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Hannover Messe 2014: Risslumineszenz

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07.04.2014

Diesen Artikel finden Sie in der Ausgabe Hannover Messe 2014 vom Messekurier

Ein neues Verfahren zur Detektion und Überwachung von Ermüdungsrissen

Risslumineszenz ist eine neue Erfindung, mit der Ermüdungsrisse unter laufendem Betrieb ohne weiteres Zutun leicht detektiert werden können, indem sie leuchten. Die Bedeutung liegt in der allgemeinen Problematik ermüdungsbeanspruchter Konstruktionen. Risse begrenzen ihre Lebensdauer. Das betrifft zum Beispiel Verkehrsinfrastrukturbauwerke oder allgemein Tragwerke unter nicht ruhender Beanspruchung, auch Maschinen, Baufahrzeuge, Kräne, Zentrifugen und Schiffe. Bei dem Risslumineszenzverfahren leuchten die Risse unter UVLicht.

Das ist in etwa so, wie in der Disco, wenn das Schwarzlicht jeden Fussel erkennbar macht. Durch den Kontrast werden Details sichtbar, die sehr klein sind und im Tageslicht einem verborgen bleiben. Die Methode ist einfach, schnell und hilft vor allem Risse frühzeitig zu erkennen. Der Trick: Mögliche Schwachstellen, an denen Risse auftreten können, wie zum Beispiel Schweißnähte, werden mit einer dünnen fluoreszierenden Beschichtung eingestrichen und mit einer dünnen Abdeckschicht versehen. Bei intakter Abdeckschicht ist keine Fluoreszenz sichtbar. Beim Reißen des Untergrunds werden beide Beschichtungen mit aufgerissen und die Rissufer der Fluoreszenzschicht liegen frei. In Dunkelheit oder wenn man die Stelle abdunkelt, leuchtet unter Schwarzlichtbestrahlung der Riss. Infolge der natürlichen Lichtstreuung ist die Rissanzeige auch aus größerer Entfernung gut sichtbar. Genau dieses Phänomen reduziert den Inspektionsaufwand und erhöht das POD (probability of detection) des Verfahrens. Das Patent zur Risslumineszenz wurde im Februar dieses Jahres der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung erteilt.

In Kooperation mit einem Industriepartner werden demnächst die Komponenten UV-Quelle, Lumineszenzfarbstoff, Träger- und Abdeckbeschichtung aufeinander abgestimmt. Das Verfahren wird optimiert und kommerziell zugänglich gemacht. Es wird eine genaue Verfahrensanweisung erstellt, um jedem Anwender vergleichbare und reproduzierbare Ergebnisse zu garantieren. Während der Verfahrensentwicklung wurden handelsübliche Materialien eingesetzt. Der Kleber wird seit Jahren zum Anbringen von Dehnungsmessstreifen verwendet. Er dient zur Fluoreszenzbeschichtung und haftet sehr gut auf den zu untersuchenden Oberflächen. Abgedeckt wird die Stelle mit der schwarzen Tinte eines Filzstifts. Als Deckschicht wurde auch Graphitspray mit Erfolg eingesetzt. Dann ist die Abdeckung allerdings berührungsempfindlich. Auch ein Klebeband, das beide Beschichtungen (Indikator- und Abdeckschicht) vereint, ist denkbar. „Wichtig ist der Haftverbund zwischen den beiden Schichten und dem Untergrund.

Die Schichten müssen nicht besonders dick sein, denn die Klebschicht hat keinen Einfluss auf den zu untersuchenden Körper“, sagt Dr. Milad Mehdianpour, der das Verfahren in der BAM entwickelte. Erprobt wurde das Verfahren an Stahl. Laut Dr. Mehdianpour ist es aber auch auf andere Metalle wie z. B. Aluminium übertragbar. Dies ist besonders interessant, da der Werkstoff nicht magnetisierbar ist. An ihm ist die Anwendung eines der gängigsten Rissdetektionsverfahren, nämlich des Magnetpulververfahrens, nicht möglich.

Wie wichtig ein frühzeitiges Erkennen eines Risses ist, weiß Dr. Mehdianpour zu berichten: „Während ein Riss am Anfang ganz klein ist und nur wenig wächst, zum Beispiel einen Millimeter im Jahr, können es zum Lebensdauerende hin mehr als ein Millimeter pro Monat sein.“ Das neue Verfahren diene dazu, die Inspektion etwas zuverlässiger zu machen. Die Erprobung in der Praxis läuft derzeit. Es experimentieren mit der neuen Methode das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und die Universität Stuttgart.

Ende März 2014 begann auch die Leibniz Universität Hannover das Verfahren zur Überwachung von Ermüdungsversuchen im Labor einzusetzen. Sowohl in der BAM als auch in den drei genannten Institutionen wird die Risslumineszenz bei Ermüdungsversuchen in Kombination mit Überwachungskameras eingesetzt, um die Anrisslastwechselzahl zu ermitteln. Denn bei lang dauernden Ermüdungsversuchen läuft die Prüfmaschine in der Regel ununterbrochen und der Anriss kann evtl. in der Nacht oder am Wochenende auftreten. An allen Institutionen wurde das Verfahren bereits mit Erfolg angewandt. Weitere Testanwender sind willkommen, da eine breite Anwendung zur Optimierung der Methode beiträgt. Während die Laboranwendung bereits mehrfach erfolgreich erprobt wurde, steht eine Erprobung an realen Konstruktionen aus. Genau dahin läuft jetzt die Forschung zur Risslumineszenz in der BAM, denn die ökonomischen und sicherheitstechnischen Herausforderungen sind groß.

Dringender Sanierungsbedarf besteht an Deutschlands Brücken. Nach einer Studie des Deutschen Instituts für Urbanistik ist etwa die Hälfte der rund 67.000 in kommunaler Verantwortung befindlichen Brücken marode. Auch bei der Bahn sieht es nicht viel besser aus. Laut Bahnchef Rüdiger Grube sind rund 1400 Brücken sanierungsbedürftig. Brückensperrungen werden nicht mehr ausgeschlossen, sowohl bei der Bahn als auch auf Straßen. Je länger man wartet, desto teurer wird die Wiederherstellung. Wenn die Gelder nicht reichen, heißt es, das vorhandene Geld möglichst sinnvoll auszugeben. Dabei hilft die neue Untersuchungsmethode. Aber nicht nur das, denn schließlich geht es auch um die Sicherheit. Alle sechs Jahre wird eine Brücke in Deutschland einer Hauptprüfung unterzogen. „Wird dabei ein Riss übersehen, hat der Riss sechs Jahre Zeit, weiter zu wachsen“, sagt Dr. Milad Mehdianpour von der BAM.

Zu sehen ist die Risslumineszenz in praktischer Anwendung auf der Hannover Messe vom 7. bis 11. April 2014 am Stand der BAM (Halle 2, A18)

TEXT: BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung

 
 
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