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S3 - Gentelligente Bauteilidentifikation und Integritätsbewertung

Informationsspeicherung und Erfassung von Bauteilbelastungen im Randzonengefüge

Die Motivation für das Teilprojekt S3 leitet sich aus aktuellen Problemstellungen in den Bereichen der Bauteilidentifikation und der Integritätsbewertung insbesondere bei hoch belasteten Bauteilen ab. Fehlende Bauteilkennzeichungen können zu Zuordnungsproblemen und Verzögerungen in Betriebsabläufen sowie unvorhergesehenes Bauteilversagen trotz regelmäßiger Wartung zu Ausfällen von Maschinen und Anlagen führen. Hier bieten moderne Verfahren zur inhärenten Markierung und zum schnellen zerstörungsfreien Auslesen der Belastungshistorie eine Perspektive zur sicheren Identifikation und Zustandsbewertung von Bauteilen und damit zur Reduzierung von Ausfallkosten.

Ausgerichtet auf ein breites Anwendungsfeld der Kennzeichnung und Datenspeicherung in Bauteilen aus Stahl- und Leichtmetallwerkstoffen wurde eine Lasertechnik zur lokalen Wärmebehandlung entwickelt, mit der gezielt über Anlassen, Härten und Dispergieren punktuell definiert Gefügezustände in der Bauteilrandzone eingestellt werden können, Bild 1. Mittels hochauflösender Wirbelstrom-Array Technologie, der Harmonischen Analyse von Wirbelstrom Signalen oder der Induktions- Thermografie können diese, durch eine mehrstufige Gefügeänderung eingebrachten, dreidimensionalen Bauteilmarkierungen ausgelesen werden. Mit diesem neuartigen Verfahren markierte Bauteile verfügen über eine gegen äußere Einflüsse robuste Kennzeichnung und einen inhärenten Plagiatsschutz.

Bild 1: Mehrdimensionale Informationsspeicherung

Hinsichtlich der frühzeitigen Erfassung und Bewertung hoher Bauteilbelastungen und Belastungsfälle wurde ein Sensorkonzepten entwickelt, welches deutlich über den Integrationsgrad bekannter Überwachungstechniken hinausgeht. Dieses Konzept basiert auf der globalen Kaltverfestigung metastabiler austenitischer Werkstoffe und der lokalen Wärmebehandlung des gebildeten Martensits zur Einstellung anwendungsfallspezifischer Dehngrenzwerte in begrenzten Werkstoffbereichen. Hierdurch kann eine hohe Beanspruchung frühzeitig erkannt, inhärent gespeichert und ein Bauteilversagen infolge Überbeanspruchung vermieden werden. Zur Erfassung und Bewertung der vom Bauteil unter mehrachsiger Belastung in Abhängigkeit der Beanspruchung und Lastwechselzahl ertragenen Belastungshistorie wurde eine Wirbelstrom-Sensorarray und Analysetechnik zur Bewertung richtungsempfindlicher Dehngrenzwertsensoren entwickelt (Bild 2).

Bild 2: Lokale richtungsempfindliche Dehngrenzwertsensoren zur Belastungserfassung

Entsprechend der Ausrichtung des SFB 653 in der 3. Antragsphase ist die Qualifizierung der entwickelten Techniken zur bauteilinhärenten Informationsspeicherung, Belastungssensorik und Analysetechnik zur Erfassung und Charakterisierung der lokalen Randzoneninformation sowie deren Integration in gentelligenten Bauteilen von Demonstratorsystemen beabsichtigt.