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Hartbearbeitung

Barkhausenrauschen liefert Hinweise auf das Entstehen von Schleifbrand

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Der Kugelgewindetrieb ist für sicheren Betrieb über 60000 Flugzyklen ausgelegt. Seine wesentlichen Teile bestehen aus Cronidur30-Stahl, einem hochkorrosionsbeständigen Stahl, der speziell für Luft- und Raumfahrtanwendungen entwickelt wurde. Hergestellt wird das Gewinde mittels Schleifen.

Luftfahrtindustrie fordert neues Prüfverfahren auf Schleifbrand

Um den hohen Sicherheitsanforderungen zu genügen, wurde ein in der Luftfahrtindustrie neuartiges Verfahren zur Prüfung der Bauteile auf Schleifbrand eingesetzt. Schleifbrand könnte bei einem so hoch belasteten Bauteil eine Gefahr darstellen.

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Das System besteht im Wesentlichen aus einem Messgerät, dem Barkhausenrauschensensor (Bild 3) und einer Software für die Datenerfassung und -auswertung. Bei der Prüfung des Teils mittels des Barkhauseneffekts wird von einem an der Oberfläche anliegenden Sensor ein Wechselmagnetfeld in den Prüfling geschickt. Das vom Sensor wieder aufgenommene Rauschen, das durch die Ummagnetisierung des Stahls entsteht, ist ein Maß für die im Material herrschenden Spannungen.

Richtig kalibrierter Sensor scannt zuverlässig auf Schleifbrand ab

Zur richtigen Interpretation der Messung muss jeder Sensor für jede Werkstückabmessung zuerst einmal kalibriert werden. Diese Kalibrierung mittels Röntgendiffraktion ist recht aufwändig, jedoch steht danach ein schnelles und zuverlässiges Verfahren zur Verfügung, das das Abscannen der gesamten Werkstückoberfläche ermöglicht.

Das Barkhausenrauschen tritt in einem Spektrum auf, das bei der Magnetisierungsfrequenz anfängt und bei den meisten Materialien über 2 MHz ansteigt. Es wird exponentiell gedämpft als eine Funktion des Abstands, um welchen es sich im Material bewegt hat. Dies wird vor allem durch die Wirbelstromdämpfung verursacht, die durch die sich vermehrenden elektromagnetischen Felder entsteht, die durch die Domänenwände erzeugt werden.

Messtiefen zwischen 0,01 und 1,5 mm sind möglich

Die Messtiefen für praktische Anwendungen befinden sich zwischen 0,01 und 1,5 mm. Das Barkhausensignal reagiert auf Eigenspannungen, Härte und Mikrostruktur. Bei Schleifbrand treten Änderungen bei einer oder mehreren dieser Eigenschaften auf und liefern damit ein Indiz für einen Schleifbrand. Mittels eines Diagramms (Bild 4) kann der Wert bestimmt werden, ab dem man mit schädlichen Spannungen rechnen muss.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten für die Schleifbrandprüfung mittels Barkhauseneffekt sind beispielsweise Großzahnräder aus Schiffs- und Turbomaschinen, Windkraftgetriebe sowie Eigenspannungsmessung an Großkurbelwellen, Aluminiumteilen und Schweißkonstruktionen.

Alexander Beck ist Geschäftsführer der August Steinmeyer GmbH & Co. KG in 72458 Albstadt.

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