DGZfP-JAHRESTAGUNG 2003

ZfP in Anwendung, Entwicklung und Forschung

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"KFZ-Teile sicher prüfen"

Dipl.Ing. Reinbert Rosenberg, GE Panametrics, Robert-Bosch-Str. 20a, D65719 Hofheim, Tel. ++49 6122 809-0; Fax ++49 6122 8147, gepanametrics-germany@ ps.ge.com, www.panametrics-ndt.com ((Für Rückfragen der Redaktion und mit der Bitte um Beleg))
Reinhold Kuchenmeister, Marketing-Beratung Kuchenmeister GmbH, Postfach 1119, D 97200 Höchberg, Tel. 0931 - 40670-0; Fax 4067019, kuchenmeister@mbkgmbh.de
Kontakt: Rosenberg Reinbert Dipl.-Ing.

Steigende Anforderungen an die Fahrzeugzuverlässigkeit und -sicherheit einerseits, immer komplexere (und leichtere) Teile andererseits, erfordern absolut zuverlässige Materialprüfungen für Kfz-Teile. Das in der Automobilindustrie in ganz besonderer Weise ausgeprägte Kostenbewußtsein verlangt eine hohe Wirtschaftlichkeit bei der Vorbereitung und Durchführung der Messungen. Hinzukommt die lückenlos vorzunehmende Dokumentation der Messergebnisse.

Die meisten Prüfaufgaben für Kfz-Teile sind idealerweise ein Fall für die Messung per Ultraschall. Warum? Weil zerstörungsfrei gemessen wird, weil die Messung sehr schnell vorzunehmen ist und die Ultraschalltechnik für sehr viele Messaufgaben ideale Messgeräte und Prüfkopfkombinationen bereithält.

Die Messgeräte samt Basisdaten

Der digitale Ultraschall-Präzisionsdickenmesser 25DL PLUS ist ein sehr leistungsfähiger Dickenmesser, der so einzigartige technische Merkmale wie die integrierte PC-SCOPE-Funktion besitzt und dem Prüfer die Kontrolle des A-Bildes in einfacher Weise ermöglicht. Der "Allround-Präzisionsdickenmesser" misst Metalle, Kunststoffe, Gummi, Glas, Keramik, Guss oder auch Faser-Verbundwerkstoffe. Die reproduzierbare und genaue Messung erfolgt zerstörungsfrei von einer Seite aus. Bei einer einstellbaren Auflösung der Anzeige von bis zu 0,001 mm erstreckt sich der Messbereich von 0,08 bis 508 mm in Stahl und 0,08 mm bis 50 mm in Kunststoff.

Zur Messplatzbeschreibung stehen im umfassenden Datenspeicher je Ort 16 Zeichen zur Verfügung. Außerdem sind zu jeder Position mehrere Kommentare möglich. Statistische Zusammenfassung, Min-/Max-Werte und Dateien sind auf dem Bildschirm darstellbar. Selbst der Vergleich neuer Messdaten zu alten (gespeicherten) Daten ist auf dem Gerätebildschirm möglich.

Der Bediener kann einen optischen und akustischen Standard Hoch-/Tiefalarm programmieren und einen Alarm für eine konkrete absolute oder prozentuale Abweichung zum gewünschten Sollwert vorgeben.

25MULTI PLUS ist der einzige Dickenmesser speziell für mehrlagige Teile wie mehrschichtige Materialien (Multilayer). Das Gerät bietet die Möglichkeit, wahlweise die Dicke von 1 bis 4 oder die Dicke von 1 bis 3 Lagen und die Gesamtdicke frei wählbarer Lagen gleichzeitig zu berechnen und anzuzeigen. Im Summen-Modus zeigt es die gesamte Dicke der ausgewählten Schichten an. Für jede Lage kann die Schallgeschwindigkeit individuell justiert werden. Zusätzlich verfügt dieser besondere Dickenmesser über den Barrier Layer Mode, den Modus zum Messen der Dicke von (Gas-)Sperrschichten zwischen 2 Kunststoffschichten wie sie z.B. in Kraftstofftanks oder Bremsflüssigkeitsbehältern in Form einer speziellen Folie gegeben ist. Diese Schichten sind zu dünn um mit konventionellen Ultraschallgeräten erfasst werden zu können, da Eingangs- und Ausgangsecho der Schicht zu dicht beieinander liegen und schlecht oder gar nicht separiert werden können. 25MULTI PLUS ist an Metallen, Kunststoffen und vielen anderen Materialien einsetzbar. Die große A-Bildanzeige, ermöglicht die Beobachtung des Impulsbildes und bietet damit zusätzliche Messsicherheit. Der Messbereich beträgt 0,100 bis 508,00mm und im Sperrschicht-Modus 0,1 - 0,5 mm bei einer Anzeigeauflösung von bis zu 0,001mm. Bis zu 35 eigene Justierungen, 25 voreingestellte Basisjustierungen für die meisten der einzusetzenden Messköpfe sind speicherbar und lassen die schnelle Bearbeitung unterschiedlicher Messaufgaben zu.

Der Datenspeicher für maximal bis zu 54000 Messwerte oder 5100 A-Bilder und die RS 253 - Schnittstelle erleichtern Wiederholungsmessungen und die Dokumentation, zumal z.B. Zusammenfassungen mit statistischen Daten, Min-/Max-Zuordnungen und der Vergleich einer aktuellen mit einer vorab gespeicherten Datei angezeigt werden können.

Der digitale Schallgeschwindigkeits- und Dickenmesser 25HPV ist speziell für Messaufgaben an Gussteilen entwickelt. Mit 25HPV ist es möglich zu unterscheiden, ob im Werkstoff Kugelgrafit oder Lammellengrafit vorliegt. Das Gerät ist auch in anderen Metallen, Kunststoffen, Verbundwerkstoffen und Gummi einsetzbar. In der Werkstofftechnik dient 25HPV zur Messung der Schallgeschwindigkeit z.B. neuer Werkstoffe. Drei Messmodi lassen in Verbindung mit der Vielfalt der einsetzbaren Messköpfe die Lösung so unterschiedlicher Messaufgaben zu. Der Dickenmessbereich erstreckt sich von 1,25 bis 635 mm in Stahl und 0,8 mm bis 50 mm in Kunststoff bei einer Auflösung 0,001 mm/ms im Schallgeschwindigkeitsmodus und 0,01mm/ms im Wanddickenmodus. Hoch-/Tiefalarm für Messung der Schallgeschwindigkeit oder der Dicke gehören zur Standardausstattung.

EPOCH 4 ist ein Hightech Ultraschall-Prüfgerät zur Schweißnaht- und Haftungsprüfung, sowie zur Wanddicken- und Korrosionsüberwachung, Riss- und Porositätsprüfung. Durch die große Bandbreite lassen sich höherfrequente Messköpfe nutzen, um auch an dünnen Bauteilen zu messen.

EPOCH 4 arbeitet mit einem Breitbandsender, kann jedoch auch als Rechtecksender eingesetzt werden. Damit ist das Gerät auch für die in besonderen Fällen im "Rechteck-Modus" vorgeschriebenen Prüfungen z.B. im Bereich hochsicherheitsrelevanter Untersuchungen in der Luftfahrttechnik zugelassen. Bei einer ganzen Reihe kfz-technischer Anwendungen erzielt der Rechtecksender eine deutliche Verbesserung des Signal-/Rauschabstands von ca. 9dB.

Einstellbare Frequenzfilter optimieren den Signal-/Rauschabstand. Der Sendeimpuls kann wahlweise als Impulsspitze oder Rechteck zur Erfüllung besonderer Prüfvorschriften bzw. zur weiteren Verbesserung des Signal-/Rauschabstands erfolgen. Die Impulsfolgefrequenz 60 bis 360 Hz einstellbar; optional 30 Hz zur Anpassung an Messaufgaben mit langen Schallwegen oder 1 kHz zum Einsatz bei schnellen Prüfungen in automatischen Systemen. Epoch 4 besitzt einen auf die doppelte Kapazität erweiterbaren Speicher für 360A-Bilder einschließlich Justierdaten oder 12000 Dickenmessungen. Die Messorte können mit einem 8-stelligen und einem 16-stelligen Namen gekennzeichnet werden.

Im Impulsspeicherbetrieb zeichnet das Gerät während der Prüfung an schwer zugänglichen Stellen das A-Bild auf. Ein robustes, spritzwassergeschütztes Gehäuse und 8-stündige Batteriebetriebsdauer machen unabhängig von Wetter und Stromanschluss.

Messbeispiele

Punktschweiß-Prüfung
Durch elektronische Widerstandsschweißung werden 2 oder mehrere Bleche durch den Schweißpunkt miteinander verbunden. Der Durchmesser der Schweißelektroden bestimmt dabei den Durchmesser der Schweißpunkte.

Zur Prüfung von Punktschweißungen sind mehrere Verfahren möglich:

a) 4-Punkt-Widerstandsmessung
Diese Messung erfordert viel Erfahrung und ist nicht bei allen Werkstoffen möglich.

b)Scherzugversuch
Dabei handelt es sich um eine zerstörende Prüfung. Der zu prüfende Gegenstand wird zu (teurem) Schrott!

c)Ultraschallprüfung
Dieses Prüfverfahren ist zerstörungsfrei und leicht zu erlernen. Es erlaubt eine einfache Klassierung mit vom Werkstoff weitgehend unabhängigem Prüfbefund

Eine wirtschaftliche Lösung dieser Messaufgabe bietet die Ultraschall-Prüfung mit dem Prüfgerät EPOCH

Der Messvorgang:
Im zu kontrollierenden Schweißpunkt bildet sich ein - je nach Güte der Schweißung - mehr oder minder homogenes Schmelzgefüge aus. Zur Prüfung wird der Schweißpunkt im Impuls-/Echo-Verfahren von einer Seite aus durchschallt. Der Prüfkopfdurchmesser richtet sich bei dieser Messaufgabe nach dem Durchmesser des Schweißpunktes. Das Ultraschall-Echo, genauer der Abstand der Echos informiert über die Güte des Schweißpunktes. Eine enge Echofolge zeigt keine oder schlechte Material-Verbindung an, die weite Echofolge informiert über die gute Schweißung. Keine Schweißung liegt vor bei kurzem Abstand des Echos und langer Echofolge. Langer Abstand des Echos und lange Echofolge signalisiert Pappschweißung. Ein zu kleiner Schweißlinsendurchmesser zeigt sich durch langen Abstand der Echos mit kleinen Zwischenechos. - Also: keine Hexerei die Ultraschall-Prüfung!

Blechdickenmessung an Radien und Sicken auch zur Vermeidung von Dünnzug

Blechdickenmessung im Wareneingang z.B. zur Kontrolle gelieferter Coils und zur Überwachung der Blechumformung zur Vermeidung von Dünnzug.

Überprüfen der Sollwanddicke an Ansaugkrümmern

Wie die oben genannte Prüfung ist diese Messaufgabe mit dem universell einsetzbaren Dickenmesser 25DL zuverlässig vorzunehmen. Besonders nützlich bei dieser Anwendung ist die im Gerät integrierte Alarmfunktion, die bei Unter-/Überschreiten frei definierter Grenzwerte den Prüfer unmissverständlich auf diesen Fehler hinweist.

Dickenmessung an Felgen

Sollwanddickenmessung ist per Ultraschall auch an für mechanische Messsysteme unzugänglichen Stellen möglich! Die Dokumentation der Messwerte dieser Sicherheitsteile erfolgt selbstverständlich im PC. Die schnelle Messung mit 25 DL bzw. 25DL PLUS (mit A-Bild) in Kombination mit einem 2.25 MHz bis 15 MHz Vorlaufstreckenprüfkopf erlaubt es bei gleichen Kosten die Zahl der Messpunkte zu erhöhen.

Prüfung von Gussteilen auf Kugel-/Lamellengrafit

Durch Messung der Schallgeschwindigkeit an Grauguss mittels Modell 25 HPV lässt sich die Ausbildung von Kugel- oder Lamellengrafit erkennen.

Kontrolle des Kernversatzes an der Gussform

Der beim Gießen von Bauteilen entstehende Kernversatz ist zu überprüfen, um die Teile- Maßhaltigkeit zu sichern. Eine Gewichtsprüfung lässt diesbezüglich keine Aussage zu, denn was nutzt das exakte Teilegewicht, wenn die Wanddicken nicht in der geforderten Form verteilt sind. Gewissheit verschafft die "normale" Ultraschall- Präzisionswanddickenmessung mit 25 DL bzw. 25 DL PLUS (mit A-Bild) mit 10 MHz bis 20 MHz Vorlaufstreckenprüfkopf.

Überprüfen von Gussteilen auf Lunkerbildung

Gussteile mit Lunkereinschlüssen können nicht die geforderten Materialeigenschaften besitzen. Um z.B. die Teile-Stabilität garantieren zu können, müssen die Werkstücke lunkerfrei sein. Zerstörungsfrei und zuverlässig ist die Lunkersuche mit dem Prüfgerät EPOCH 4.

Dickenmessung an Düsen-Einspritzstock für Dieselmotoren

Einspritzdüsen für Dieselmotoren sind hochpräzise zu fertigen. Vergleichsweise geringe Wanddicken haben enormen Druckbelastungen standzuhalten. Die Langlochbohrung im Einspritzstock muss exakt und absolut zentriert im Material verlaufen. Die Bohrungen mit ca. 1 mm Durchmesser können z.B. durch thermische und mechanische Einwirkungen auch bei diesem Fertigungsvorgang minimale Abweichungen vom Sollverlauf haben und damit zu unzulässig dünnen Wanddicken führen. Die Prüfung der Wanddicke ist mit 25DL bzw. 25 DL PLUS einfach möglich.

Messung der Schraubenlängung/Dehnung

Die Längendehnung belasteter Schrauben ist wichtiges Maß für deren Reißfestigkeit. Die Reißfestigkeit zu kennen ist z.B. für den Motorenbau von Bedeutung. Die Längendehnung misst 25DL bzw. 25 DL PLUS mit einem 10 MHz bis 20 MHz Vorlaufstreckenprüfkopf.

Messung der Längenänderung von Schrauben beim Vorspannen

Zylinderkopfschrauben erfahren durch das Anziehen eine Längenänderung von z.B. 1/10 mm. Erst diese Längenänderung sagt, inwieweit die Schraube in der erforderlichen Weise angezogen ist, denn der an Drehmomentschlüsseln angezeigte Wert ist auch von der Gewindereibung abhängig. Erst die Ultraschallmessung sagt, wie die Schrauben tatsächlich fixiert sind. (Beim Bau z.B. des ARIANE- Raketentriebwerks werden die Messdaten jedes einzelnen Bolzens nach dessen Verschraubung ermittelt und protokolliert).

Prüfung der Elektronenstrahl- oder Laserschweißung von Getrieberädern

Geschweißte Zahnräder und andere Getriebebauteile sind auf Risse und Qualität der Schweißung zu prüfen. Prüfgeräte dafür sind Epoch 4 oder das Prüfgerät Modell 9100. Letzteres ist aufgrund der sehr hohen Messgeschwindigkeit ideal für den Einsatz im Serienfertigungsprozess.

Messung der Einhärtetiefe

Alle gehärteten Wellen wie Kurbel-, Getriebe- und Antriebswellen müssen in ihrer Oberflächenvergütung genau definierten Qualitäten entsprechen. Zur Prüfung der Qualität ist die Tiefe der Einhärtung zu überwachen. Messwerkzeug dafür sind hochfrequente Ultraschall- Materialprüfgeräte wie Modell 5800.

Füllstandsmessung an Getrieben

Ziel ist die schnelle Ölstandstandsmessung von außen, ohne den Messstab ziehen und ablesen zu müssen. Helfer dabei ist der Präzisionswanddickenmesser 25DL PLUS (mit A-Bild) und 1 MHz- Prüfkopf.

Prüfung von Sicherheitsglas (Verbund aus Glas und Kunststofffolie)

Messung der Wanddicke mittels Ultraschall-Präzisionsdickenmesser 25DL und Prüfen des Vorhandenseins der Sicherheits-Folie oder des mehrlagigen Aufbaus z.B. einer Frontscheibe mit 25 MULTI PLUS und einem 2.25 MHz bis 15 MHz Vorlaufstreckenprüfkopf.

Restwanddickenmessung an Air-Bag Aufreißnaht

Die Aufreißnaht muss bei genau definierter Aufprallenergie- und Zeit den Airbag vollständig freigeben. Dazu ist es zwingend erforderlich, die Wanddicke der Aufreißnaht von ca. 0,3 mm einzuhalten. Durch diese Aufreißnaht kann eine "Sensorscheibe" des magnetisch- induktiven MAGNA MIKE 8500 rollen und die Wanddicke der Naht exakt messen.

Dickenmessung an Multilayer-Kraftstofftanks

Die Ultraschallmessung der Wanddicke sagt aus, ob alle Schichten miteinander verbunden sind und damit die Dampfdiffusion sicher verhindert ist und ob die Sollwandstärken eingehalten sind.

Zur Lösung dieser Aufgaben werden z.B. die Messsysteme 25 DL bzw. 25 DL PLUS (ein Gerät mit A-Bildanzeige) mit 10 MHz bis 20 MHz Vorlaufstreckenprüfkopf eingesetzt. Als ausgesprochener Multilayer-Spezialist bietet sich für die Tankmessungen auch das 25 MULTI PLUS an.

Typische Wanddickenmessaufgaben an Kunststoffteilen

  • Dickenmessung an Cockpitverkleidungen
  • Überprüfung der Sollwanddicke an Scheibenwaschbehältern, Tanks aus Kunststoffspritzgussteilen
  • Überprüfung von Karosserie- und Verkleidungsteilen

Dickenmessung der Reifenwände/-decken

Die Messung der Reifen-Wanddicke bis zum Stahlgürtel an jeder Stelle eines Reifens ist mittels Ultraschall keine Problem. Eine der Messmöglichkeiten bietet Modell 25DL.

Dickenmessung an Faltenbälgen

Auch wo es eng zugeht, mit dem "SonoPen" lässt sich die Wanddicke z.B. auch an Faltenbälgen schnell und vor allem zerstörungsfrei ermitteln.

Dickenmessung der Lackschicht auf Kunststoffteilen

Gerade bei Großserien macht es sich auf der Kosten- und Gewichtsseite bemerkbar, wenn Stoßfänger und sonstige Karosserie- und Anbauteile aus Kunststoff mit zu dicken Lackschichten versehen werden. Die Lackdicke ab 0,025mm lässt sich mit Ultraschallfrequenzen von ca. 100 MHz messen. Das richtige Prüfgerät dazu: Modell 5900.

Dickenmessung an Brems-Bauteilen

Die Sollwandstärke von Metall-Bremsleitungen kann mit 25DL bzw. 25 DL PLUS mit einem 10 MHz bis 20 MHz Vorlaufstreckenprüfkopf ermittelt werden. Die Restwanddickenmessung von Bremsscheiben auf deren zulässige Wanddicke ist mittels Ultraschall sogar bei montierten Reifen machbar. Ideal dafür der Korrosionsdickenmesser 36DL PLUS.

Damit Bremsflüssigkeitsbehälter aus Kunststoff an den Radien keine unerwünschten Dünnstellen ausweisen, misst 25 MULTI PLUS die kritischen Stellen genau.

Fazit:

Für die anspruchsvolle Prüfung von Kfz-Teilen stehen aufgabenspezifisch angepasste, aber auch universell einsetzbare und wirtschaftliche, genau messende Systeme zur Verfügung, die auch hinsichtlich der Dokumentationsfähigkeit so gut wie keine Wünsche offen lassen.

STARTHerausgeber: DGfZPProgrammierung: NDT.net