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Hartbearbeitung

Barkhausenrauschen liefert Hinweise auf das Entstehen von Schleifbrand

18.05.2009 | Autor / Redakteur: Alexander Beck / Frank Fladerer

Bild 1: Bei allen Hartbearbeitungsverfahren, hier im Bild das Hartwirbeln einer Kugelgewindespindel, besteht die Gefahr von Schleifbrand. Er kann mit Hilfe des sogenannten Barkhauseneffekts zerstörungsfrei geprüft werden.
Bild 1: Bei allen Hartbearbeitungsverfahren, hier im Bild das Hartwirbeln einer Kugelgewindespindel, besteht die Gefahr von Schleifbrand. Er kann mit Hilfe des sogenannten Barkhauseneffekts zerstörungsfrei geprüft werden.

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Bei Hartbearbeitungsprozessen ist stets eine Optimierung der Wirtschaftlichkeit gewünscht. Kritisch wird es, wenn an der Kontaktfläche zwischen Werkzeug und Werkstück so hohe Temperaturen entstehen, dass thermische Gefügeveränderungen in den Werkstücken auftreten. Man spricht hier von Schleifbrand oder Heißbrand. Um diesen Fehler zu vermeiden, kann der sogenannte Barkhauseneffekt genutzt werden.

Prof. Heinrich Barkhausen entdeckte das magnetische Barkhausenrauschen im Jahr 1919. Es begleitet ein physikalisches Phänomen in ferromagnetischen Stoffen. Bei ihnen existieren innerhalb der Kristallstruktur auch ohne Einwirkung eines äußeren Magnetfeldes winzigste magnetisierte Bereiche, sogenannte Weiss-Bezirke oder auch weisssche Bezirke. Die Grenzen zwischen den Bezirken heißen Bloch-Wände. Das Barkhausenrauschen ist ein wahrnehmbares Geräusch, das sich bei der Bewegung der Blochwände ergibt, beispielsweise durch Anlegung eines äußeren Magnetfeldes.

Zerstörungsfreie Prüfung von hochbeanspruchten Teilen

Das Phänomen kann heute unter anderem als zerstörungsfreie Methode zur Charakterisierung einer Reihe von Materialeigenschaften in hochbeanspruchten Bauteilen benutzt werden. In dieser Anwendung hat sich das magnetische Barkhausenrauschen zu einem Werkzeug für die Qualitätskontrolle entwickelt, das unter anderem im Fahrzeug- und Motorenbau, in der Antriebstechnik und Luftfahrtindustrie sowie einer Reihe akademischer Forschungen auf der ganzen Welt benutzt wird.

Ein nützliches Einsatzfeld dieses Phänomens in der betrieblichen Praxis ergibt sich bei Schleifprozessen oder auch dem Hartwirbeln und anderen Hartbearbeitungen (Bild 1). Bei diesen Verfahren tritt die Gefahr von Schleifbrand auf, also einer thermischen Schädigung von gehärteten Stahlteilen während der Schleifbearbeitung. Er führt zu unerwünschten Zugspannungen in der Oberfläche der fertigen Teile und kann später zu Haarrissen und letztlich zum Versagen des Bauteiles führen.

Neue Überwachungsmethode gegen Schleifbrand

Das Vorliegen von Schleifbrand wird manchmal durch Anlassfarben angezeigt, allerdings nicht immer. Um Schleifbrand bei einem besonders sicherheitskritischen Bauteil verhindern zu können, hat die August Steinmeyer GmbH & Co. KG in Zusammenarbeit mit der Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH eine neue Überwachungsmethode entwickelt, die sich den Barkhauseneffekt zu Nutze macht.

Geprüft wird ein Kugelgewindetrieb (Bild 2 – siehe Bildergalerie), der bei der Höhenflossentrimmung eines neuen Mittelstreckenjets verwendet wird, der im Juni 2009 auf der Paris Air Show in Le Bourget erstmals offiziell vorgestellt werden soll. Ein Flugzeug muss in Längsrichtung im Gleichgewicht sein, um stabil fliegen zu können. Das heißt, dass die Summe aller Momente um den Massenschwerpunkt, die durch Gewicht und Luftkräfte entstehen, in jeder Flugphase gleich null sein muss.

Um dies bei wechselnden Fluggeschwindigkeiten und Beladungszuständen zu erreichen, muss die Maschine „ausgetrimmt“ werden. Dazu wird der Einstellwinkel der Höhenflosse so verändert, dass die Maschine auch ohne Auslenkung des Höhenruders die gewünschte Fluglage hält. Genau dabei spielt der Kugelgewindetrieb eine wichtige Rolle.

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