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16.06.2020

Industrielle Verfahren zur Schleifbrandprüfung

Gegenwärtiger Stand und Entwicklungstendenzen

In der industriellen Fertigung werden das Nital-Ätzverfahren / Surface Temper Etching, das Barkhausen Rauschen Verfahren, die Wirbelstromprüfung und das mikromagnetische 3MA- Verfahren in mehr oder weniger großem Umfang zur Schleifbrandprüfung eingesetzt. Besprochen werden Anwendungsmöglichkeiten dieser Verfahren und die sich aus deren Funktionsprinzip und gerätetechnischen Bedingungen ergebenden Anwendungsgrenzen. Darüber hinaus werden Werkzeuge vorgestellt, mit denen die Zuverlässigkeit der Prüfverfahren verbessert werden kann.

von Martin W. Seidel, Antje Zösch, Konstantin Härtel (imq Ingenieurbetrieb GmbH)

1. Einleitung

Beim Schleifen von Stahlteilen kann die Oberfläche des Teiles „verbrennen“, wenn dabei in kurzer Zeit ein zu hoher Wärmeeintrag stattfindet. Diese Gefahr besteht vor allem bei Schleifprozessen, die aus Kostengründen immer effizienter gestaltet werden müssen. Weiter hat sich die Erkenntnis durchgesetzt, dass die Entstehung von Schleifbrand wegen der Vielzahl von beim Schleifen wirkenden Einflussfaktoren /1, 2/ ein sehr komplexer Vorgang ist und dass sich daher unter wirtschaftlichen Fertigungsbedingungen zwar die Gefahr der Schleifbrandentstehung reduzieren aber nicht völlig ausschließen lässt. Darüber hinaus kann nicht nur „schwerer Schleifbrand“, bei dem große Oberflächenbereiche betroffen sind, den vorzeitigen Ausfall von Bauteilen bewirken, sondern bereits auch kleine lokale Schleifbranderscheinungen können die gleiche Folge haben.

In den letzten Jahren ist deshalb der Schleifbrand verstärkt in das Blickfeld der Hersteller und Anwender von geschliffenen Bauteilen im Fahrzeugbau, der Luftfahrt und im Maschinenbau gerückt.
Durch Schleifbrand bedingter Ausfall, zum Beispiel eines Wälzlagers oder eines Zahnrades, kann zu außerordentlich hohen Folgekosten führen. Dies ist einer der Gründe, weshalb die Prüfverfahren zur Erkennung von Schleifbrand zunehmend gefragt sind. Denn wenn Schleifbrand nicht sicher vermieden werden kann, so ist zumindest bei höherbelasteten Bauteilen eine Schleifbrandprüfung immer zwingend erforderlich. Auch bei der Optimierung der Schleiftechnologie selbst oder beim Anlauf neuer Chargen sowie nach dem Wechsel bzw. Abrichten von Schleifscheiben sollten Schleifbrandprüfungen durchgeführt werden.

2. Anlass- und Neuhärtezonen

Unter Schleifbrand werden alle diejenigen Gefügeveränderungen in Randzonen von Stahlteilen bezeichnet, die durch Schleifvorgänge in Stählen aufgrund der eingebrachten Wärmeenergie bewirkt werden.
Wird das Teil beim Schleifen in der Randzone über die Temperatur des vorangegangenen Anlassens hinaus erwärmt, so laufen weitere Anlassvorgänge ab. Die dabei entstehenden mehr oder weniger ausgedehnten wärmebeeinflussten Bereiche bezeichnet man als Anlasszonen. Ist die zugeführte Wärme so groß, dass sich in der Randzone kurzzeitig das kubisch raumzentrierte α-Eisen in kubisch flächenzentriertes γ-Eisen umwandelt, so entsteht beim nachfolgenden raschen Abkühlen ein neuer martensitischer Bereich. Dieser Vorgang wird auch Selbstabschreckung genannt, da die Abschreckwirkung dadurch entsteht, dass die Wärme sehr rasch in das kalte Innere des metallischen Bauteils abgeleitet wird. Der neu gehärtete Bereich wird als Neuhärtezone bezeichnet.

Bild 1 zeigt derartige Anlass- und Neuhärtezonen im metallografischen Schliff.

a) Dünne Neuhärtezonen (“Weiße Schichten”) mit umgebenden Anlasszonen; b) Anlasszonen, geätzt alk. HNO3 (© imq GmbH)


Die Anlasszonen weisen eine geringere Härte als die unbeeinflusste Umgebung auf und stehen unter Zugspannungen. Neuhärtezonen bestehen aus einem sehr spröden martensitischen Gefüge mit eingelagerten Anteilen von Restaustenit. Sie können sowohl unter Druck- als auch unter Zugspannungen stehen. Schleifbrand kann insbesondere in Bauteilen bzw. in einzelnen Bereichen des Teiles entstehen, an denen es leicht zu einer deutlichen Erwärmung beim Schleifen kommen kann. Dies sind einmal sehr dünnwandige Bauteile und Bauteilecken bzw. Bauteilkanten. Ebenfalls besonders schleifbrandgefährdet sind die Bereiche des Bauteils, bei denen die Schleifscheibe zu Beginn oder zum Abschluss des Schleifvorganges Kontakt mit der Oberfläche des Teiles hat und sich die angestaute Wärme nicht gut ableiten lässt. Bei verzugsanfälligen Teilen wie z.B. bei dünnwandigen Ringen tritt ebenfalls verstärkt Schleifbrand auf.

Bild 2 zeigt die Ergebnisse einer Schadensfalluntersuchung an einem Wälzlagerinnenring. Im linken Bild ist ein quer über den Ring verlaufender Riss zu erkennen. Bei höherer Vergrößerung (mittleres Bild) sieht man ein Netzwerk feiner Risse. Der metallografische Schliff rechts zeigt eine ausgedehnte, die Oberfläche bedeckende Neuhärtezone und eine darunter sich anschließende Anlasszone sowie einen von der Oberfläche ausgehenden, sich verzweigenden Riss.

Schadensfall an einem Wälzlagerring [3, S. 23]

3. Industrielle Verfahren zur Schleifbrandprüfung

3.1. Übersicht über die Prüfverfahren

Für die Schleifbrandprüfung kommen verschiedene Prüfverfahren in Betracht. Zum Nachweis von Schleifbrand werden je nach Verfahren unterschiedliche Eigenschaften der Anlass- bzw. Neuhärtezonen genutzt. In Tabelle 1 sind die unterschiedlichen Prüfverfahren den Merkmalen von Anlass- bzw. Neuhärtezonen zugeordnet.

Zuordnung der Prüfverfahren zu den Merkmalen der Anlass- und Neuhärtezonen; unterstrichen: industrielle Verfahren [3, S. 25]

Als industrielle Verfahren (in der Tabelle 1 unterstrichen) werden nach /4/ Prüfmethoden bezeichnet, die es aufgrund kleiner Prüfzeiten ermöglichen, in kurzer Zeit größere Stückzahlen von gefertigten Teilen zu prüfen, ohne diese zu zerstören. Dazu gehören das Nital-Ätzverfahren, die Wirbelstromprüfung, das Barkhausenrauschen-Verfahren-und das Mikromagnetische 3MA-Verfahren.

Die übrigen Prüfmethoden werden der Gruppe der Laborverfahren zugeordnet. Bei ihnen erfolgen die Messungen in der Regel nicht direkt am Bauteil sondern an herausgearbeiteten Proben. Diese Verfahren sind insgesamt zeitaufwändig. Dies bedeutet, dass zwischen der Probeentnahme und dem Vorliegen des Prüfergebnisses eine längere Zeit vergeht. Außerdem kann die Prüfung aufgrund der Zerstörung der gefertigten Teile nur stichprobenartig erfolgen.

In 3 werden sowohl die Laborprüfverfahren als auch die industriellen Verfahren detailliert besprochen, die zur Schleifbrandprüfung angewandt werden können.

3.2. Nital-Ätzverfahren (NE)

Beim Nital-Ätzen wird wie bei den metallografischen Verfahren die Beständigkeit gegenüber Säuren, insbesondere gegenüber der verdünnter Salpetersäure ausgenutzt. Anlasszonen werden stärker angegriffen als der diese Zonen umgebende Martensit. Sie erscheinen deshalb dunkler. Die Neuhärtezonen wiederum bestehen aus sehr feinkörnigem Martensit und aus Restaustenit. Die extreme Feinkörnigkeit des Martensits und der Restaustenit, der durch Salpetersäure nicht angegriffen wird, sind verantwortlich für deren weiße Färbung.

In der Regel führt man das Nital-Ätzen so durch, dass die Teile maximal 60 bis 90 sec der Säure ausgesetzt werden. Dies bewirkt nur einen sehr geringen, kaum messbaren Abtrag der Oberfläche [5] . Störend kann aber die Verfärbung der Teileoberfläche sein. Diese Prüfung wird daher hin und wieder auch als quasi zerstörungsfrei bezeichnet.

Der Prüfvorgang unterteilt sich nach ISO 14 104 in eine Vielzahl von einzelnen Teilschritten. Die zu prüfenden Oberflächen müssen frei von Anhaftungen, Verschmutzungen, Fetten und Ölen sein. Deshalb ist vor demÄtzen ein gründliches Reinigen der Teile erforderlich. Das eigentliche Ätzen besteht wiederum aus dem Ätzen in wässriger oder alkoholischer Salpetersäure und dem Bleichen in verdünnter Salzsäure. Dazwischen müssen die Teile gespült werden, um ein Verschleppen von Nitalsäure in das Bleichbad zu vermeiden.

Die Bewertung der Teileoberfläche auf Schleifbrandanzeigen erfolgt manuell durch einen Prüfer. Damit die Bewertung nach einheitlichen Kriterien erfolgt und zu reproduzierbaren Ergebnissen führt, müssen hier einige Voraussetzungen wie eine ausreichende Beleuchtung, ein regelmäßiger Nachweis der Sehfähigkeit der Prüfer und deren Teilnahme an Schulungen erfüllt sein.
Das Nital-Ätzen wird häufig in gesonderten Laboratorien durchgeführt. Als Alternative dazu wurde ein mobiler Ätz-Tisch entwickelt, mit dem die Prüfung unter Beachtung der Bestimmungen des Arbeits- und Umweltschutzes direkt an der Schleifmaschine durchgeführt werden kann (Bild 3).

Mobile Ätzeinrichtung für das Nital-Ätzverfahren (Quelle imq GmbH)

Das Nital-Ätzverfahren (im englischen Sprachraum wird der Begriff „Surface Temper Etching“ verwendet) ist das bisher einzige standardisierte Verfahren zur Schleifbrandprüfung. /3/ enthält eine Übersicht über die derzeit geltenden Standards.

Ein weiterer positiver Aspekt besteht darin, dass das Verfahren für ein breites Teilespektrum von Stahlteilen aus un- bzw. niedriglegierten Stahl anwendbar ist. Beachtet werden müssen aber Bohrungen, Hohlräume u.ä., in denen sich Säure ansammeln kann. Diese kann austreten und das Prüfergebnis in deren Umgebung verfälschen. Generell muss natürlich auch eine optische Betrachtung der Oberflächen möglich sein, so dass Schleifbrand in Bohrungen und Hohlräumen nicht bzw. nur schwierig zu bewerten ist.

Sehr nachteilig ist, dass wegen der Verwendung von Säuren und anderen Chemikalien sehr strenge Umwelt- und Arbeitsschutzbestimmungen eingehalten werden müssen.
Problematisch ist auch, dass die Bewertung der Ätzanzeigen auf der Teileoberfläche zum gegenwärtigen Zeitpunkt ausschließlich durch einen Prüfer erfolgen kann. Dies birgt einen hohen subjektiven Faktor bei der Bewertung in sich. Auf die Notwendigkeit von Schulungen und den Nachweis der Sehfähigkeit wurde in diesem Zusammenhang bereits verwiesen.

Um die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit zu gewährleisten, verlangen die Normen, dass die Durchführung des Ätzens mit Vergleichskörpern überwacht wird. Da derartige Vergleichskörper mittels Schleifen nicht definiert gefertigt werden können, wurden Vergleichskörper entwickelt, in denen mittels Laser künstlicher Schleifbrand erzeugt wurde. Bild 4 zeigt einen derartigen Vergleichskörper nach dem Nital-Ätzen. Die Schleifbrandmarken reichen von Neuhärtezonen bis zu im metallografischen Schliff nicht sichtbaren Zonen mit im Vergleich zur Umgebung veränderten Eigenspannungszustand.

Vergleichskörper NE Test Set; links Anzeige nach Nital-Ätzung, rechts ausgewählte metallografische Querschliffe, geätzt in 3% HNO3 (© imq GmbH)

Diese Vergleichskörper werden sehr erfolgreich von vielen Unternehmen, darunter einer Reihe von weltweit operierenden Konzernen zur Überwachung des Nital- Ätzverfahrens eingesetzt.

3.3. Elektromagnetische Verfahren

Die Wirbelstromprüfung, das Barkhausen-Rauschverfahren und das Mikromagnetische 3MA-Verfahren gehören zur Gruppe der elektromagnetischen Prüfmethoden und beruhen auf den unterschiedlichen elektrischen und magnetischen Eigenschaften von Anlass- und Neuhärtezonen. Bild 5 zeigt den kalkulierten Verlauf der magnetischen Permeabilität und der elektrischen Leitfähigkeit über einer Anlasszone sowie über eine von einer Anlasszone umgebenen Neuhärtezone.

Bild 5 zeigt den Verlauf der magnetischen Permeabilität (grün) und der elektrischen Leitfähigkeit (rot) über einer Anlasszone (links) und einer Neuhärtezone mit umgebender Anlasszone (rechts), kalkuliert nach [6].

Verlauf der magnetischen Permeabilität (grün) und der elektrischen Leitfähigkeit (rot) über einer Anlasszone (links) und einer Neuhärtezone mit umgebender Anlasszone (rechts), kalkuliert nach [6]

Eine Anlasszone weist eine gegenüber der Umgebung eine um ca. 130 % erhöhte magnetische Permeabilität auf. Die elektrische Leitfähigkeit steigt auf ungefähr 110 %. Nähert man sich einer Neuhärtezone, so nehmen Permeabilität und Leitfähigkeit in der umgebenden Anlasszone zunächst zu und erreichen dort ein Maximum. Die eigentliche Neuhärtezone ist dagegen durch ein Minimum von Permeabilität und Leitfähigkeit gekennzeichnet, welches unter den Werten der Umgebung liegen kann.

Die elektromagnetischen Prüfmethoden wirken zerstörungsfrei direkt am Bauteil und können oftmals innerhalb der Fertigungstaktzeiten durchgeführt werden. Allerdings erfordern sie immer die Kalibrierung an Teilen mit bekannten Eigenschaften, d.h. im Falle der Schleifbrandprüfung an Teilen mit definierten Anlass - bzw. Neuhärtezonen.

Dazu können auch Vergleichskörper mit künstlich erzeugtem Schleifbrand verwendet werden. In Bild 6 sind verschiedene für die elektromagnetischen Verfahren gefertigte Vergleichsteile abgebildet.
Die Anforderungen an die Vergleichskörper und Grundsätze für deren Anwendung bei der Prüfung mittels elektromagnetischer Verfahren sind in der DIN SPEC 4882 beschrieben. Die Vergleichskörper dienen auch zur Überprüfung der ordnungsgemäßen Funktion der Prüfanlagen. Dazu werden diese Teile zu Beginn und zum Ende der Prüfung und bei größeren Losen in regelmäßigen Abständen während der Prüfung in den Prüfprozess eingeschleust.

Bild 6 zeigt Vergleichskörper mit künstlich generierten Anlass- und Neuhärtezonen.

Vergleichskörper mit künstlich generierten Anlass- und Neuhärtezonen (© imq GmbH)


  • Wirbelstromprüfung (ET)

Mittels des Wirbelstromverfahrens können alle elektrisch leitfähigen Materialien geprüft werden. Dabei wird das zu prüfende Werkstück in das magnetische Feld einer wechselstromdurchflossenen Spule gebracht. Das Magnetfeld der Sendespule dringt in das Material ein und generiert dort Wirbelströme. Diese Wirbelströme erzeugen ein ihrer Ursache entgegen gerichtetes magnetisches Wechselfeld. In einer Empfangsspule wird durch dieses resultierende Feld eine Spannung induziert. Diese induzierte Spannung wird bestimmt durch die elektrische Leitfähigkeit des Materials, dessen magnetische Permeabilität, der Geometrie des Werkstückes, der Art der Prüfsonde und den weiteren Prüfbedingungen wie z.B. der Prüffrequenz.

Generell kommen bei der Wirbelstromprüfung verschiedene Bauformen von Sonden zum Einsatz [7]. Für die Schleifbrandprüfung werden in der Regel Tastspulen verwendet. Deren magnetisches Feld erfasst nur kleinere Oberflächenbereiche der Teile und ermöglicht so das Abscannen von Oberflächen und damit auch die Lokalisierung von Schleifbrand. Man unterscheidet zwischen Absolutspulen, bei dem das absolute Prüfsignal registriert wird und Differenzspulen, bei den zwei Absolutspulen auf Differenz geschaltet werden (Bild 7).

Bild 7 zeigt Tastsonden links: Absolutsonde, rechts: Differenzsonde (nach [8]).

Tastsonden links: Absolutsonde, rechts: Differenzsonde (nach [8])

Die Verwendung von Absolutsonden hat den Nachteil, dass chargenbedingte Unterschiede z.B. durch das Härten auch zu einer Variation der Permeabilität und Leitfähigkeit in der Umgebung der Anlass- und Neuhärtezonen führen können. Die mechanische Härte und damit auch die Permeabilität und Leitfähigkeit können somit von Charge zu Charge schwanken. Verwendet man wie häufig noch üblich, nur einen Schwellwert und bewertet Signale oberhalb der Schwelle als Schleifbrand, kann dies zu Fehlsortierungen führen.

Derzeit werden daher vor allem die aus der Rissprüfung bekannten Differenzsonden zur Schleifbrandprüfung eingesetzt. Bei ihnen spielt der Chargeneinfluss keine Rolle. Jedoch ist hier als Störeinfluss die Oberflächenbeschaffenheit der Teile, insbesondere deren Rauheit und das Vorhandensein von Kratzern und Kerben zu beachten. Bei einer glatten Oberfläche ist das Rauschsignal klein gegenüber dem Signal der Anlasszone. Die beiden Schwellwerte lassen eine zuverlässige Detektion der Anlasszone zu. Eine raue und kratzerbehaftete Oberfläche bewirkt ein viel höheres Grundrauschen, von dem sich die Signale der Anlasszonen kaum noch abheben. Eine sichere Detektion des Schleifbrandes ist dann nicht mehr möglich.

Bild 8 zeigt beispielhaft die Prüfung von Wälzlagerringen mittels Wirbelstromverfahren.

Prüfautomat QuaSor E zur Schleifbrandprüfung von Wälzlagerringen: Gesamtansicht mit Zuführband (links) und Prüfsonde bei der berührungslosen Prüfung eines Innenringes (rechts) (© imq GmbH)

Der Prüfautomat ist CNC–gesteuert, so dass der Prüfvorgang automatisiert abläuft. Komplettiert ist er mit dem Wirbelstromprüfgerät eddyvisor/ ibg Prüfcomputer GmbH. Die Prüfung kann berührungsfrei erfolgen, wobei allerdings der Abstand zwischen Sonde und Oberfläche möglichst konstant gehalten werden muss.

  • Barkhausen-Rauschen-Verfahren (BHR)

Im Gegensatz zur Wirbelstromprüfung ist das Barkhausenrauschen-Verfahren nur bei ferromagnetischen Werkstoffen anwendbar. Dazu gehören allerdings alle durch Schleifbrand gefährdeten Stähle (/3/, S.19f), sodass aus dieser Tatsache keine Einschränkung für die Anwendung dieses Verfahren zur Schleifbrandprüfung resultiert.

Das Barkhausen-Rauschen, benannt nach seinem Entdecker Heinrich Georg Barkhausen, entsteht bei der Wechselfeld- Magnetisierung eines ferromagnetischen Werkstoffes. Erzeugt und registriert wird es mittels spezieller BHR- Sonden. Diese werden auf die Oberfläche des Teiles aufgesetzt, d.h. die Prüfung erfolgt berührend. Bei der Schleifbrandprüfung im Bereich der Analysierfrequenzen 10 bis 450 kHz kann man von einer Eindringtiefe bzw. Messtiefe von 0,02 bis 0,05 mm ausgehen [9].

Ein wichtiger Störfaktor ist wie bei der Wirbelstromprüfung der sogenannte Abhebeeffekt. Entscheidend für die Reproduzierbarkeit von BHR-Messungen ist der Kontakt zwischen Prüfsonde und der Teileoberfläche. Dabei kommt es vor allem darauf an, dass das Magnetjoch derart auf die Teileoberfläche aufgesetzt wird, dass möglichst kein Luftspalt zwischen Magnetjoch und Oberfläche entsteht. Ebenfalls wie bei der Wirbelstromprüfung mit Absolutsonden ist auch beim BHR-Verfahren der Chargeneinfluss zu beachten.

Das BHR-Verfahren ist nicht nur für die Prüfung rotationssymmetrischer oder ähnlich geformter Teile sondern auch für Prüfung von Verzahnungen geeignet. Allerdings ist die Prüfgeschwindigkeit mit maximal 50 mm/sec deutlich kleiner als die Prüfgeschwindigkeiten, die mit der Wirbelstromprüfung erreichbar sind. Bild 9 zeigt einen Prüfroboter bei der Prüfung von Zahnrädern.

Bild 9 zeigt die automatisierte BHR-Prüfung von Zahnrädern.

Automatisierte BHR-Prüfung von Zahnrädern (© Stresstech GmbH)


  • Mikromagnetisches 3MA-Verfahren

Das mikromagnetische 3MA-Verfahren kombiniert vier verschiedene elektromagnetische Prüfverfahren: Die Überlagerungspermeabilität, die Oberwellenanalyse des tangentialen Magnetfeldes (Verzerrung der Tangentialfeldstärke), das Mehrfrequenz-Wirbelstromverfahren (Wirbelstromimpedanz) und das Barkhausenrauschen.
Es gehört damit zur Gruppe der sogenannten Mehrparameter-Verfahren. Diese wurden entwickelt, um das Problem der häufig nicht eindeutigen Abhängigkeiten eines Prüfsignals von der Zielgröße, zum Beispiel der Härte oder den Eigenspannungen, zu lösen.

Will man den Vorteil, den ein mehrparametrisches Verfahren bietet, nutzen, muss in einem ersten Schritt ein mathematisches Modell aufgestellt werden. Dieses beschreibt die Abhängigkeiten zwischen den oben aufgeführten Prüfgrößen und den zu bestimmenden Parametern, d.h. den Zielgrößen und den Störgrößen. Dieser Schritt wird als Kalibrierung bezeichnet. Im Falle der Schleifbrandprüfung können zum Beispiel die Härte oder die Eigenspannungen als Zielgrößen gewählt werden. Ziel kann aber auch eine Sortierung in „Schleifbrand vorhanden“ und „ohne Schleifbrand“ sein.

Die Eignung des Verfahrens zur Randzonenanalyse wurde detailliert in /4/ untersucht. Darin wurde gezeigt, dass grundsätzlich mittels des 3MA-Verfahrens eine Randzonenanalyse von einsatzgehärteten geschliffenen Teilen möglich ist. Über weitere Möglichkeiten der Anwendung des 3MA-Verfahrens zur Schleifbrandprüfung wird in [10] berichtet.

4. Zusammenfassung und Ausblick

Das Nital-Ätzverfahren wird derzeit noch häufig als Laborprüfung zur Stichprobenkontrolle und in (teil)automatisierten Durchlaufanlagen zur 100%-Prüfung ganzer Fertigungslose eingesetzt.
Insbesondere wegen der Arbeitsschutz- und Umweltproblematik aufgrund der Verwendung von Säuren ist der Trend zu verzeichnen, dass an Stelle des Nital-Ätzens elektromagnetische Verfahren angewendet werden sollen. Das Nital-Ätzverfahren wird jedoch auch in Zukunft weiterhin als Referenzverfahren für elektromagnetische Verfahren benötigt.

Dazu sind mobile Prüfanlagen besonders geeignet, mit denen die Prüfungen direkt an einer Schleifmaschine zum Beispiel nach Anfahren einer neuen Charge oder dem Abrichten von Schleifscheiben erfolgen kann. An der Entwicklung von kamerabasierten Assistenzsystemen (Künstliche Intelligenz) zur Unterstützung der Prüfer bei Bewertung der Schleifbrandanzeigen wird aktuell gearbeitet. Ob diese Arbeiten zu praxisreifen Verfahren führen werden, bleibt abzuwarten.

Die zur Gruppe der elektromagnetischen Verfahren gehörende Wirbelstromprüfung wird gegenwärtig sehr erfolgreich zur Schleifbrandprüfung rotationssymmetrischer o.ä. Teile angewandt. Hier kommen insbesondere sogenannte Differenzsonden zum Einsatz, da bei ihnen der Chargeneffekt, d.h. Eigenschaftsunterschiede zwischen einzelnen Fertigungslosen keine Rolle spielen. Ein besonderer Vorteil der Wirbelstromverfahren ist, dass hohe Prüfgeschwindigkeiten erreicht werden können und eine berührungslose Prüfung möglich ist.

Teile mit Verzahnungen werden gegenwärtig vornehmlich mittels des Barkhausen Rauschen Verfahrens hinsichtlich Schleifbrand geprüft. Zwar können auch rotationssymmetrische Teile mittels des BHR- Verfahren geprüft werden. Nachteilig ist hier jedoch die deutlich geringere Prüfgeschwindigkeit im Vergleich zur Wirbelstromprüfung. Außerdem erfolgt die Prüfung berührend, d.h. die Prüfsonde muss die Teileoberfläche berühren.

Das 3MA-Verfahren bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten zur Schleifbrandprüfung. Der Prozess der Kalibrierung des Verfahrens für quantitative Messungen ist allerdings sehr aufwändig und setzt umfangreiche Erfahrungen bei den Anwendern voraus. Diese Probleme stehen bisher der weiteren Verbreitung des Verfahrens für die industrielle Schleifbrandprüfung in der Fertigung entgegen.

Bei den elektromagnetischen Verfahren sind gegenwärtig drei Tendenzen zu verzeichnen: Einmal werden wie beim Nital-Ätzverfahren zunehmend mobile Prüfanlagen nachgefragt, die direkt an Schleifmaschine eine Prüfung ermöglichen. Zweitens laufen Arbeiten, um eine Integration von Prüfanlagen in Schleifmaschinen zu ermöglichen. Damit soll unmittelbar nach dem Schleifen in einem weiteren Arbeitstakt die Schleifbrandprüfung erfolgen. So kann schneller auf etwaige Abweichungen vom Normalprozess reagiert werden. Schließlich besteht eine weitere Entwicklung darin, Künstliche Intelligenz zur Bewertung von Prüfergebnissen anzuwenden. Erste Ansätze dazu gibt es bei der Schleifbrandprüfung von Wälzlagerkugeln mir dem Wirbelstromverfahren.

Literaturhinweis

[1] D. Friedrich „Schleifbrand vermeiden“ Grindaix-Handbuch 1. Auflage 2016

[2] B. Karpuschewski Sensoren zur Schleifbrandüberwachung Fortschr.-Ber. VDI Reihe 2 Nr. 581 VDI-Verlag 2001

[3] M. W. Seidel Schleifbrand und dessen Prüfung Hanser-Verlag München 2020

[4] B. Karpuschewski, Mikromagnetische Randzonenannalyse geschliffener einsatzgehärteter Bauteile Fortschritt-Berichte VDI Reihe 8 Nr. 498, 1995

[5] A. Zösch, M. Seidel, K. Härtel , Schleifbrandprüfung mittels des Nitalätzverfahrens nach ISO 14104- wie sicher ist das Verfahren?, RWTH Aachen, WZL- Feinbearbeitungsseminar 2017

[6] M. W.Seidel, R. Schüßler, G. Dobmann, W. Morgner, Supervision on the Hardening Process of Roller Bearings by using Eddy Current Testing Methods 19th World Conference on Non-Destructive Testing 2016

[7] H. Stroppe, K. Schiebold Wirbelstrommaterialprüfung Castell-Verlag Wuppertal 2011

[8] G. Mook Vorlesungsskripte Universität Magdeburg

[9] Rollscan 350 Betriebsanleitung Version 1.0e vom August 2015 stresstech GmbH

[10] B. Wolter, Schleifbrandprüfung mit der mikromagnetischen Prüftechnik 3MA Vortrag Schleiftagung Stuttgart-Fellbach 2017

Unternehmensinformation

imq - Ingenieurbetrieb für Materialprüfung, Qualitätssicherung und Schweißtechnik GmbH

Gewerbering 30
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Tel.: 03762 9537-0
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