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27.09.2016

Risse in Bauteilen früher erkennen

Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt hat eine Methode entwickelt, die es erlaubt, Bauteile aus metallischen und polymeren Werkstoffen sicherer auszulegen und Schädigungen früher zu entdecken.

Häufig sind an Bauteilen konstruktionsbedingte Kerben vorhanden. Unter Betriebsbelastung können sich an diesen Stellen Risse entwickeln, die zum Ausfall technischer Produkte führen. Die für eine frühzeitige Erkennung von Rissen erforderlichen Materialkennwerte sind aber meist nicht vorhanden.

Bauteile in Schwingung bringen

Die Forscher versetzten dazu Bauteile in Schwingung und filmten es während des Versuches. Nach einer bestimmten Anzahl von Lastwechseln fotografierten sie den augenblicklichen Zustand der Probe mit einer hochauflösenden Kamera unter optimierter Ausleuchtung. Auf diese Weise konnten sie den betroffenen Bereich detailliert überwachen.

Die zahlreichen, aufeinander folgenden Aufnahmen setzten die Wissenschaftler schließlich zu einer Bildreihe zusammen, die den Verlauf der Rissentwicklung film-ähnlich wiedergibt. Den Versuchsaufbau hat das Fraunhofer LBF so gestaltet, dass die Anrissüberwachung vollautomatisch online von statten geht.

Restlebensdauer und Wartungszeitpunkte genauer bestimmen

Neuartig bei Bauteilen aus Kunststoffen ist dabei, dass die Darmstädter Forscher mit Hilfe von Bildverarbeitungsprogrammen die auftretenden Längen der Risse in Bezug zu den auftretenden Schwingspielen setzen konnten. So konnten sie auch ermitteln, wie schnell die Risse wachsen und ab welcher Spannungsintensität das Wachstum des Risses kritisch wird.

In industriellen Anwendungen lassen sich mit derartigen Daten Wartungsintervalle besser steuern und so optimieren, dass nur Wartungsarbeiten nur bei Bedarf durchgeführt werden. Gleichzeitig lässt sich die Restlebensdauer von Bauteilen genauer bestimmen.

Redaktion QZ
qz <AT> hanser.de

Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

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