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Sensoreinrichtung und Verfahren zur Vorhersage des Schädigungszustands von Bauteilen

Erfinder:
Branchen:
Prüftechnik, Materialprüfung
Angebote:
Lizensierung, Verkauf
Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung und Vorhersage eines Schädigungszustandes von im Betrieb befindlichen Bauteilen, vorzugsweise aus Keramik, Metall, Glas oder Faserverbundwerkstoffen, basierend auf einer Fraktoemission basierend auf einer Licht-, Radiowellen- oder Elektronenemission, während der Entstehung und Ausbreitung von Mikrorissen. Der Schädigungszustand wird auf der Basis der Anzahl und der Breite von entstehenden Rissen ermittelt. Die Anzahl und Breite der Risse, wird aus der spektralen Intensität der Impulse der Fraktoemission und ihrer Anzahl bestimmt.

Die Figur zeigt schematisch den Aufbau und die Funktionsweise der Vorrichtung unter Anwendung von Filtern bei einem Multi-Pixel-Photon-Counter-Sensor 1 (MPPC-Sensor) am Beispiel eines Zuckerkristalls 2 zur Aufnahme und Verarbeitung von Lichtimpulsen 3, die bei der Einwirkung einer Kraft F auf den Zuckerkristall 2 und dessen Bruch aus diesem heraustreten, für die spektrale Zerlegung der Lichtemission dargestellt. Als Filter kommt hierbei ein Lichtfilter 4 zur Anwendung. Der MPPC-Sensor 1 besteht aus vier parallel geschalteten Kanälen 5. Jeder Kanal 5 besteht aus 256 Avalanche-Photodioden, auch Pixel genannt, welche unabhängig voneinander arbeiten. Somit wird eine Detektierung mehrerer, gleichzeitig einfallender Photonen möglich. Weiterhin erlaubt die große Arbeitsfläche der Kanäle 5, die beispielsweise Abmessungen von 4 mm x 4 mm aufweisen können, eine Anwendung von Lichtfiltern 4 in Form von Farbfiltern, die nur für Licht mit einer bestimmten Wellenlänge durchlässig sind. Eine spektrale Zerlegung der Lichtimpulse im Nanosekundenbereich wird dadurch ermöglicht.

Vorteile:
  • die Detektierung kann on-line während der Rissentstehung erfolgen,
  • der Schädigungszustand kann genau anhand der Breite und Anzahl der Risse ermittelt werden,
  • obwohl der Deformation-Bruch-Parameter selbst vom untersuchten Material abhängig ist, kann das Verfahren für beliebige Materialien verwendet werden und ist somit nicht materialspezifisch orientiert,
  • eine Vorhersage über den Ausfall des Bauteils, beziehungsweise des Bruches, kann sofort getroffen werden und
  • das Bauteil kann somit während des Betriebs on-line auf Schäden und Alterung überwacht werden.

weitere Informationen

Hintergrund

Während des Betriebs von Maschinen besteht ein großer Bedarf, den Schädigungszustand von Bauteilen festzustellen. Aus diesem Grund müssen die Maschinen außer Betrieb genommen werden, um eine detaillierte zerstörungsfreie Prüfung der Bauteile durchführen zu können. Die Außerbetriebnahmen und die anschließenden Prüfungen sind oft mit einem enormen Aufwand bei der Demontage und Montage von Bauteilen und hohen Kosten verbunden.

Marktpotential

Verwendungsmöglichkeiten für die Sensoreinrichtung und das Verfahren zur Vorhersage eines Schädigungszustands werden insbesondere für folgende Bereiche gesehen:
  • Bauteiluntersuchungen (beispielsweise Fahrzeugbauteile, Flugzeugbauteile, Schiffsbauteile, militärtechnische Geräte, Fahrstühle, Reifen)
  • Untersuchungen an Gebäude und deren Bauteilen (beispielsweise Häuser in von Erdbeben gefährdeten Gebieten, Tunnelbau, Tage- und Untertagebau, Treppen)
  • Untersuchungen an Produkten der Medizintechnik, beispielsweise Prothesen.

Entwicklungsstand

Prototyp

Dateien


Ansprechpartner Schutzrechte

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Dr.-Ing. Monika Mall

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

Zentrale Einrichtungen

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39106

Magdeburg

Tel.:+49 391 6752091

Fax:+49 391 6712111

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