Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTSElektromagnetische Prüfsysteme und -verfahren
Kompetenzen
- Hochfrequenz-Wirbelstromtechnik
- Messautomation
- Entwurf und Umsetzung mechanischer Komponenten für Prototypen
- Elektronik- und Softwareentwicklung
- CFK-Werkstoffkompetenz
- Mikromagnetische Diagnoseverfahren (Barkhausenrausch- und Streuflussmessungen)
- Wirbelstromsimulation
Drapierprüfung von Kohlefasergelegen mit Graubild aus den Volumeninformationen des zu prüfenden Materials.
Hochfrequenz-Wirbelstromtechnik
Das Fraunhofer IKTS nutzt die Hochfrequenz-Wirbelstromtechnik und abbildende Impedanzspektroskopie im Frequenzbereich von 100 kHz bis 100 MHz. Damit werden verschiedenste Materialien geprüft, von metallischen Werkstoffen bis zu nicht leitfähigen Werkstoffen wie Keramiken (SiC) und Kunststoffen. So können auch Strukturen von schwach elektrisch leitfähigen Werkstoffklassen, wie Kohlefasern und deren Komposite, sichtbar gemacht werden. An Kohlefasergelegen werden Eigenschaften wie Faserorientierung, Impacts, Brüche, Delaminationen oder Ondulationen detektiert und charakterisiert sowie die Faserbündelverteilung bewertet. Mittels Texturanalyse erfolgt an gekrümmten Oberflächen eine entsprechende Quantifizierung, z. B. Winkel zwischen den Lagen, Gassenbreiten, Verteilungen oder Anomalien.
Freiform-Scaneinrichtung zur Prüfung von umgeformten Materialien.
Messautomation
Auf Basis von Parameterstudien, z. B. an neuen Werkstoffen, können geeignete Kenngrößen ermittelt werden. Das Fraunhofer IKTS nutzt diese Kenngrößen zur Konzeption, Fertigung und Lieferung aller benötigten Komponenten, wie abgesetzte Vorverstärker, Multiplexer und Verdrahtungsträger der Detektoren (-arrays), für eine Automatisierung des Prüfvorgangs. Die Integration der Prüfsysteme erfolgt durch kundenspezifische Zusammenstellung der Peripheriekomponenten.
Das OCD-Gerät des Fraunhofer IKTS als 3D-CAD-Entwurf.
Entwurf und Umsetzung mechanischer Komponenten für Prototypen
Bei der Entwicklung von Sensoren, Geräten und Verfahren werden immer wieder Labordemonstratoren, Prototypen und Pilotanlagen, aber auch ganz spezielle Testkörper aufgebaut. Im 3D-CAD-System entstehen erste Entwürfe, die bis zur Fertigung von kleinen- bis mittelformatigen Werkstücken und Prototypen in den hauseigenen Werkstätten umgesetzt werden.
EddyCus®-Elektronik für Hochfrequenz-Wirbelstromprüfungen.
Elektronik- und Softwareentwicklung
Das Fraunhofer IKTS entwickelt kundenspezifische Lösungen in Form von zertifizierter Labor- und Industriesoftware zur Steuerung der Messdatenakquise sowie zur Auswertung und Verwaltung von Daten. Analog zur Ultraschall-Suite PCUS®pro Lab, können nahezu alle gängigen Schnittstellenspezifikationen, sowie bei Bedarf auch Datenbanken, Benutzerverwaltung und automatisierte Berichte, eingebunden werden.
CFK-Texturanalyse an beliebig geformten Strukturen.
CFK-Werkstoffkompetenz
Nur mit einer hohen Werkstoffkompetenz können erstklassige Produkte hergestellt werden. Das Fraunhofer IKTS verfügt über jahrelanges Verfahrens-Know-how und exzellente CFK-Werkstoffkompetenz entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Mit der EddyCus®-Hochfrequenz-Wirbelstromtechnik zur Carbon-Textil-Prüfung ist das Fraunhofer IKTS Technologieführer und erster Ansprechpartner für Industrie und Forschung bei Fragen rund um das Thema Qualitätssicherung im CFK-Herstellungsprozess.
Analyse der Beschaffenheit von ferromagnetischen Werkstoffen mit Barkhausenrauschen.
Mikromagnetische Diagnoseverfahren (Barkhausenrausch- und Streuflussmessungen)
Mechanische Belastungen, Temperatur- und korrosive Umwelteinflüsse führen bei fast allen Großanlagen mit der Zeit zur Materialermüdung. Werden übermäßige exogene Einflüsse nicht rechtzeitig erkannt, droht Betreibern von ferromagnetischen (Groß-) Anlagen ein Ausfall von Bauteilen oder sogar ein Funktionsversagen der gesamten Anlage. Mikromagnetische Diagnoseverfahren, wie Barkhausenrausch- und Streuflussmessungen, eignen sich hervorragend zur Analyse der Beschaffenheit von ferromagnetischen Werkstoffen. Das Fraunhofer IKTS nutzt das Barkhausenrauschen, um Aussagen zur Materialermüdung, Härte, Härtetiefe sowie zu Spannungen innerhalb aller Gruppen ferromagnetischer Materialien zu treffen. Bei einer Vor-Ort-Inspektion lässt sich schnell und sicher mit Hilfe der ermittelten Messgrößen eine Prognose der verbleibenden Restnutzungsdauer erstellen.
Simulation von Wirbelströmen im CFK-Spalttopf in einer Magnetkupplung.
Wirbelstromsimulation
Das Fraunhofer IKTS gilt als Pionier für den simulationsgestützten Entwicklungsprozess von Wirbelstromsensoren. Diese werden für die Prüfung verschiedener Werkstoffsysteme –von reinen Metallen über Kohlenstofffasertextilien bis hin zu Batteriefolien – eingesetzt. Neben der Auslegung von Sensoren zur Charakterisierung von Materialien hinsichtlich Fehlstellen lassen sich durch Simulation Materialien auch in Bezug auf Wirbelstromverluste optimieren. So können Magnetkupplungspumpen mit Spalttöpfen aus Carbon wesentlich effizienter gestaltet werden, wenn der Lagenaufbau des Kohlenstofffaserverbundes entsprechend angepasst wird.
Zudem werden am Fraunhofer IKTS auch andere moderne Methoden, wie das Erhöhen der Simulationsgeschwindigkeit durch virtuelles Scannen oder die Generierung von Wirbelstrombildern aus Simulationsdaten zum Training neuronaler Netze, erfolgreich angewandt.