnetischen Sättigung, nur für leitfähige Materialien, keine Erkennung von Fehlern parallel zur Oberfläche, ungeeignet für große Flächen & komplexe Signalinterpretation | Wirbelstromgeräte&Sonden | Mittel | Mittel | Ja |
| Laservibrometrie | dynamisch | Oberfläche | Schwingungsanalyse & Strukturtests | Hohe Präzision | Hohe Kosten & empfindlich gegenüber Umgebungsbedingungen | Laser-Doppler-Vibrometer | Hoch | Hoch | Ja |
Fazit
Zerstörungsfreie Prüfverfahren wie beispielsweise industrielle Computertomographie oder die luftgekoppelte Ultraschallprüfung ersetzen aufwendige manuelle Verfahren der Qualitätskontrolle. Die Auswertung zur Qualitätsanalyse der Bauteile kann oft automatisch erfolgen und somit Zeit und Kosten einsparen.
Eine Antwort
Vielen Dank für den schönen Beitrag!