Di.1.A - Mikrowellen / Terahertz / 07.05.2013S. Becker, J. Jonuscheit |
Di.1.A.1
09:00
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EMIR: ein direkt bildgebendes Verfahren der Mikrowellenprüfung
J.H. Hinken, G. Horst, FI Test- und Messtechnik, Magdeburg
Kurzfassung:
Bauteile aus elektrisch nichtleitenden Kunststoff-Verbunden werden in der Industrie zunehmend einge...
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Bauteile aus elektrisch nichtleitenden Kunststoff-Verbunden werden in der Industrie zunehmend eingesetzt. Da es sich häufig um große Flächen handelt, wie bei Rotorblättern für Windkraftanlagen (WKA), Blattfedern für Kraftfahrzeuge und Rohrsystemen für Wasser- und andere Leitungen, ist es hilfreich ein direkt bildgebendes Verfahren zu nutzen, um Prüfzeiten auf ein Minimum zu reduzieren.
Für die Mikrowellenprüfung wird als bildgebendes Prüfverfahren bisher fast nur das C-Scan-Verfahren verwendet. Hierbei wird die zu untersuchende Probe z.B. mäanderförmig abgefahren. Die Probe wird dabei punktuell geprüft, und daraus wird ein flächenhaftes Prüfergebnisse generiert. Der Hauptnachteil dieser Methode ist der große Zeitaufwand, wodurch letztlich hohe Kosten entstehen können.
Hier werden nun die Grundlagen und einige Anwendungen eines direkt bildgebenden Verfahrens der Mikrowellenprüfung vorgestellt, das ursprünglich am französischen Forschungszentrum Onera entwickelt wurde. Dieses Prüfverfahren ist eine Durchstrahlung elektrisch isolierender Bauteile mit Mikrowellen, kombiniert mit einer thermischen Auswertung. Das zu untersuchende Bauteil wird dabei großflächig mit möglichst homogener Amplitudenverteilung mit Mikrowellen bestrahlt. An Inhomogenitäten im Bauteil werden diese unterschiedlich stark gedämpft bzw. reflektiert, und man erhält somit nach der Transmission durch das Bauteil eine Leistungsdichteverteilung entsprechend dem äußeren und inneren Aufbau des Prüfobjektes. Diese lateral ortsabhängige Verteilung der Mikrowellenleistungsdichte fällt auf einen Mikrowellen absorbierenden Film ein und erzeugt dort eine entsprechende laterale Temperaturverteilung. Diese wird nun mit einer Infrarotkamera sichtbar gemacht. Die Wärmeverteilung entspricht dann der äußeren Form und der inneren Beschaffenheit der Probe. Die entstehenden Bilder und Bildsequenzen ähneln Röntgenbildern; die Leistungsdichten liegen jedoch weit unterhalb der Grenzen für Personengefährdung. Prüfzeiten lassen sich so von Stunden auf Minuten verkürzen
Im Beitrag werden labormäßige EMIR-Untersuchungen von Kunststoffplatten mit diversen künstlichen Defekten zur Darstellung der gegenwärtigen Auflösungsgrenze beschrieben sowie auch Untersuchungen von WKA-Rotorblattteilen zum Verlauf von inneren Verklebungen.
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Di.1.A.2
09:20
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Markt, Entwicklung und Stand der Technik der Terahertz-Systeme:
Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft
T. Hochrein, SKZ – Das Kunststoff-Zentrum, Würzburg
Kurzfassung:
Der Ausdruck "Terahertz" ist heute in Fachkreisen und teilweise auch bereits in der zerstörungsfrei...
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Der Ausdruck "Terahertz" ist heute in Fachkreisen und teilweise auch bereits in der zerstörungsfreien Prüfung ein geläufiger Begriff für eine neue und verheißungsvolle Technologie. Tatsächlich erzielte die Terahertz-Messtechnik in den letzten Jahrzehnten erhebliche Fortschritte. Allerdings darf nicht vergessen werden, dass bereits Technologien in früheren Jahren verfügbar waren, welche den Frequenzbereich zwischen den Mikrowellen und infraroten Licht zugänglich machen. Zu dieser Zeit wurden jedoch eher die Synonyme Ferninfrarot oder Sub-Millimeter-Wellen anstelle von Terahertz-Strahlung benutzt. Dennoch ist unabhängig von der verwendeten Begrifflichkeit ein starker Aufwärtstrend in der Entwicklung von derartigen Systemen und deren Märkten zu beobachten. Jedoch steht der Begriff "Terahertz-Technologie" auch häufig schlichtweg für den heute verfügbaren Stand der Technik mit seiner kohärenten Detektionsmöglichkeit durch optische und vollelektronische Systeme oder optischen Systemvarianten auf Basis fotoleitender Dipolantennen.
Es wird ein Überblick über die Entwicklung und das Forschungsaufkommen anhand von Literatur- und Patentrecherchen gegeben. Zudem erfolgt eine Darstellung des Marktes unterschiedlicher Terahertz-Systeme und -Anbieter. Immer mehr Unternehmen werden auf die Potenziale aufmerksam, sodass in den letzten Jahren eine Verlagerung der Entwicklungsaktivitäten vom rein akademischen Bereich auch in den kommerziellen Sektor zu beobachten ist und neue Systemanbieter auf dem Markt erscheinen. Dies wird sicherlich auch zu steigendem Wettbewerb führen, wobei die finalen Anwendungen und Zielmärkte meist noch nicht klar definiert sind. Der entscheidende Hebel für günstigere Systempreise werden jedoch die verkauften Stückzahlen sein, weshalb auszugsweise auf die Kostenstruktur von Terahertz-Systemen eingegangen wird.
Ein wesentlicher Faktor für die Durchsetzungsfähigkeit - vor allem hinsichtlich konkreter Anwendungen - werden mögliche Alleinstellungsmerkmale gegenüber den Wettbewerbstechnologien wie z. B. anderen zerstörungsfreien Prüfverfahren darstellen. An ausgewählten Beispielen aus der Kunststoffindustrie werden denkbare Attribute aufgezeigt.
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Di.1.A.3
09:40
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Mikrowellenscanner für die zerstörungsfreie dielektrische Materialuntersuchung
B. Jungstand, A. Göller, hf sensor, Leipzig
Kurzfassung:
Mikrowellenscanner stellen eine grundsätzlich neue Kategorie bildgebender Systeme zur Ermittlung de...
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Mikrowellenscanner stellen eine grundsätzlich neue Kategorie bildgebender Systeme zur Ermittlung der inneren Struktur von Objekten dar. Bereits existierende bildgebende Verfahren für die zerstörungsfreie Prüfung haben verschiedene Nachteile in Bezug auf Untersuchungen im Probenvolumen. Entweder wirken sie nur an der Oberfläche, oder es gibt Probleme mit der Ankopplung, oder diese Verfahren erfordern besondere Schutzmaßnahmen.
Mikrowellenverfahren zur Strukturuntersuchung nutzen die ortsabhängige Variation der dielektrischen Eigenschaften der Testobjekte aus. Sie weisen die oben genannten Nachteile nicht auf, ermöglichen auch berührungslos eine echte Volumenwechselwirkung und sind so prädestiniert für Strukturuntersuchungen in nichtleitenden Objekten. Da nur sehr geringe Mikrowellenleistungen benötigt werden, arbeiten Mikrowellenscanner völlig gefahrlos und können ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen eingesetzt werden.
Existierten bisher vorrangig punktuell arbeitende Mikrowellensensoren und -messanordnungen, die Informationen maximal von einer Spur im Testobjekt lieferten, so erlaubt die systematische flächenhafte Untersuchung mehrerer Tiefenschichten mit Hilfe von Mikrowellenscannern die Ermittlung räumlicher Verteilungen verschiedener Materialparameter. Dazu gehören Feuchte, Dichte, die Geometrie von Schichtaufbauten, Störungen, Delaminationen, Verunreinigungen, die Anwesenheit von Objekten in geschlossenen nichtmetallischen Umverpackungen oder konstruktive Gegebenheiten.
Der Beitrag führt kurz in die neue Technologie ein und zeigt derzeit technisch mögliche bzw. bereits realisierte Bauformen von Mikrowellenscannern auf. In einem anwendungsbezogenen Teil werden konkrete Einsatzfälle von Mikrowellenscannern vorgestellt. Ein Anwendungsbeispiel ist die zerstörungsfreie Untersuchung von Baukörpern auf Feuchteerscheinungen in mehreren Tiefenschichten mit Hilfe mobiler Mikrowellenscanner. Ein weiterer Anwendungsfall bezieht sich auf stationäre Mikrowellenscanner für die Untersuchung laufender Materialbahnen wie z.B. in der Dämmstoff- oder Holzindustrie. Hier kommen im Sinne einer Zeilenkamera arbeitende Mikrowellenscanner zum Einsatz, die eine hundertprozentige Überwachung auf Störungen, Einschlüsse oder Anomalien im gesamten Volumen des Produkts ermöglichen.
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Di.1.A.4
10:00
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Qualitätssicherung und Untersuchung von Kanal-Schlauchlinern mittels zerstörungsfreier Prüfverfahren
M. Manavipour, Fraunhofer IZFP, Saarbrücken
J.H. Kurz, DB Systemtechnik, Brandenburg-Kirchmöser
C. Boller, C. Sklarczyk, Fraunhofer IZFP, Saarbrücken
Kurzfassung:
Rohrsanierungen und Technologien zur grabenlosen Erneuerung von Abwasserleitungen wurden in den let...
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Rohrsanierungen und Technologien zur grabenlosen Erneuerung von Abwasserleitungen wurden in den letzten 30-40 Jahren stetig zunehmend eingesetzt. Von der Gesamtlänge des öffentlichen Kanalnetzes in Deutschland 2004 waren ca. 20 % kurz- oder mittelfristig und weitere 21 % langfristig sanierungsbedürftig. Zur Sanierung der schadhaften Kanäle werden insbesondere Renovierungsverfahren in geschlossener Bauweise, d.h. ohne Störungen an der Oberfläche, eingesetzt. Mit einem Anteil von 88 % sind Reliningverfahren die am häufigsten angewandten Renovierungsverfahren. Als Marktführer gilt hier das Schlauchlining-Verfahren.
Bei der Qualitätssicherung und Zustandserfassung der Schlauchliner ist nach dem Einbau eine Beschädigung der eingesetzten Materialien zu vermeiden. Die dazu notwendigen Inspektionsverfahren sollten im Vergleich zur manuellen Inspektion schnell und automatisierbar sein. Ein hierfür geeignetes zerstörungsfreies Prüfverfahren (Mikrowellenverfahren) und erste mit diesem Verfahren an Schlauchlinern erzielte Ergebnisse werden vorgestellt.
Um ein räumlich hoch aufgelöstes Bild der Linerproben zu erhalten, wurden Mikrowellen im Frequenzbereich 75 GHz - 100 GH in berührungsloser Weise (Freiraum) im Reflexionsmodus eingesetzt. Hierzu wurde ein vektorieller Netzwerk-Analysator (VNWA) sowie ein Frequenzmoduliertes Dauerstrichradar (FMCW-Radar) verwendet, die eine genaue und breitbandige Messung ermöglichen. Damit konnten künstliche Defekte mit verschiedenen Durchmessern detektiert werden.
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