Energie / Anlagen

Windkraft als wesentliches Element einer klimagerechten Energieversorgung

Energie / Anlagen

Herstellende und verarbeitende Industrien bilden die klassischen Säulen einer Industrienation. Beide Bereiche erfordern erhebliche Mengen an Energie und somit neben Einrichtungen zur Energieerzeugung auch solche für den Energietransport über kleinere und größere Strecken, sowie zur Energiespeicherung.

Zentrale Leistungen des Geschäftsfelds »Energie / Anlagen« im Bereich Kernenergie (Neubau, Rückbau, Zwischenlagerung, Endlagerung) betreffen die Erfassung von Materialalterungen (Versprödung, thermische Ermüdung) und Fehlerprüfungen mittels magnetischer Verfahren und geführter Wellen. Das Geschäftsfeld umfasst darüber hinaus auch Projekte in den Bereichen konventioneller Kraftwerke, erneuerbarer Energien und Energie(träger)verteilung als auch Arbeiten im Bereich von Fertigungs- und Produktionsanlagen.

Hinsichtlich erneuerbarer Energien (Wind, Wasser, Solar, Geothermie) ergeben sich Anforderungen an die ZfP im Rahmen von Herstellung, Errichtung, Betrieb und Wartung der Anlagen. Besondere Relevanz hat die Windenergie hinsichtlich der Prüfung der Türme (Schrauben, Hybridmaterialien), des Antriebsstrangs (Lunker/Dross in Großguss, Rht von Lagerringen) sowie der Rotorblätter. Weitere Themen sind das Remote Condition Monitoring im Offshore-Bereich. Die Auftraggeber sind Zulieferfirmen, die Betreiber sowie Versicherer der Anlagen.


Bzgl. der Energie(träger)verteilung ergeben sich Aufgaben hinsichtlich der Trassen, Masten und Pipelines aufgrund von Alterungseffekten (Korrosion, Risse, Lockerung) bzw. zwecks Korrosions- und Alterungsschutz. Ebenso sind Schweißnähte zu prüfen. Hierbei kommen nahezu alle ZfP-Verfahren zum Einsatz, schwerpunktmäßig jedoch Ultraschall, Magnetik und Streufluss.

Das Geschäftsfeld »Energie / Anlagen« bündelt die FuE-Aktivitäten des Fraunhofer IZFP in diesen Themenfeldern.

Kontakt

energy[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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3D-SmartInspect: Intelligente Prüfüberwachung und -dokumentation durch optisches Trackingsystem für Ultraschall- und Wirbelstromprüfung

Mit 3D-SmartInspect in die digitale ZfP-Welt: Augmented Reality-System zur manuellen Prüfung von Bauteilen oder großen Oberflächen
© Fraunhofer IZFP / Uwe Bellhäuser
Mit 3D-SmartInspect in die digitale ZfP-Welt: Augmented Reality-System zur manuellen Prüfung von Bauteilen oder großen Oberflächen

Bei der im großen Umfang verwendeten Handprüfung hängt die Qualität der Prüfung stark vom Personal und den Umgebungsbedingungen ab; dieser Umstand betrifft die Prüfung kleiner Komponenten in der Produktion genauso wie die Instandhaltungsprüfungen großer industrieller Strukturen. Die korrekte Interpretation der Messwerte und die vollständige Erfassung des Prüfbereichs verlangen ein großes Maß an persönlicher Expertise. Zudem ergeben sich hinsichtlich Dokumentation für die ­Unternehmen erhebliche Herausforderungen. In vielen Fällen werden Prüfprotokolle handschriftlich erstellt und erkannte Auffälligkeiten auf den Bauteilen selbst markiert. Ein digitaler Zusammenhang zwischen dem Prüfobjekt und der Dokumentation wird dabei nicht hergestellt. Wenn Prüfungen ­mehrere Stunden oder Tage in Anspruch nehmen, können Fehler und eine lückenhafte Dokumen­tation kaum ausgeschlossen werden, mit allen negativen Konsequenzen für Folgeprozesse.

Zur Lösung dieser Thematik hat das Fraunhofer IZFP das optische Tracking-System »3D-SmartInspect« entwickelt, ein Assistenzsystem für Handprüfungen auf Grundlage kognitiver Signalauswertung.

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Großgusskomponenten effektiv und umweltschonend hergestellt

© Axel Hindemith / Wikimedia Commons

Um auf dem internationalen Markt für eisenverarbeitende Anwendungen mithalten zu können, ist eine leistungsfähige und ressourcenschonende Herstellung von Großgusskomponenten zunehmend unabdingbar. Insbesondere bei der Herstellung von Gussbauteilen aus dem Bereich der regenerativen Energien wie Windenergieanlagen (WEA) führen mit Dross* verunreinigte Großgussbauteile aus Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) zu hohem finanziellem, personellem und auch energetischem Mehraufwand: Oftmals müssen diese Bauteile in manueller und sehr zeitaufwändiger Handarbeit bearbeitet bzw. nachgebessert werden.

Herstellern von Gusskomponenten (z. B. für WEA, Schiffsmotoren, etc.) ist die bis dato nicht gelöste Drossproblematik nur zu gut bekannt: Das Forschungsvorhaben mit Beteiligung von namhaften Industriepartnern eröffnet zum ersten Mal die Möglichkeit, Großgussbauteile mit Dross-Fehlstellen in großem Umfang gezielt zu untersuchen und Wege zu erarbeiten, Bauteile mit Dross für den Einsatz nutzbar zu machen, zusätzliche Nacharbeiten gering zu halten und insbesondere das Verschrotten der fehlerhaften Komponenten zu vermeiden – ein großer wirtschaftlicher und ressourcenschonender Benefit für Hersteller und Anwender.

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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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