Fakultät Maschinenbau :: FHWS

Hochschule für angewandte Wissenschaften

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Thermographie und Simulation

Das Labor für Thermodynamik und Energietechnik verfügt über eine Thermographie-Messausstattung für passive und aktive Messungen. Mobile Handkameras, eine ungekühlte Thermographie Kamera mit einer Spektralempfindlichkeit von 7,5-14 µm sowie eine Thermographie Kamera mit einem gekühlten Photoquantendetektor und externer Triggerung für passive Messungen mit einer Spektralempfindlichkeit von 2.5-5 µm stehen zur Verfügung.
Für aktive Messungen verfügt das Labor außerdem über verschiedene Induktionsgeneratoren und  Blitzlichtlampen.

Vergleichend, ergänzend oder unabhängig zur thermographischen Messung werden Simulationen mit COMSOL Multiphysics durchgeführt.

Thermographie-Messaufbau mit induktiver Anregung
Thermographiemessaufbau mit induktiver Anregung
Versuchsaufbau der passiven Anregung
Versuchsaufbau der passiven Anregung
Versuchsaufbau der passiven Anregung
Versuchsaufbau der passiven Anregung

Zerstörungsfreie Prüfung von metallischen Bauteilen mittels Thermografie

Es soll die Thermografie als Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von metallischen Bauteilen untersucht werden. Als Schwerpunkt gilt die Detektion von Wandstärkenschwächungen infolge Korrosion an ferritischen Rohrleitungen. Hierbei ist das zur Anwendung kommende Verfahren der Wärmeflussthermografie als zerstörungsfreie Bauteilprüfung ein bereits bekanntes Verfahren.
Systematische Untersuchungen, realisiert durch computergestützte Simulationen, bilden die Grundlage für Parameterstudien der Anregungsmethoden. Neben den transienten, dreidimensionalen Wärmefeldberechnungen dienen Referenzmodelle mit realitätsnahen Schadstellen zur praktischen Erprobung dieses Prüfverfahrens.
Neben der Detektion von Korrosionsschäden an Rohrleitungen sollen Untersuchungen an Referenzplatten mit definierten Fehlstellen eine Aussage über die Detektionsgrenzen des Verfahrens liefern. Weiterhin sollen die Methoden der Aktiv-Thermografie-Auswertung anhand der in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse näher gebracht werden.

Prüfstück mit Mischoxid; links: Phasenbild nach induktiver Anregung; rechts: Phasenversatz
Prüfstück mit Mischoxid; links: Phasenbild nach induktiver Anregung; rechts: Phasenversatz

Detektion oberflächennaher Werkstofffehler an Wälzlagern mittels Thermografie

Das Thema dieses Projekts ist die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung von Wälzlagerstählen durch thermografische Methoden. Um die Werkstoffprüfung auf höchstem Niveau zu halten, soll in dieser Arbeit untersucht werden, bis zu welcher Größe und Tiefe Werkstofffehler in Wälzlagerkomponenten sicher detektiert werden können. Dabei sind unterschiedliche Anregungsmöglichkeiten auf Erfolg zu testen.

Systematische Versuche zeigen die Nachweisgrenzen der unterschiedlichen Verfahren deutlich auf. Aufgrund der erfolgreichen Versuchsergebnisse bei den selbst erstellten Prüfplatten und  bei den realen Werkstofffehlern wird auf das noch vorhandene Potential der thermografischen Werkstoffprüfung verwiesen.

Thermografiesysteme im direkten Vergleich
Thermografiesysteme im direkten Vergleich

Zerstörungsfreie Materialprüfung mittels Thermografie am Wälzlagerstahl 100Cr6

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der zerstörungsfreien Materialprüfung mittels Thermografie. Hierbei sollen Fehlstellen im Ausgangsmaterial detektiert werden, um kosteneffizienter fertigen zu können. Daher wurden Fehler, die erst bei der Bearbeitung an die Oberfläche gelangen oder im Verborgenen oberflächennahem Bereich die Materialeigenschaften negativ beeinträchtigen, betrachtet. Die maximale Fehlertiefe lag bei 1mm, für die minimale Fehlergröße wurden 0,2 mm festgelegt.

Es wurde sowohl die Machbarkeit der passiven als auch die der aktiven Thermografie geprüft. Da die aktive Induktions-Thermografie das größte Potenzial zeigte wurde diese genauer erforscht. Die Ergebnisse zeigten, dass sich idealisierte Fehlstellen bis zu einem gewissen Verhältnis zwischen Fehlergröße und Fehlertiefe reproduzierbar detektieren lassen. Weiterhin wurden auch anwendungsspezifische Probleme und Verbesserungs-möglichkeiten betrachtet.

In der gesamten Arbeit wurden Fehler über eine Differenztemperatur erfasst, welche durch die unterschiedlichen thermischen Eigenschaften der fehlerfreien und fehlerbehafteten Gebiete entsteht. Um eine mögliche Automatisierbarkeit zu gewährleisten, wurde darauf geachtet, dass Fehler auch bei geänderten Umgebungsbedingungen reproduzierbar und schnell aufgefunden werden.

links: Fotografie der Referenzplatte 2; rechts: Phasenbild PPT
links: Fotografie der Referenzplatte 2;  rechts: Phasenbild PPT

Zerstörungsfreie Prüfung von nichtmetallischen Werkstoffen mittels Thermografie

Die Thematik dieses Projekts ist die zerstörungsfreie Prüfung von nicht-metallischen Werkstoffen mittels thermografischer Methoden. Das zur Anwendung kommende System der aktiven Wärmefluss-Thermografie ist ein, anerkanntes zerstörungsfreies Prüfverfahren.

Der Fokus der Arbeit besteht darin, ein ZfP-Thermografie-System für das Thermodynamik und Energietechnik Labor der Hochschule Würzburg-Schweinfurt, welches möglichst flexibel ist und berührungslos arbeitet, zu entwickeln.

Systematische Untersuchungen an Referenzkörpern und Referenzmodellen mit realitätsnahen Schadstellen ermöglichen eine Bewertung der praktisch erprobten Ergebnisse und stellen die Nachweisgrenzen und Möglichkeiten des Prüfverfahrens illustrativ dar.

Silikonmodell mit aktivierten Heizquellen
Silikonmodell mit aktivierten Heizquellen

Analyse der Möglichkeiten der Brustkrebsfrüherkennung mittels Thermographie

Brustkrebs besteht aus Gewebe, welches schneller wächst als gesundes Gewebe. Daraus resultiert ein erhöhter Stoffwechsel, wodurch das Krebsgewebe eine erhöhte Temperatur aufweist. Dieser Temperaturunterschied setzt sich bis an die Hautoberfläche fort und kann dort mittels thermographischer Betrachtung sichtbar gemacht werden. Um Versuchsgrundlagen für spätere vorklinische Untersuchungen zu setzten und Messergebnisse zu verbessern wird eine Modellbrust mit Heizquellen erstellt. Dieses wird nach der Erprobung eines geeigneten Materials aus Silikonkautschuk im Gussverfahren erstellt, elektrische Widerstände werden als Heizquellen eingegossen. Aus Materialprüfungen diverser Werkstoffe geht hervor, dass durch aktive Thermographie eine deutlich verbesserte Aussage über Fehler in Bauteilen möglich ist. Diese Erkenntnis wird in der vorliegenden Arbeit auf menschliches Gewebe übertragen, wobei zunächst das erstellte Silikonmodell passiv, aktiv und pro-aktiv betrachtet wird. Vergleichend dazu wird jeweils ein entsprechendes Modell mit COMSOL Multiphysics erstellt.