Großflächige Strukturüberwachung mit piezoelektrischen Wandlern

Inhalt:
Mit Hilfe von innovativen Überwachungskonzepten können optimale Betriebszustände in Maschinen eingestellt, Betriebszeiten verlängert, Wartungskosten gesenkt und damit die Wirtschaftlichkeit technischer Anlagen nachhaltig gesteigert werden. Das neue, von Fraunhofer entwickelte Konzept zur periodischen oder kontinuierlichen Überwachung von Bauteilen vor Ort nutzt Ultraschall–Plattenwellen, die sich besonders gut eignen, feine Strukturschäden in Glasoder Kohlefaserkompositen sowie Metallbauteilen zu entdecken. Das Kernstück der neuen Strukturüberwachung an Windkraft–Rotorblättern und Flugzeugkomponenten sind vom Fraunhofer ISC speziell angepasste Piezofaserkomposite. Mit Hilfe der Steuerungselektronik werden die piezoelektrischen Faserbündel in den Wandlern im Ultraschallbereich zu Schwingungen angeregt, die sich wellenförmig in der Bauteiloberfläche ausbreiten. Das dabei entstehende Wellenmuster wird an ein Empfangsgerät übertragen. Risse und Schäden verändern das gleichmäßige Wellenfeld und lassen sich so leicht detektieren. Intelligente Condition Monitoring Systeme (CMS) eignen sich aber nicht nur zur Überwachung von Bauteilen bei niedrigen Einsatztemperaturen. Ein weiteres interessantes Anwendungsgebiet ist die Überprüfung von bis zu 700 °C heißen Rohrleitungen oder Behältnissen, wie sie in der chemischen Industrie und in der Kraftwerkstechnik zum Einsatz kommen. Eigens für diese Anwendung am Fraunhofer ISC entwickelte hochtemperaturtaugliche Ultraschallwandler basieren auf Einkristallmaterialien. Zur Passivierung und auch zur Befestigung der Wandler am Einsatzort werden am ISC entwickelte Spezialglaslote verwendet. Erste Laborversuche zeigen einen klaren Nachweis der Position und der Fehlerart in GFK–Bauteilen und an Dampfleitungen. Aktuelle Entwicklungsarbeiten beinhalten die Optimierung der Wandler, der Auswerteelektronik und die Nachrüstmöglichkeit an bestehenden Anlagen.