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Qualitätssicherung Forscher „hören“ Risse in hochfesten Drähten

Quelle: Hochschule Wismar 2 min Lesedauer

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Im Rahmen einer Doktorarbeit an der HS Wismar wurde untersucht, wie man Materialrisse bei der Herstellung von Schraubendruckfedern in der Produktion akustisch entdecken kann.

Mathias Lorenz M. Eng. untersucht im Rahmen seiner Doktorarbeit an der HS Wismar, wie man die Rissentstehung an hochfesten Drähten mittels akustischer Methoden während der Herstellung von Federelementen registrieren kann. (Bild: HS Wismar / K. Baldauf)
Mathias Lorenz M. Eng. untersucht im Rahmen seiner Doktorarbeit an der HS Wismar, wie man die Rissentstehung an hochfesten Drähten mittels akustischer Methoden während der Herstellung von Federelementen registrieren kann.
(Bild: HS Wismar / K. Baldauf)

Schraubendruckfedern erfüllen trotz ihrer einfachen Bauweise, anspruchsvolle Aufgaben. Sie speichern etwa mechanische Energie und erzeugen Vorspannkräfte, wie die Forscher der Hochschule Wismar erklären. Ihre hohe Beanspruchung – insbesondere bei Ventilfedern in Motoren – erfordere aber eine besonders hohe Oberflächen- und Werkstoffqualität. Der Bruch einer Feder kann deshalb hohe Folgekosten verursachen, heißt es weiter. Deshalb spielt bei der Herstellung solcher Federn die Rissdetektion eine große Rolle. Doch derzeit mangle es an zerstörungsfreien In-situ-Überwachungssysteme für die Federnproduktion – als an Möglichkeiten, die Qualität während der Produktion zu checken. Verfahren wie die Magnetpulverprüfung erkennen etwa nur äußere Risse, sind zeitaufwendig und erfolgen erst nach kritischen Fertigungsschritten. Und bei Schwingversuchen werden nur ausgewählte Federn geprüft, was die Methode ineffizient und teuer macht. Eine automatisierte und wirtschaftliche Alternative ist bisher nicht verfügbar, doch das könnte sich bald ändern, wenn man quasi genau „zuhört“, wenn Federn gefertigt werden ...

Neue Qualitätsprüfung für heute und für die Zukunft

Gemeint ist die akustische Emissionstechnik. Sie könnte erfolgreich zur Unterscheidung von Mikro- und Makrorissen sowie zur Überwachung von im Schwingversuch ausgewählten (sicherheitsrelevanten) Federn und unter realen Bedingungen an Windemaschinen eingesetzt werden, wie die Forscher aus Wismar glauben. Es zeigte sich etwa bereits, dass Material- und Prozessparameter keinen Einfluss auf die risstypischen akustischen Signale haben, die bei einer Ähnlichkeit von 65 Prozent materialspezifisch gleich blieben. Mikrorisse ab einer Größe von 20 Mikrometern – was ungefähr einem Fünftel der Dicke eines Haares entspricht – wurden dabei schon zuverlässig erkannt, was durch Rasterelektronenmikroskopie bestätigt werden konnte, wie die Experten betonen. Auch könne man mit dieser Technik verschiedene Schädigungsmechanismen wie den wasserstoffinduzierten interkristallinen Spaltbruch und den transkristallinen Wabenbruch im Rahmen von In-situ-Anwendungen unterscheiden. Dieses Ergebnis schätze man besonders, weil man das Ganze sowohl in der industriellen Anwendung in der Federnindustrie als auch bei der zukünftig zu entwickelnden Prüfmethodik für schnelle Versuche zur Verifizierung von Materialien nutzen könne – etwa wenn es um Druckwasserstoff führende Systeme gehe. Das Interesse an so einem Alternativverfahren für die Qualitätsprüfung von Schraubendruckfeder-Materialien sei bereits spürbar.

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