Automotive

Ausschnitt einer 3D-Illustration der Struktur eines zukünftigen Stadtautos; Darstellung im fahrenden Betrieb

Automotive

Eine wesentliche Aufgabe des Geschäftsfelds »Automotive« besteht darin, die Automobilhersteller und im besonderen Maße die Zulieferindustrie darin zu unterstützen, neue Materialien und Produkte schnell und zuverlässig mit zerstörungsfreien Methoden zu prüfen und zu charakterisieren. Die frühe Einbindung von ZfP-gerechtem Design in den Entwicklungsprozess bietet durch adäquate Prüfvorbereitung hohes Potential zur Kosteneinsparung bei gleichzeitiger Verbesserung der Produktqualität. Inhaltliche Fragestellungen sind dabei u. a. die Prüfung und Prozessüberwachung von Härte bzw. mechanisch-technologischen Eigenschaften, die Fehlerprüfung an ultrahochfesten Umformstählen oder die ZfP für Fügetechniken von Metallen und Kunststoffen sowie hybriden Werkstoffen.

Auch für spätere Phasen des Produktlebenszyklus, wie Reparatur- oder Schadensfall, besteht vor allem bei Materialien, die in Fahrzeugen neu Einzug finden, ein hoher Bedarf an Lösungen zur Prüfung und Beurteilung von Bauteilen und Strukturen.

Die Vielfalt der Materialien und Werkstoffe im Automobil nimmt zu. Spezifische Werkstoffeigenschaften können aber nur dann optimal genutzt werden, wenn geeignete Verbindungstechniken verfügbar sind, also Klebeverfahren, thermische Verfahren wie Reibrührschweißen, Laserschweißen und Laserlöten oder mechanische Verfahren wie Falzen, Clinchen und Durchsetzfügen. Das Fraunhofer IZFP entwickelt für alle diese Verfahren Prüflösungen zur zuverlässigen zerstörungsfreien Absicherung der Qualität der Verbindungen.

 

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automotive[at]izfp.fraunhofer.de

Ultraschallsensoren nach Maß

Luftultraschallarray-Sensor
© Fraunhofer IZFP

Luftultraschallarray-Sensor

Das Fraunhofer IZFP in Saarbrücken entwickelt und fertigt Ultraschallsensoren für vielseitige Einsatzbereiche. Unter anderem entwickelte das Institut Ultraschallsensoren für die Rosetta-Mission, die am 2. März 2004 startete und im November 2014 auf der Kometenoberfläche landete.

Typischerweise entwickeln wir jedoch Ultraschallsensoren für die Material- und ­Bauteilprüfung sowie für das Condition Monitoring innerhalb des gesamten Produktlebenszyklus, angefangen vom Rohstoff bis hin zum Recycling. 

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AcoustiX: Akustisches Sensorsystem zur Montageendkontrolle oder Betriebsüberwachung mittels kognitiver Signalanalyse

AcoustiX – Akustisches Sensorsystem am Beispiel eines Schneidwerkes für Mähdrescher
© Fraunhofer IZFP / Uwe Bellhäuser

AcoustiX – Akustisches Sensorsystem am Beispiel eines Schneidwerkes für Mähdrescher

Maschinen oder Anlagen erzeugen im Betrieb charakteristische Schwingungen und damit Geräusche. Diese geben Auskunft über die Qualität, da Montagefehler oder sonstige Defekte oftmals eine Veränderung der Betriebsgeräusche verursachen.

Auf dem Markt verfügbare akustische Prüfsysteme hingegen ermöglichen die objektive Erkennung auffällig schwingender oder klingender Erzeugnisse, benötigen allerdings oftmals eine aufwendige explizite Kalibrierung an repräsentativen Bauteilen. Darüber hinaus wird das Geräusch- oder Schwingungsverhalten in der Regel auf wenige akustische Kenngrößen wie Frequenzen oder Amplituden reduziert. Bereits geringe konstruktive Anpassungen erfordern eine erneute Kalibrierung, da ansonsten die Verlässlichkeit der Prüfung negativ beeinflusst werden kann.

Zur Lösung dieser Problematik hat das Fraunhofer IZFP »AcoustiX« entwickelt – ein akustisches Sensorsystem mit kognitiver Signalauswertung.

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Sensorsystem zum Nachweis von Rissen und Einschnürungen in Umformblechen

Prüfung von Tailored Blanks mit EMUS-Sensor des Fraunhofer IZFP
© Fraunhofer IZFP

Prüfung von Tailored Blanks mit EMUS-Sensor des Fraunhofer IZFP

In Unternehmen aus dem Bereich Blechumformung, insbesondere in der Automobilindustrie als größtem Hersteller und Abnehmer von umgeformten Blechteilen, werden zunehmend höhere Ansprüche an Bauteile und Prozesse gestellt. Aufgrund von Leichtbaukonzepten werden viele Umformprozesse zunehmend an ihre Grenzen geführt. Wegen steigender Verarbeitungskomplexität, hohen Umformgraden bei immer kleineren Blechdicken, Chargenschwankungen der Werkstoffe sowie Unsicherheiten im System Werkzeug/Maschine ist es unvermeidbar, dass diese Prozessgrenzen auch sporadisch überschritten werden.

Als Folge derartiger Einflussfaktoren sind umformbedingte, schwer identifizierbare Bauteilfehler nicht auszuschließen. Dazu gehören aufgerissene Bereiche (Risse) im Blech, aber auch lokale Ausdünnungen (Einschnürungen) der Blechdicke. Während klaffende Risse ab einer bestimmten Größe mit optischen Verfahren zuverlässig erkannt werden, fehlte bisher ein Verfahren, mit dem geschlossene bzw. kleine Risse und insbesondere Einschnürungen prozesssicher nachgewiesen werden können.

In einer vergleichenden Studie wurde gezeigt, dass sich die sogenannte EMUS-Prüftechnik (elektromagnetisch erzeugter Ultraschall) am besten für den fertigungsintegrierten Nachweis von Rissen und Einschnürungen in Blechbauteilen eignet. Ultraschallprüfköpfe auf Basis von EMUS können trocken,  d. h. koppelmittelfrei und im Allgemeinen auch berührungslos eingesetzt werden.

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WeldInspector: Ultraschallprüfung an Schweißnähten von Getriebe-Abtriebswellen

© Fraunhofer IZFP / Uwe Bellhäuser

WeldInspector

Die am Fraunhofer IZFP entwickelte Ultraschallmessanlage »WeldInspector« bietet einzigartige Optionen zur Unterstützung und Optimierung der Produktionsabläufe von Getriebe-Abtriebswellen. Die für das Werk Saarbrücken der ZF Friedrichshafen AG entwickelte Anlage vermisst die gesamte Schweißnahtgeometrie der Abtriebswellen innerhalb weniger Minuten mittels Hochfrequenz-Ultraschall zu 100 Prozent. Hierdurch entfällt die in verschiedenen Stadien des Produktionsprozesses bislang notwendige zerstörende metallographische Untersuchung von Bauteilen. Neben der Materialersparnis schlagen auch erhebliche zeitliche Einsparungen zu Buche.

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3MA: Zerstörungsfreie Prüfung pressgehärteter Karosserieteile

© Fraunhofer IZFP

Nutzung von Korrelationen zwischen magnetischen und mechanischen Eigenschaften

Zerstörungsfreie Bestimmung von Härte, Kenngrößen des Zugversuchs (Rm, Rp0.2, A50), Beschichtungsdicke

Prüfergebnis für alle Zielgrößen in 6 Sekunden

Deutlich reduzierter Prüfaufwand im Vergleich zu zerstörender Prüfung

Reduktion der Prüfkosten um bis zu 80 Prozent

Validiert

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Luftultraschall: Berührungsloses Prüfen von hybriden Werkstoffen

© Fraunhofer IZFP / Uwe Bellhäuser

Robotergestützte Luftultraschallprüfung moderner Materialien

Das Fraunhofer IZFP ist ein deutschlandweit führendes Applikations- und Entwicklungszentrum für Luftultraschallprüftechnik, ein ZfP-Verfahren, welches einen berührungslosen »Blick« ins Werkstoffinnere ohne Werkstoffkontamination erlaubt und gleichzeitig ein sehr gutes Fehlerauflösungsvermögen bietet. Unsere Industriekunden profitieren somit von einer sehr guten Automatisierbarkeit dieser Prüftechnik sowie einer kostengünstigen Prüfdurchführung, da die Prüflinge nicht gereinigt bzw. getrocknet werden müssen.

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Hochfrequenz-Ultraschall­prüfung: Optimierung der Qualität der Laserschweißnaht am Beispiel pressgehärteter Stähle

© Fraunhofer IZFP

3D-Profil einer Laserschweißnaht

Integration der HF-Ultraschallprüfung zur schnellen, effizienten Überwachung, Dokumentation und Optimierung der Laserschweißnahtqualität

Validierung des Verfahrens zur Bestimmung aller relevanten Qualitätsmerkmale (Schweißnahtverlauf, Fehlstellenexistenz etc.)

Detektion typischer Fehlerarten beim Laserstrahlschweißen, z. B. »falsche Freunde«, »starker Nahteinfall«, »Durchschüsse« sowie Poren mit minimalem Durchmesser von ca. 0,2 mm

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Clinchen: Off- und Online Bestimmung der Bodendicke im Clinchpunkt

© Fraunhofer IZFP

Prototyp zur Offline-Bestimmung der Bodendicke im Clinchpunkt

Qualitätsüberwachung der Clinchpunkte mittels Wirbelstrom-Mehrfrequenzverfahren

Kombination mehrerer Wirbelstromfrequenzen

Unterscheidung von Störgrößen wie Sensorabhebung von der Oberfläche, Leitfähigkeits- und Permeabilitätsänderungen

Kalibrierung notwendig

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Zerstörungsfreie Prüfung an induktiv gehärteten Bauteilen

© Fraunhofer IZFP

Kurbelwellenprüfung mit SHD-Sensor

Langjährige Erfahrung mit kundenspezifischer Hard- und Software

Optimierte Ultraschallelektronik (Eigenentwicklungen)

Automatisierte Systeme und Handprüfgeräte verfügbar

Keine Kalibrierung an Testkörpern notwendig

Objektive, nutzerunabhängige Messmethode

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Ventilfedern: Zerstörungsfreie Prüfung von Härte- und Eigenspannungs-Tiefenprofilen mit 3MA

© Fraunhofer IZFP / Uwe Bellhäuser

3MA-Ventilfederscanner

Gleichzeitige Bestimmung von mehreren relevanten Qualitätsmerkmalen des Werkstoffs (Härte, Eigenspannungen etc.)

Keine Zerstörung des Prüfteils

Integration in vollautomatisierte Prüfsysteme

Kalibrierung notwendig

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EMUS: Fehlerinspektion mit elektromagnetischem Ultraschall in der Kalt- und Warmblechumformung (Karosseriebauteile)

Detektion einer Einschnürung

Berührungslose, koppelmittelfreie Ultraschallprüfung

Echtzeitfähig und automatisierbar (in die Produktion integrierbar)

Industriell erprobt – lange Standzeiten ohne erkennbaren Verschleiß

Kalt- und Warmblechumformung, z. B. Karosseriebauteile

 

Induktionsthermographie: Automatisierte, robotergestützte Prüfung ferromagnetischer Bauteile auf Oberflächenrisse

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Oberflächenrissprüfung ohne Oberflächenbehandlung

Auch für Bauteile komplexerer Geometrie geeignet

Objektive und zuverlässige Prüfergebnisse

Bestimmung der Fehlergröße (Risslänge, Risstiefe)

Transformation der Prüfergebnisse (nachgewiesene Fehlstellen) auf die reale Geometrie

Quantitative Fehlergrößenbestimmung

Geeignet für vollautomatische Prüfanlagen zur Hundertprozent-Prüfung von Bauteilen in der industriellen Fertigungslinie