SonicTC. Prüfung von Bremskomponenten auf Risse und Gefügestruktur

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1 Einführung SonicTC Prüfung von Bremskomponenten auf Risse und Gefügestruktur Die akustische Resonanzanalyse (AR) ist ein leistungsfähiges, zerstörungsfreies Prüfverfahren, das eine 100 %ige Prüfung von verschiedensten Prüfteilen ermöglicht. RTE Akustik + Prüftechnik GmbH verfügt über umfassende Erfahrung von über 28 Jahren auf dem Gebiet der fertigungsbegleitenden Qualitätsprüfung von Gussteilen auf Risse, Nodularität und Gefügefehler mittels akustischer Resonanzanalyse. Mit dem innovativen Prüfsystem SonicTC bietet RTE Lösungen für Geräusch- und Funktionskontrolle sowie akustische Materialprüfung. Akustische Resonanzanalyse (AR) Diese Methode verwendet den bekannten physikalischen Effekt, dass ein Körper nach Anregung von außen (z. B. durch Anschlagen) in bestimmten charakteristischen Formen und Frequenzen schwingt. Diese Schwingungen, auch "natürliche Frequenzen" oder "Eigenfrequenzen" genannt, sind sozusagen die "Sprache des Werkstücks". Diese lässt sich berührungslos mit einem Mikrofon (Luftschall) oder einem Laservibrometer messen und analysieren. Aus den Resonanzfrequenzen kann man werkstückspezifische akustische Kennwerte berechnen und Gütemerkmalen zuordnen, z. B.: in Ordnung ja/nein, rissbehaftet ja/nein, Material- und Gefügestruktur gehärtet / vergütet ja/nein Schlüsseleigenschaften der akustischen Resonanzanalyse: AR beurteilt das gesamte Prüfobjekt unabhängig von seiner Größe. Es werden keine lokalen Bereiche abgetastet und auf Fehler untersucht. AR ist einfach automatisierbar. Die Prüfung mit Hilfe von SonicTC ist schnell, preiswert und exakt wiederholbar (keine subjektive Beurteilung). AR ist ein Referenz gestütztes Verfahren. Aussagen über Defektgrößen sind auf der Basis von vergleichbaren Referenzobjekten möglich. AR ist ein trockenes und sauberes Verfahren ohne Chemie und Umweltprobleme. AR ist erprobt, zuverlässig und kostengünstig.

2 Die AR ist in der Lage, Defekte im Material und der Gefügestruktur zu beurteilen. Oberflächliche Kratzer, kleinere Gussmängel, kleine Löcher in der Gussoberfläche oder Einschlüsse können mittels AR nicht detektiert werden. Die AR ist temperatur-, größen- und dichteabhängig. Ein Alleinstellungsmerkmal des leistungsfähigen Prüfsystems SonicTC ist seine Fähigkeit, alle der vorgenannten Einflussfaktoren ausgleichen zu können (Kompensation). (The strength and USP of SonicTC is a good choice of reliable methods to compensate these influencing factors.) Originalsatz Analysebeschreibung Als Beispiel wird eine Nodularitätsprüfung mittels akustische Resonanzanalyse unter Verwendung des SonicTC - Systems beschrieben. Ziel ist es, Prüflinge mit einer geringen Nodularität (< 80%) von denen mit normalen Werten zu differenzieren. Gruppe Beschreibung Quantität Klassifizierung 1 Ok a A in Abbildung 3 2 Ca. 80% Nodularität b B in Abbildung 3 3 < 80% Nodularität c C in Abbildung 3 Die akustische Resonanzanalyse ist ein vergleichendes Verfahren. Ohne Einlernen des Testsystems auf eindeutig klassifizierte Gutteile ist eine Einordnung von Prüflingen in Güteklassen nicht möglich. Versuchsaufbau Mittels mechanischer oder elektro-dynamischer Anregeeinheit wird der Prüfling in Schwingungen versetzt. Zur Aufnahme der akustischen Reaktion verwendet RTE ein oder mehrere Mikrofon(e). Die Messergebnisse ist in den nachfolgenden Grafiken dargestellt.

3 Abbildung 1 zeigt das Zeitsignal eines Gutteils. Mit einer Signallänge von mehr als 300 ms hat es gute akustische Eigenschaften. Abbildung 1: Zeitsignal Abbildung 2 zeigt den Frequenzbereich. Eine beträchtliche Anzahl von Resonanzfrequenzen steht für die Auswertung zur Verfügung. Eine Auflösung von weniger als 1 Hz ist möglich. Abbildung 2: FFT Spektrum C B A Abbildung 3 zeigt einen Vergleich zwischen den drei Prüfgruppen (A, B, C) auf der gleichen Beispielfrequenz von 3,9 khz. Hier sind deutliche Unterschiede zwischen guten und fehlerhaften Teilen sichtbar. Abbildung 3: FFT spectrum groups A, B, C gut: grün (A) Nodularität >90 % schlecht: gelb (B) Nodularität ~80 % schlecht: rot (C) Nodularität 0 % Zusätzlich zur oben sichtbaren Frequenzverschiebung können auch andere Merkmale der Werkstücke mit anderen Resonanzfrequenzen bzw. die Dämpfung bewertet werden. Schlussfolgerungen: 1. Die drei Nodularitätsgruppen zeigen auffällige Unterschiede. 2. Die Messzeit (ohne Handhabung) beträgt weniger als eine Sekunde. 3. Die Teile müssen an verschiedenen Stellen angeregt werden.

4 Innovative Prüflösungen mit RTE SonicTC Alle Prüflösungen von RTE sind maßgeschneidert und auf das jeweilige industrielle Anwendungsgebiet optimiert: z. B. Eisengießereien, Schmieden, Sintermetall- und Keramik- Industrie. SonicTC bietet Funktionen für Prüfung und Auswertung, Produkteinrichtung, Merkmalseinstellung auf der Basis von Prüfmustern und ermöglicht zudem virtuelles Prüfen. RTEs Kompensationsmethoden verbessern die Detektion von Fehlern und minimieren den Einfluss von Streuungen in der Produktion. Abbildung 4: Anzeige der Testergebnisse Es ist außerdem möglich, Produkte mit statistischen Methoden zu analysieren. Messungen können unter verschiedenen Bedingungen und unter Zuhilfenahme verschiedener Optionen gefiltert werden. Abbildung 5: Statistische Auswertung

5 RTE Prüfsysteme für Bremskomponenten Das innovative Prüfsystem SonicTC ermöglicht Prüflösungen für unterschiedliche Anwendungen auf: Risse, Nodularität, Gefüge und Eigenfrequenzen. Abhängig von Kundenanforderungen und Anwendungszweck bietet RTE schlüsselfertige Lösungskonzepte für verschiedenste Anwendungsbereiche, z. B. Entwicklung, Qualitätskontrolle und fertigungsintegrierte Endkontrolle (EOL). Außerdem gibt es eine Version zur Messung der Eigenfrequenzen von Bremsscheiben und Bremskomponenten gemäß EKB 2002 (European Brake Noise Experts Group). Halb- oder vollautomatisch arbeitende Prüfstände Manuelle Prüfstände Reihen- oder Endprüfstände Prüfvorrichtungen für Labor und Stichproben

6 1. Halbautomatischer Prüfstand Bremssättel oder träger sind Sicherheitsteile aus Sphäroguss (EN-GJS-550 oder vergleichbar). Mittels akustischer Resonanzanalyse können Fehler im Gefüge (Nodularität) oder Risse detektiert werden. Prüfparameter werden anhand von typischen Gut- und Schlechtteilen gesetzt. RTE hat einen schlüsselfertigen Prüfstand mit automatischer Prüfteilebeförderung und Markierung von Gutteilen entwickelt. Die vier kodierten Prüfaufnahmen sind abnehmbar und können bei neuartigen Prüfteilen verschiedener Abmessung einfach, schnell und kostengünstig ausgetauscht werden. Abbildung 6: Prüfstand für Bremssättel und Bremshalter. Eine Gießerei, die den 4-Positionen-Drehtisch im Prüfstand anwendet, hat damit schon mehr als 5 Millionen Teile getestet. Bremssättel und träger werden manuell aufgelegt. Weiterbeförderung, Prüfen und Markieren erfolgen automatisch. Diese robuste mechanische Lösung, kombiniert mit ausgefeilten Prüfmethoden, garantiert Zufriedenheit beim Kunden über viele Jahre hinweg. Abbildung 7: Prüfstand für Bremssättel und - halter Geeignet für: Achsschenkel, Bremssättel, und Bremshalter

7 2. Manueller Prüfstand Dieser Prüfstand kann sowohl für Prüfung während der Entwicklung als auch in der Produktion genutzt werden. Be- und Entladen der Prüflinge erfolgt manuell. Gleichzeitig können zwei unterschiedliche Produkte geprüft werden. Durch einfachen Austausch der Prüfaufnahme/n wird der Prüfstand umgerüstet. Die Aufnahmen sind speziell auf die Geometrie, notwendige Anschlagsposition und Prüfbedingungen eingerichtet und entsprechend gefertigt. Eine kosteneffiziente und flexible Lösung für kleine bis mittlere Prüfvolumen. Geeignet für: Achsschenkel, Bremssättel, Bremshalter Abbildung 8: Manueller Prüfstand für Bremssättel und Bremshalter

8 3. Fertigungsintegrierte Prüfstände Überall dort, wo ein großes Volumen an zu prüfenden Bremsscheiben oder anderer Gussteile fertigungsbegleitend getestet werden soll, können die von RTE entwickelten Serienprüfstände eingesetzt werden. Automatische Teileanpassung der Prüfaufnahme gewährleistet fortlaufende Prüfung auch von verschiedenen Bremsscheiben. Optional kann durch Rotation und Mehrfachanregung von Prüflingen der Q-Faktor bestimmt werden. Diese Lösung bietet zuverlässige und objektive Prüfergebnisse. Vollautomatischer fertigungsintegrierter Prüfstand Für alle Größen und Formen von Bremsscheiben verwendbar Automatische Anpassung der Teileaufnahme für verschiedene Prüflinge Dokumentation und Rückverfolgbarkeit Ermittlung des modenspezifischen Q-Faktors (Drehtischausstattung) Abbildung 9: Fertigungsbegleitende, automatische Rissprüfung von Bremsscheiben

9 4. Laboranwendung und Stichprobenprüfung Für Stichprobenprüfungen und Laboreinsatz steht ein neues und hervorragend gestaltetes Prüfsystem mit verschließbarer Messkammer bereit. Universell einsetzbar, testet es Bremskomponenten (Bremsscheiben, Bremsbeläge, Bremssättel, Bremshalter) auf Eigenfrequenz, Gefügefehler und Risse. Speziell für Prüfbedarf während der Entwicklungsphase, aber auch für Stichprobenprüfung in der Produktion ausgelegt, kann das System für geringe Prüfvolumen verwendet werden. Es bietet ein ausgezeichnetes Preis - Leistungsverhältnis und dokumentiert Ihre Ergebnisse einfach und schnell. Prüflingsadapter lassen sich schnell austauschen, und die Einstellungen auf einen anderen Typ erfolgen mit wenigen Handgriffen. Anrege- und Messeinheit sind im austauschbaren Prüflingsadapter integriert. Das Design der Prüfkammer ist akustisch optimiert und gewährleistet die Einhaltung der BGV B3 Lärm. Die Bedien- und Auswerteeinheit mit dem 17 Touchpanel zeigt die Ergebnisse in Sekundenschnelle an. Abbildung 10: Prüfkammer für unterschiedliche Teile Abbildung 11: Prüfkammer, auf Bremsscheiben eingestellt Auch eine Doppelkammer-Lösung für abwechselnde Beschickung und Prüfung steht bereit. Abbildung 12: Doppelte Prüfkammer Geeignet für: Achsschenkel, Bremssättel, Bremshalter, Bremsscheiben, Schwungscheiben u.v.a.m.