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Fraunhofer Innovationscluster Automotive Quality Saar [email protected] ValeskeSiegfried Kraus

Tag der Automobilindustrie, Luxemburg (24.09.08)

Anwendungen in der Produktion von Werkstoffen und Komponenten

der Autombobilindustrie

Zerstörungsfreie Prüfverfahren

Dr. Bernd Valeske, Dipl.-Ing. Siegfried Kraus

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



Fraunhofer Institut für Zerstörungsfreie PrüfverfahrenFraunhofer Automotive Quality Saar

Aufgaben- und Kompetenzfelder

Anwendungen zur Qualitätssicherung Automobilindustrie




56 Institute

13 000 Mitarbeiterinnen

und Mitarbeiter

40 verschiedene Standorte

in Deutschland

Karlsruhe

DarmstadtWürzburg

Jena

Stuttgart

Duisburg

Oberhausen

Nuthetal

Dortmund

München

Saarbrücken

St. Ingbert

Magdeburg

Halle

Dresden

Leipzig

Ilmenau

Cottbus

Braunschweig

BerlinPotsdam

Teltow

Aachen

Schmallenberg

Sankt Augustin

Erlangen

Nürnberg

Freising

Holzkirchen

Pfinztal

Freiburg

Efringen-Kirchen

RostockItzehoe

Hannover

Bremen

Euskirchen Chemnitz

WertheimKaiserslautern

Paderborn

Schkopau

Lübeck

Die Fraunhofer-Gesellschaft für angewandte Forschung



Fraunhofer Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP)

www.izfp.fraunhofer.de

IZFP Saarbrücken



Dubna

Grenoble

Saarbrücken

DresdenMinsk

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

22 Millionen Euro Umsatz• 15,5 Mio € Projektumsatz• davon 12,5 Mio € Industrieanteil

Fraunhofer Innovationscluster Automotive Quality Saar


[email protected] ValeskeSiegfried Kraus

Fraunhofer Automotive Quality Saar (AQS)










Kompetenzen / Anwendungen am AQS

Antriebsstrang, Fahrwerk, Lenkung

Karosserie:Struktur, Außenteile

Motor u. Aggregate



Werkstoff-auswahl

Werkstoff-Herstellung

Reparatur,Wiedereinsatz, Recycling

Fertigungs- /Verarbeitungs-Prozess

Nutzung /Gebrauch

… vom Werkstoff bis zur Baugruppe im Einsatz

verstehen, beherrschen und verbessern …

Werkstoff

FertigungKonstruktion

Qualität

Qualität

Arbeits- und Kompetenzfelder am Fraunhofer AQS



Arbeits- und Kompetenzfelder am Fraunhofer AQS

Werkstoff

FertigungKonstruktion

Qualität Qualitätsicherung

Akkreditiertes Labor nach internationalen Richtlinien des Qualitätswesens und der Automobilwirtschaft(DIN EN ISO /IEC 17025, VDA 6.1 / ISO 16949 etc.)

DAP-PL-3482.99



Kompetenzen Zerstörungsfreie Prüfung / Qualitätssicherung (IZFP)

Geprüfte Qualität, sichere technische Prozesse, innovative Prüfsysteme

- Gefüge & Eigenschaften

- Ungänzen & Fehler

- Eigenspannungen

- Beschichtungen …

Werkstoff Prozess Bauteil

- Überwachung

- Dokumentation / SPC

- Regelung

- Online-Kontrolle

- Prüfzertifikat, 100% Prüfung

- Gesicherte Qualität mit ZfP

- Ermüdung, Alterung …

- Korrosion …










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)



Bedarf der Automobilindustrie

…den Kraftstoffverbrauch minimieren,Indem das Fahrzeuggewicht reduziert wird.

… die Crash-Festigkeit maximieren.

B-Säule, Längsträger, Tunnelverstärkung, etc.aus härtbarem borlegiertem Stahl (Mn22B5)

Höchstfeste Stähleals Strukturkomponenten

Formhärten – Höchstfeste Stähle



Aufwendige zerstörende PrüfungenEntnahme von mehreren ProbenZugprüfungen + Härteprüfungen-> Hohe Prüfkosten

Formhärten – Herkömmliche Qualitätssicherung



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)

Formhärten – Zerstörungsfreie Prüfung mit 3MA



• Härte, Rm, Rp0.2, A50 • Eigenspannungen• Schleiffehler• ferromagnetische Stähle

• Handprüfgeräte, aber auch• Voll-automatisierte Prüfsysteme

3MA-Prüfkopf

3MA-Technik für die Werkstoffcharakterisierung



Leichtmetall-Gussteile: Prüfung mit 3D-Röntgen-CT Technologie

Volumetrische Vermessung voninneren Materialinhomogenitäten,wie z.B.

Poren, Lunker, Materialtrennungen

oder

3D-Visualisierung der Geometrie von Mikro-Objekten



Metallschaum Röntgenaufnahme während des Aufschäumens

Leichtbau: Zerstörungsfreie Charakterisierung von Metallschäumen



Leichtbau: Zerstörungsfreie Charakterisierung von Alu-Felgen

Poren / Lunker im Felgenbett Poren / Lunker im Radausschnitt

VIDEO VIDEO



Prüfung von Tailored Blanks (linear verschweißt)

0.75 mm0.75 mm

1.50 mm1.50 mm



Prozessintegrierte Prüfung der Laser- Schweißnaht (Tailored Blanks)

Koppelmittelfreie Prüfung mit elektromagn. angeregtem Ultraschall (EMUS)



Tailored Blanks: Schweißnahtprüfung mit EMUS

Weld

End face

Laser Weld InspectionScanning direction

Pos. 3 on X-ray film

Ultraschall-B-BildMikrofokus-Radiografie



Laserschweißnähte Karosserie: Ultraschall-Prüfung

C-Bild

SchweißnähteA-Bild mit Blendenposition

Eintrittsecho

Rückwandechos

Blende

Farbskala



Laserschweißnähte Karosserie

Naht 2

C-Bild

Naht 2



Bestimmung der Clinchpunkt -Bodendicke

Clinchpunkte (Karosserie)

(Wirbelstromprüfung)



Schraub-Werkzeug:

Integrierte Ultraschall-Sensorikzur Online-Regelung derSchrauben-Vorspann-Kraft

Schraubverbindungen: Online Regelung der Spannkraft mit Utraschall



Schrauber

Direkte Kontrolle der Vorspannkraft

mit integrierter Ultraschall-Sensorik




Prototyp-System

in automatisierterSchrauber-Anlage




Anwendungfür handgeführteSchrauber




Lösung: mobiles, xy- US- Scansystem zur einfachen Montage an den Seitenflächen

Klebverbindungen (Einscheibungen von Nutzfahrzeugen)



Ultraschall C-Bilderbei der Prüfung auf Enthaftung zw. Rahmen und Platte (Fügeteilunterseite)

Grenze der Klebfuge(ungeklebte Platte)

gute Haftung

schlechte Haftung

Prüfung von elastomeren Dickschichtklebungen (Rechteckplatte /Stahlrahmen)



Prüfung von Werkstoffverbunden mit Impuls-Thermografie




Impuls-Thermografie

Blitzdauer:0,2 … 12,5 ms

Blitzenergie:2x 3200 J

Messdauer:ca. 300 ms

Optisch angeregte Thermografie




Ring mit Innenbeschichtung – Delaminationsanalyse mit T(r,t)

Video

Impulsthermografie



Klebungen im Automobil-Bereich (DC A-Klasse)

Quelle: „ZfP von Materialverbunden“, BMBF-Verbundprojekt, Abschlußbericht, 2001

Impuls-Thermografie



Impuls-Thermografie: geschäumte PKW-Instrumententafel

25 °C 35 °C

Porenagglomerationen




Oberflächenrissprüfung mit induktiver Impuls-Thermografie

Frequenzen:100 kHz bis 300 kHz

Heizdauer ca. 200 msInduktor-Leistung:2 kW (stationär)9 kW (Puls)

Messdauer:ca. 500 ms … 700 ms




Ferrit (z.B. S235)Austenit (z.B. X5CrNi18-10)

Oberflächenrissprüfung mit induktiver Impuls-Thermografie



Oberflächenrissprüfung mit Impuls-Thermografie

PhasenbildAmplitudendarstellung

Schmiedeteil mit Riss in der Mantelfläche

Bildausschnitt: ca. 55 mm x 40 mm;



Querriss am Zahngrundin schrägverzahnter Stange

Messergebnis bei Scan durch Verzahnung

Bildverarbeitung zur Anzeige von Fehlern

Mess-wert [V]

magnetischesStreuflussverfahren zum Rissnachweis in Verzahnungen

Oberflächenrissprüfung mit magnetischen Streuflussverfahren (GMR)



Risse

Sensorkamm

Oberflächenrissprüfung mit magnetischen Streuflussverfahren (GMR)




Oberflächenrissprüfung für die automatisierte Prüfung

Aufbau eines Systems zur automatisierten, robotergestützten 100%-Prüfung

für die

Serienfertigung von Guss-und Schmiedeteilen in der Automobil-zulieferindustrie

• Automatisierte Ergebnisbewertung• Zertifizierte Personalausbildung• Validiertes / akkreditiertes Verfahren

als Ersatz der „alten“ Techniken



Fraunhofer InnovationsclusterAutomotive Quality Saar

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Entwicklungszentrum Qualitätssicherung Automobil-Werkstoffe und Verarbeitungsprozesse

für die Automobilzulieferindustrie

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