Die Lebensdauer von Flugzeugturbinen-Komponenten kann verlängert werden, indem zusätzliche Druckspannungen in die Materialoberfläche eingebracht werden. Typische Flugzeugturbinen-Legierungen wie NickelbasisSuperlegierungen werden hierzu mittels Kugelstrahlen oberflächenbehandelt. Durch die zusätzlichen Druckeigenspannungen wird der Rissbildung in den Bauteilen vorgebeugt, womit die Lebensdauer der Komponenten verlängert werden kann. Da durch die hohen thermischen und mechanischen Belastungen während dem Turbinenbetrieb die Druckspannungen relaxieren können, müssen regelmäßig zerstörungsfreie, quantitative Untersuchungen der Spannungsgradienten in der Materialoberfläche durchgeführt werden. In dieser Veröffentlichung werden Arbeiten präsentiert, bei denen solche VerfestigungsTiefenprofile mit hochpräzisen Wirbelstrommessungen im hochfrequenten Bereich bis 100MHz durchgeführt wurden. Entsprechende Testkörper aus IN178 wurden in unterschiedlichen Intensitäten kugelgestrahlt und konnten mittels Wirbelstrommessungen gut voneinander separiert werden. Indem Messfrequenzen zwischen 100kHz und 100MHz hintereinander durchgeschaltet werden, kann ein Tiefenprofil der elektrischen Leitfähigkeit in Tiefen von 50 bis 500?m erreicht werden. Das ermittelte Leitfähigkeitsprofil ist ein gemischtes Signal bestehend aus Informationen von den Eigenspannungen, der Kaltverfestigung, der Oberflächenrauhigkeit und dem Gefüge des Materials. Zusätzlich werden in dieser Veröffentlichung erste Ergebnisse von Spannungsprofilen präsentiert, die mit einem industriell applizierbaren NDE-Gerät ermittelt worden sind.

Der Begriff Ultraschall-Mikroskopie war ursprünglich einer im Gigahertzbereich arbeitenden Überlagerungstechnik vorbehalten. Heute wird darunter, vor allem in der Mikroelektronik und der Aufbau- und Verbindungstechnik auch eine zeitaufgelöste Technik mit Signalfrequenzen bis einige hundert Megahertz verstanden. Hierfür werden üblicherweise fokussierte Wandler benutzt und mehrere Scans für unterschiedliche Tiefenbereiche durchgeführt. Der Beitrag erläutert verschiedene Signalverarbeitungstechniken, mit deren Hilfe Störechos effektiv unterdrückt werden können. Gleichzeitig wird durch die Verrechnung von mehreren Einzelschüssen die Tiefenauflösung wesentlich verbessert und die Notwendigkeit mehrerer Scans für eine Volumenabbildung eliminiert. Die Methode ist in der Lage, sonst schwer zu ortende (auch schräg liegende) Bohrungen und Risse deutlich abzubilden.

Die Detektion von oberflächennahen und verborgenen Strukturen im Submikrometerbereich bekommt zunehmende Bedeutung insbesondere in der Mikroelektronik sowie der Aufbau- und Verbindungstechnik. Etablierte Methoden mit hoher Ortsauflösung wirken jedoch oft zerstörend. Die akustisch angeregte Rasterkraftmikroskopie (Atomic Force Acoustic Microscopy, AFAM) nutzt die elastische Wechselwirkung einer Sensorspitze mit der Probe. Damit ist sie in der Lage Informationen über effektive elastische Eigenschaften aus Bereichen unterhalb der Oberfläche zu liefern. Betrachtungen auf Basis idealisierter Kontaktmodelle zeigen für den Fall homogener Proben Eindringtiefen bis zum Dreifachen des Kontaktradius. Die Leistungsfähigkeit von AFAM zur Abbildung von Sub-Surface-Eigenschaften ist mangels geeigneter Testobjekte schwer zu verifizieren. Ideale Testobjekte besitzen keine Oberflächentopographie und verborgene Strukturen, die sich nicht auf der Oberfläche abzeichnen. Der Beitrag stellt verschiedene miniaturisierte Teststrukturen für AFAM und ihre Auswirkung auf qualitative AFAM-Abbildungen vor. Anhand dieser Teststrukturen konnte nachgewiesen werden, dass situationsabhängig die Eindringtiefe das Dreifache des Kontaktradius auch deutlich übersteigen kann.

Kohlefasermaterialien und deren Komposite gewinnen in verschiedensten Anwendungsbereichen zunehmend an Bedeutung. Im Unterschied zu metallischen Werkstoffen befindet sich die Erprobung technologischer Verfahrensparameter sowie eine entsprechend zertifizierte Qualitätssicherung für mehrlagige Gelege noch im Entwicklungsstadium. Für die Inlineinspektion sowie die manuelle Kontrolle von unlaminiertem Rohgelege existiert noch keine adäquate Prüflösung. Bleiben Fehler im Ausgangsmaterial unentdeckt, kann dies zu weitreichenden Konsequenzen wie frühzeitige Materialermüdung in der Materialpaarung führen. Häufig werden solche Fehler erst nach der Fertigstellung komplexer CFK-Baugruppen bemerkt, so dass die oft sehr aufwändig produzierten Teile verworfen werden müssen. Basierend auf dem am IZFP entwickelten Multifrequenzwirbelstrommesssystem konnte nun die Mehrzahl von auftretenden Fehlern, die während der Produktion des Rohgeleges entstehen, sichtbar gemacht werden. Dazu zählen Gassen, fehlende Faserbündel, Aufschiebungen, Ausfransungen, fehlende Nähfäden, Winkelabweichungen sowie Faserknäule. Durch eine angepasste Sensorgestaltung sowie einer intelligenten Bildvorverarbeitung können die komplexen Wirbelstromimpedanzen und deren Fehlersignale den verschiedenen Lagen zugeordnet werden. In der Arbeit konnten Fehler in bis zu 5 lagigen Gelegen gefunden und separiert werden. Die Scanauflösung sowie die Messfrequenz sind frei skalierbar. Entsprechende Parametersätze zur optimalen Fehlerklassifikation sind vorhanden. Kleinste zu detektierende Fehler befinden sich im Bereich weniger Millimeter. Ein Prototyp als Einzelsensorkonzept sowie die erweiterte Ausbaustufe eines Mehrsensorzeilensystems wurde erfolgreich umgesetzt, womit die Voraussetzung für industrielle Anwendungen geschaffen wurde.

Für den Aufbau von Phased-Array-Ultraschallprüfköpfen werden piezoelektrische 1-3-Kompositmaterialien eingesetzt. Diese bestehen aus PZTKeramikstäbchen, die in eine Polymermatrix eingebettet sind. Eine Methode zur Herstellung dieser Materialien ist das Dice-and-Fill-Verfahren, das besonders gut für Sensormaterialien geeignet ist, die auf spezielle Anwendungen angepasst werden sollen. Mit einer Diamantsäge wird dabei eine bereits gepolte Platte aus piezoelektrischer Keramik in zwei Richtungen eingesägt. Die so erhaltenen Stäbchen weisen im Allgemeinen ein Verhältnis zwischen Kantenlänge und Höhe von rund 1:10 auf, wodurch diese mechanisch instabil sind und leicht brechen. Dabei hat die Mikrostruktur der PZT-Keramiken entscheidenden Einfluss auf das Ergebnis der mechanischen Strukturierung. Die Mikrostruktur von vier Ausgangsmaterialien verschiedener Hersteller wurde untersucht und mit den Ergebnissen des Sägeschrittes bei der Herstellung verglichen.

Am Fraunhofer Institut für zerstörungsfreie Prüfverfahren Dresden (IzfP-D) werden Condition Monitoring Systeme (CMS) für die Zustandsüberwachung entwickelt. Ein solches System soll durch permanente Überwachung eines Prüflings (Windkraftrotor, Flugzeugbauteile, Rohrleitungen) während seines dauerhaften Einsatzes eine hohe Verfügbarkeit des Prüfobjektes sichern. Damit kann ein Schadensfall (Rissentstehung, -ausbreitung, Delamination) frühzeitig detektiert werden. Die frühzeitige Einleitung von Reparaturmaßnahmen ermöglicht die Erhöhung der Lebensdauer der gesamten Anlage. ServiceStandzeiten können reduziert werden. Derzeit erfolgt der Gesamtermüdungstest eines 40 m langen Rotorblattes. Dieses ist einer statischen Vorlast ausgesetzt und wird um die Ruhelage in 2.000.000 Zyklen ausgelenkt. Für die begleitende Zustandsüberwachung des Rotorblattes werden verschiedene akustische Verfahren genutzt: 1. NF-Verfahren: Blatteigenschwingungen werden kontinuierlich mit optischen Faser-Bragg-Gittern und piezoelektrischen Faserwandlern an über 60 Blattpositionen überwacht. 2. HF-Verfahren: Für die Überwachung von Steg- und Kantenverklebungen werden geführte elastische Wellen im Frequenzbereich von 20kHz bis 100kHz genutzt. Diese Wellen werden gezielt durch Piezostacks und Piezofaserwandler in das Prüfobjekt eingebracht. Der Vergleich der Messsignale zwischen ungeschädigtem und geschädigtem Zustand gibt Hinweis auf Art und Umfang der Schädigung. Neben dem gezielten Einbringen von geführten Wellen wird der Zustand des Rotorblattes auch über Schallemissionsmessungen ermittelt. Die Lokalisierung der Schallereignisse gibt Hinweise auf Schädigungsorte und damit besonders belastete Stellen. Der Beitrag beschreibt einführend die HF-Verfahren und die eingesetzte Messtechnik. Die Durchführung und die bisherigen Ergebnisse des Gesamtermüdungstests sind Hauptinhalt des Beitrages. Abschließend sind Stand der Versuche und Entwicklungstendenzen dargestellt.

Die Entwicklung und Weiterentwicklung von zerstörungsfreien Prüfverfahren erfordert eine gute Kenntnis der zugrundeliegenden Wechselwirkung. Für Ultraschallverfahren ist die Visualisierung der Wellenausbreitung mittels Simulation mittlerweile weit verbreitet. Ergänzend dazu ist die direkte Beobachtung des Wellenfeldes auf der Oberfläche besonders in den Fällen wichtig, bei denen die Simulation wegen fehlender bzw. ungenauer Eingangsparameter unzuverlässige Aussagen liefert. Dies ist beispielsweise für kompliziert aufgebaute faserverstärkte Kunststoffe der Fall. Die Vermessung von Wellenfeldern ist mit einem ScanningLaservibrometer berührungslos und rückwirkungsfrei möglich. Dies wurde mehrfach für verschiedene Anwendungen demonstriert. Üblicherweise wird mit einem Vibrometer nur eine Richtungskomponente des Verschiebungsvektors erfasst. Für die Abbildung aller drei Vektorkomponenten wird im niederfrequenten Bereich die gleichzeitige Messung mit drei Vibrometern kommerziell angeboten. Der Beitrag stellt ein Verfahren vor, bei dem sequenziell mit nur einem Vibrometer gemessen wird. An einer Reihe von Beispielen u. a. aus dem Bereich geführter Plattenwellen für Anwendungen des Structural Health Monitorings (SHM) wird die Leistungsfähigkeit dieser Technik demonstriert.