PlasmUS – Getaktete plasmabasierte berührungslose Ultraschallanregung

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PlasmUS ist das Akronym für »Getaktete plasmabasierte berührungslose Ultraschallanregung«.

Wie kann eine neue Methode zur koppelmittelfreien, kontaktlosen Ultraschallanregung entwickelt werden, die in der Lage ist, Ultraschallwellen mit wohldefinierten Wellenmoden und hoher Richtwirkung auch auf größerem Abstand zum Werkstoff und in schwach leitfähigen Werkstoffen wie Beton zu erzeugen?

Daraus ergibt sich die zentrale Fragestellung des Projekts: Ziel des Vorhabens ist es, ein neuartiges, kontaktloses Ultraschallverfahren zu entwickeln, das mithilfe getakteter Plasmaentladungen auf der Bauteiloberfläche akustische Wellen im Material anregt. Die Methode basiert auf einem innovativen Ansatz, der sich physikalisch an die elektromagnetische Ultraschalltechnik (EMUS) anlehnt, jedoch nicht auf Magnetinduktion, sondern auf impulsartig eingebrachten Blitzentladungen basiert. Dadurch lassen sich auch Materialien prüfen, für die EMUS aufgrund geringer elektrischer Leitfähigkeit (etwa Beton) ungeeignet ist.

Zur gezielten Steuerung von Wellenmodus und Ausbreitungsrichtung wird ein Array aus mehreren synchronisierten Plasmaquellen eingesetzt. Dieses erzeugt konstruktiv interferierende Ultraschallwellen, die softwareseitig in ihrer Richtcharakteristik steuerbar sind. Damit wird ein neuer Weg der zerstörungsfreien Prüfung erschlossen, der insbesondere für große, heiße, beschichtete oder unregelmäßig geformte Prüfobjekte eine Lösung bietet, bei denen klassische Ultraschalltechniken an ihre Grenzen stoßen.

Die technische Umsetzung erfolgt in mehreren Schritten: Zunächst werden die physikalischen Grundlagen der Plasmaanregung und der resultierenden Wellenmoden multiphysikalisch simuliert. Anschließend wird ein experimenteller Laboraufbau realisiert, um die erzeugten Schallfelder zu charakterisieren. Abschließend erfolgt die Erprobung an Probekörpern mit definierten Testfehlern.

Durch das Vorhaben wird eine bislang nicht realisierte Methode zur berührungslosen Ultraschallanregung erforscht, die sowohl hinsichtlich ihrer physikalischen Wirkmechanismen als auch hinsichtlich der technischen Realisierung hohe Innovationshöhe aufweist. Der erfolgreiche Abschluss des Projekts legt den Grundstein für weiterführende Anwendungsentwicklungen – z.  B. für Prüfanlagen in Gießereien, in der Bauwerksüberwachung oder in der Qualitätssicherung thermisch beanspruchter Bauteile.

PlasmUS Eckdaten

Einzelvorhaben
Fördergeber: Fraunhofer-Gesellschaft (interne Programme)
Förderprogramm: DISCOVER | 40-11367
Laufzeit: 08/2025 bis 08/2026
Fördersumme: ca. 150 000 €