DACH - Jahrestagung 2004 Salzburg

ZfP in Forschung, Entwicklung und Anwendung

Start > Beiträge > Plakate > Schallemissionsprüfung: Print

Rissdedektion mit Schallemission ( AT ) beim isostatischem Pressen von keramischen Katalysatoren .
Crackdedection with Acoustic Emission ( AT ) during isostatic pressure of ceramic Catalysators.


J. Sell-Physical- Acoustics-D TB Süd, A. Brieger, J. Müller-Corning GmbH ,
L. Knieriemen-Loomis Products Kahlefeld GmbH

Kontakt: Dipl.-Ing. (FH) Joachim Sell

Die Anwendung der Schallemissionsprüfung (AT) an keramischen Hochleistungsbauteilen nehmen mit deren Einsatz zu . So werden mit AT, im Industrieeinsatz, keramische Kühlplatten von Hochleistungs-Stromgleichrichtern während der Prüfbelastung auf innere und äußere Rissentstehung geprüft .

Der gesamte Prüfvorgang dauert dabei nur 10 s pro Bauteil. Keramische Trägerplatten, für elektronische Komponenten, werden auf Rissentstehung durch
lokale thermische Belastung geprüft. Die Dedektion von Rissentstehung keramischer Hochtemperatur- Isolatoren ist eine andere Anwendung . Die Belastung geschieht dabei beim Abkühlen oder Verpressen in metallische Endkappen. Hohe Anforderungen werden an Keramiksubstrate für katalytische Kraftfahrzeug
Abgaskonverter gestellt.

Ein Katalysator Substrat besitzt eine harte, sehr dünnwandige, wabenförmige Struktur mit tausenden, parallel angeordeneten röhrenförmigen Kanälen. Wanddicken sind 0,1-0,15 mm . ( Ref. Corning Publication EB98-001 ) Die Wände dieser Kanäle stellen die notwendig große Oberfläche zur Verfügung für die Umwandlung von schädlichen Abgasen in harmlosere Gase und Wasserdampf . Zusätzlich wird die Oberfläche mit einer Alumioxid- und Edelmetall Beschichtung vergrößert . Ein beschichter Katalysator der Größe einer Getränkedose stellt etwa eine wirksamen Fläche eines Fußballfeldes zur Verfügung .

Abgase können extreme Temperaturen ( 1200-1400 °C ) erreichen und große Temperaturschwankungen aufweisen, was zu starken thermischen Beanspruchungen führt .

Tatsächlich erhöht sich die Festigkeit fortschrittlicher Keramiksubstrate mit steigender Temperatur und wird beim Anstieg der Umgebungstempperatur auf 1200°C nahezu verdoppelt. Bei extremen thermischen Labortests überstehen die optimierten Keramiksyteme Vibrationen von 75G bei 1050°C . Diese Bedingungen sind härter als in der Anwendung .

Probleme von möglicher Rissenstehung entstehen jedoch beim sog. Einpacken des Konverters durch Druckbelastung . Dabei wird das Substrat mit einer Lagerungsmatte umwickelt die die thermische Isolierung mit Druckausgleich bildet und gleichzeitig vor mechanischen Erschütterung und Vibration schützt . Diese Bauteile werden in ein Edelstahlgehäuse "eingepackt " und stellen zusammen mit dem Gehäuse das komplette System eines katalytischen Konverters dar.

Um während der Druckbelastung des Substrats die Rissenstehung oder Wanddelamition des keramischen Katalysators dedektieren zu können wird die Schallemissionsprüfung ( AT ) eingesetzt . Dabei wird das nicht beschichte Substrat in eine dickwandige, verschließbare Gummihülle eingepackt und in einen hydro-gefüllten Druckbehälter einer isostatischen Presse gelegt .

Schallemissionssensoren ( PAC-DT-15I mit fres. 150 kHz ) , permanet angekoppelt an der Aussenwand des Druckbehälters, nehmen die Schallemissionsignale während der Druckbelastung auf und leiten die Signale über einen Vorverstärker , per abgeschirmte Messkabel, an das Schallemissionsprüfgerät weiter .

Mit dem Gerät ( PAC - PCI-2 ) wird die , über einem Schwellwert, entstehende Schallemission registriert. Aus den transienten Signalen, im Frequenzbereich 100-400 kHz, werden dabei Merkmale extrahiert die die Intensität der Signale ( z.B. Energie -aJ- , Signaldauer -µs- , Überschwinger i>- Anzahl - , Amplitude -dBAE - ) und die Ankunftszeit - ns- und Häufigkeit - HitAnzahl- darstellen .

Gleichzeitig wird mit dem Schallemissionsprüfgerät der Druck -bar-, als externer Parameter, gemessen . Die Daten der gemessenen Schallemissionsparameter und des dazugehörigen Drucks werden als Schallemissionsdatensatz zusammengefasst und online dargestellt .

Durch geeignete mechanische und elektronische Maßnahmen werden die Störgeräusche der hydraulischen Druckaufbringung weitgehend vermieden und unterdrückt .

Um den momentanen Pressendruck bei Rissentstehung zu registrieren und automatisch abzuschalten wird aus dem Schallemissionsdatensatz, bzw. den konditionierten Riss- Signalmerkmalen, vom Schallemissionsprüfgerät ein Alarmsignal an die Maschine geliefert .

Der erreichte maximale Druck, bis Rissentstehung oder Wand-Delamination, wird als Qualitätsmerkmal des Subtrats verwendet . Die Prüfung wird beim Hersteller der Substrate als statistische Prüfung in der Produktion durchgeführt .


Bild: AT-Schallemissiongerät in Industrieanlage Basis: PCI-2 / PCI PC-Board AEWIN Software mit Echtzeitalarm bei Risskondition Sensoren DT 15I ( fres. 150 kHz )


Bild: Keramisches Katalysator Substrat

Bild:
Einbauschema des Katalysators in Abgasanlage

Bild: Druckbehälter mit AT- Sensor AT-Schallemission Druck (bar) vs. rel.Energie (pVs) vs Zeit , Rissalarm bei 13.1bar, 75 Sec. Druckaufbringung

STARTHerausgeber: DGfZPProgrammierung: NDT.net