Fraunhofer Innovationscluster Automotive Quality Saar (AQS)

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1 Zerstörungsfreie Prüfverfahren Anwendungen in der Produktion von Werkstoffen und Komponenten der Autombobilindustrie Dr., Dipl.-Ing. mit Beiträgen von Dr. Wolter, Dr. Maisl, Dr. Schneider, Dr. Netzelmann, Dr. Kloster Fraunhofer Innovationscluster Automotive Quality Saar (AQS) Entwicklungszentrum Qualitätssicherung Automobil-Werkstoffe und Verarbeitungsprozesse für die Automobilzulieferindustrie

2 (AQS) Fraunhofer Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren Fraunhofer Automotive Quality Saar Aufgaben- und Kompetenzfelder Anwendungen zur Qualitätssicherung Automobilindustrie Die Fraunhofer-Gesellschaft für angewandte Forschung Itzehoe Rostock Lübeck 56 Institute Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter 40 verschiedene Standorte in Deutschland Bremen Berlin Hannover Potsdam Teltow Braunschweig Nuthetal Magdeburg Paderborn Oberhausen Cottbus Dortmund Halle Leipzig Schmallenberg Schkopau Duisburg Dresden Sankt Augustin Aachen Ilmenau Jena Euskirchen Chemnitz Darmstadt Würzburg Kaiserslautern Erlangen Wertheim St. Ingbert Saarbrücken Nürnberg Pfinztal Karlsruhe Freiburg Stuttgart München Freising Efringen- Kirchen Holzkirchen

3 Fraunhofer Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP) IZFP Saarbrücken Das Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren Hauptsitz Saarbrücken Außenstellen Dresden, Grenoble, Dubna, Minsk Personal insgesamt 185 Angestellte plus ca. 90 Gastwissenschaftler und studentische Hilfskräfte 2/3 der Angestellten sind Wissenschaftler, Ingenieure, Techniker Saarbrücken Grenoble Dresden Minsk Dubna 22 Millionen Euro Umsatz 15,5 Mio Projektumsatz davon 12,5 Mio Industrieanteil

4 Fraunhofer Automotive Quality Saar (AQS) (AQS) Fraunhofer Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren Fraunhofer Automotive Quality Saar Aufgaben- und Kompetenzfelder Anwendungen zur Qualitätssicherung Automobilindustrie

5 Kompetenzen / Anwendungen am AQS Antriebsstrang, Fahrwerk, Lenkung Karosserie: Struktur, Außenteile Motor u. Aggregate Arbeits- und Kompetenzfelder am Fraunhofer AQS Werkstoff Qualität Konstruktion Fertigung Qualität verstehen, beherrschen und verbessern Werkstoffauswahl Werkstoff- Herstellung Fertigungs- / Verarbeitungs- Prozess Nutzung / Gebrauch Reparatur, Wiedereinsatz, Recycling vom Werkstoff bis zur Baugruppe im Einsatz

6 Arbeits- und Kompetenzfelder am Fraunhofer AQS Werkstoff Qualität Qualitätsicherung Konstruktion Fertigung Akkreditiertes Labor nach internationalen Richtlinien des Qualitätswesens und der Automobilwirtschaft (DIN EN ISO /IEC 17025, VDA 6.1 / ISO etc.) DAP-PL Kompetenzen Zerstörungsfreie Prüfung / Qualitätssicherung (IZFP) Geprüfte Qualität, sichere technische Prozesse, innovative Prüfsysteme Werkstoff Prozess Bauteil - Gefüge & Eigenschaften - Ungänzen & Fehler - Eigenspannungen - Beschichtungen - Überwachung - Dokumentation / SPC - Regelung - Online-Kontrolle - Prüfzertifikat, 100% Prüfung - Gesicherte Qualität mit ZfP - Ermüdung, Alterung - Korrosion

7 (AQS) Fraunhofer Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren Fraunhofer Automotive Quality Saar Aufgaben- und Kompetenzfelder Anwendungen zur Qualitätssicherung Automobilindustrie Zerstörungsfreie Prüfung (zfp) Zerstörungsfreie Charakterisierung neue Automobilwerkstoffe, Fehlerprüfung (hochfeste Stähle / Al-, Mg-Leg. / GFK, CFK) ZfP der Verarbeitungs- und Fertigungsprozesse (Urformverfahren, moderne Umformtechniken, Beschichtung) ZfP für moderne Fügetechniken im Automobilbau (Laserschweißen / -löten, Umformfügen, Reib-Rühr-Schweißen, Hybridfügen, Kleben)

8 Formhärten Höchstfeste Stähle Bedarf der Automobilindustrie den Kraftstoffverbrauch minimieren, Indem das Fahrzeuggewicht reduziert wird. die Crash-Festigkeit maximieren. Höchstfeste Stähle als Strukturkomponenten B-Säule, Längsträger, Tunnelverstärkung, etc. aus härtbarem borlegiertem Stahl (Mn22B5) Formhärten Herkömmliche Qualitätssicherung Aufwendige zerstörende Prüfungen Entnahme von mehreren Proben Zugprüfungen + Härteprüfungen -> Hohe Prüfkosten

9 Formhärten Zerstörungsfreie Prüfung mit 3MA Lösung: Ergänzung oder vollständiges Ersetzen der zerstörenden Prüfung durch 3MA Streckgrenze, Rp0.2 Zugfestigkeit, Rm Bruchdehnung, A50 Härte Invest: ~ 100 T Einsparung pro Jahr: ~ 150 T (für eine mittlere Formhärtungsstraße) 3MA-Technik für die Werkstoffcharakterisierung Härte, Rm, Rp0.2, A50 Eigenspannungen Schleiffehler ferromagnetische Stähle Handprüfgeräte, aber auch Voll-automatisierte Prüfsysteme 3MA-Prüfkopf

10 Leichtmetall-Gussteile: Prüfung mit 3D-Röntgen-CT Technologie Volumetrische Vermessung von inneren Materialinhomogenitäten, wie z.b. Poren, Lunker, Materialtrennungen oder 3D-Visualisierung der Geometrie von Mikro-Objekten Leichtbau: Zerstörungsfreie Charakterisierung von Metallschäumen Metallschaum Röntgenaufnahme während des Aufschäumens

11 Leichtbau: Zerstörungsfreie Charakterisierung von Alu-Felgen Poren / Lunker im Felgenbett Poren / Lunker im Radausschnitt VIDEO VIDEO Prüfung von Tailored Blanks (linear verschweißt) 0.75 mm 1.50 mm

12 Prozessintegrierte Prüfung der Laser- Schweißnaht (Tailored Blanks) Koppelmittelfreie Prüfung mit elektromagn. angeregtem Ultraschall (EMUS) Tailored Blanks: Schweißnahtprüfung mit EMUS Ultraschall-B-Bild Mikrofokus-Radiografie Scanning direction Laser Weld Inspection Weld Pos. 3 on X-ray film End face

13 Laserschweißnähte Karosserie: Ultraschall-Prüfung A-Bild mit Blendenposition Eintrittsecho Schweißnähte Blende Farbskala Rückwandechos C-Bild Laserschweißnähte Karosserie Naht 2 Naht 2 C-Bild

14 Clinchpunkte (Karosserie) Bestimmung der Clinchpunkt - Bodendicke (Wirbelstromprüfung) Schraubverbindungen: Online Regelung der Spannkraft mit Utraschall Schraub-Werkzeug: Integrierte Ultraschall-Sensorik zur Online-Regelung der Schrauben-Vorspann-Kraft

15 Schraubverbindungen: Online Regelung der Spannkraft mit Utraschall Schrauber Direkte Kontrolle der Vorspannkraft mit integrierter Ultraschall-Sensorik Schraubverbindungen: Online Regelung der Spannkraft mit Utraschall Prototyp-System in automatisierter Schrauber-Anlage

16 Schraubverbindungen: Online Regelung der Spannkraft mit Utraschall Anwendung für handgeführte Schrauber Klebverbindungen (Einscheibungen von Nutzfahrzeugen) Lösung: mobiles, xy- US- Scansystem zur einfachen Montage an den Seitenflächen

17 Prüfung von elastomeren Dickschichtklebungen (Rechteckplatte /Stahlrahmen) Ultraschall C-Bilder bei der Prüfung auf Enthaftung zw. Rahmen und Platte (Fügeteilunterseite) gute Haftung Grenze der Klebfuge (ungeklebte Platte) schlechte Haftung Prüfung von Werkstoffverbunden mit Impuls-Thermografie

18 Impuls-Thermografie Optisch angeregte Thermografie Blitzdauer: 0,2 12,5 ms Blitzenergie: 2x 3200 J Messdauer: ca. 300 ms Impulsthermografie Ring mit Innenbeschichtung Delaminationsanalyse mit T(r,t) Video

19 Klebungen im Automobil-Bereich (DC A-Klasse) Impuls-Thermografie Quelle: ZfP von Materialverbunden, BMBF-Verbundprojekt, Abschlußbericht, 2001 Impuls-Thermografie: geschäumte PKW-Instrumententafel Porenagglomerationen 25 C 35 C

20 Oberflächenrissprüfung mit induktiver Impuls-Thermografie Frequenzen: 100 khz bis 300 khz Heizdauer ca. 200 ms Induktor-Leistung: 2 kw (stationär) 9 kw (Puls) Messdauer: ca. 500 ms 700 ms Oberflächenrissprüfung mit induktiver Impuls-Thermografie Austenit (z.b. X5CrNi18-10) Ferrit (z.b. S235)

21 Oberflächenrissprüfung mit Impuls-Thermografie Schmiedeteil mit Riss in der Mantelfläche Bildausschnitt: ca. 55 mm x 40 mm; Phasenbild Amplitudendarstellung Oberflächenrissprüfung mit magnetischen Streuflussverfahren (GMR) magnetisches Streuflussverfahren zum Rissnachweis in Verzahnungen Querriss am Zahngrund in schrägverzahnter Stange Messwert [V] Messergebnis bei Scan durch Verzahnung Bildverarbeitung zur Anzeige von Fehlern

22 Oberflächenrissprüfung mit magnetischen Streuflussverfahren (GMR) Sensorkamm Risse Oberflächenrissprüfung für die automatisierte Prüfung Aufbau eines Systems zur automatisierten, robotergestützten 100%-Prüfung für die Serienfertigung von Gussund Schmiedeteilen in der Automobilzulieferindustrie Automatisierte Ergebnisbewertung Zertifizierte Personalausbildung Validiertes / akkreditiertes Verfahren als Ersatz der alten Techniken

23 Fraunhofer Innovationscluster Automotive Quality Saar Entwicklungszentrum Qualitätssicherung Automobil-Werkstoffe und Verarbeitungsprozesse für die Automobilzulieferindustrie Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit