Wie funktioniert eigentlich Eindringprüfung?

Die Eindringprüfung gehört zu den ältesten Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP). Bereits Ende des 19. Jahrhunderts wurde sie beispielsweise im Eisenbahnsektor eingesetzt, um Räder auf Risse zu untersuchen. Damals tauchte man Eisenbahnräder in große Tanks mit Schweröl, das mit Petroleum verdünnt war. Nach dem Herausnehmen aus dem Tank wurden die Radoberflächen sorgfältig gereinigt und anschließend mit einer Suspension aus Kreide und Alkohol bestrichen.

Nachdem der Alkohol verdunstet war, versetzte man die Räder mit einem Hammer in Schwingung. Dadurch wurde das Schweröl aus Oberflächenöffnungen – etwa aus Rissen – in die Kreideschicht gedrückt. Fehler erschienen anschließend als dunkle Anzeigen auf weißem Hintergrund. Dieses Verfahren wurde bis in die 1940er-Jahre eingesetzt und später weitgehend durch die Magnetpulverprüfung ersetzt.

Grundprinzip moderner Eindringprüfungen

Moderne Verfahren der Farbeindringprüfung (bei Tageslicht) und der fluoreszierenden Eindringprüfung (in abgedunkelter Umgebung zur höheren Empfindlichkeit) arbeiten zwar nicht mehr mit Schweröl und Kreide, folgen jedoch dem gleichen Grundprinzip. Wie damals werden auch heute drei wesentliche Komponenten benötigt: ein Reinigungsmittel (früher z. B. Petroleum), ein Eindringmittel (früher Schweröl) und ein Entwickler (früher Kreide).

Vorbereitung der Oberfläche

Jede Eindringprüfung beginnt mit der sorgfältigen Vorbereitung der Bauteiloberfläche. Nur wenn das Eindringmittel ungehindert in vorhandene Risse eindringen kann, ist eine zuverlässige Prüfung möglich. Diese Vorbereitung erfüllt mehrere Zwecke:

• Entfernung von Ablagerungen und Schmutz, damit das Eindringmittel in mögliche Risse eindringen kann
• Reduzierung der Oberflächenspannung, damit das Eindringmittel die Oberfläche optimal benetzt
• Beseitigung von Verunreinigungen, um sogenannte Scheinanzeigen zu vermeiden

Scheinanzeigen entstehen, wenn sich Eindringmittel an Verschmutzungen oder Rückständen ablagert und so eine fehlerhafte Anzeige erzeugt. Ein anschauliches Beispiel für Oberflächenspannung liefert die Autopflege: Nach dem Wachsen soll Wasser möglichst schlecht benetzen und abperlen – bei der Eindringprüfung ist genau das Gegenteil gewünscht.

Eindringen des Prüfmittels

Nach der Reinigung wird das Eindringmittel auf die Bauteiloberfläche aufgebracht. Durch den Kapillareffekt dringt es in vorhandene Oberflächenöffnungen ein. Je schmaler die Öffnung, desto stärker ist dieser Effekt und desto größer die treibende Kraft für das Eindringen des Prüfmittels. Die Eindringgeschwindigkeit hängt jedoch von der Viskosität des Eindringmittels ab. Je höher die Viskosität, desto langsamer erfolgt das Eindringen und desto länger muss die Eindringzeit gewählt werden. Deshalb wäre es beispielsweise keine gute Idee, Honig als Eindringmittel zu verwenden.

Zwischenreinigung

Im nächsten Schritt wird das Eindringmittel von der Bauteiloberfläche entfernt – allerdings so, dass es in den Rissen verbleibt. Dieser Vorgang wird Zwischenreinigung genannt. Ziel ist es, überschüssiges Eindringmittel zu entfernen, ohne dass in den Fehlstellen befindliche Prüfmittel auszuspülen. Aus diesem Grund sind beispielsweise Pinsel oder Hochdruckreiniger für diesen Schritt ungeeignet.

Aufgabe des Entwicklers

Anschließend wird der Entwickler möglichst dünn auf die Oberfläche aufgetragen. Er erfüllt mehrere wichtige Funktionen.

• Erstens dient er als Kontrastmittel. Eine farbige Anzeige ist auf einem hellen Hintergrund deutlich besser sichtbar als auf einer dunklen Oberfläche.
• Zweitens unterstützt der Entwickler das Herausziehen des Eindringmittels aus dem Riss. Das ist notwendig, weil der Kapillareffekt das Eindringmittel zunächst im Riss festhält. Um es herauszuziehen, ist eine größere Kraft erforderlich. Diese Kraft entsteht wiederum durch den Kapillareffekt – diesmal innerhalb der Entwicklerschicht. Der Entwickler besteht aus sehr feinen Partikeln mit kleinen Zwischenräumen und Poren. Diese sind enger als die Rissöffnungen und erzeugen daher eine stärkere Kapillarkraft. Dadurch wird das Eindringmittel aus dem Riss in die Entwicklerschicht gezogen.
• Drittens vergrößert der Entwickler die sichtbare Anzeige. Das Eindringmittel verteilt sich in der Entwicklerschicht nicht nur nach oben, sondern auch seitlich. Dadurch erscheint die Anzeige meist etwas größer als die tatsächliche Rissöffnung.

Die Bedeutung der Anzeigendynamik

Besonders viele Informationen über einen Oberflächenfehler erhält man, wenn man die sogenannte Anzeigendynamik beobachtet. Dabei wird verfolgt, wie sich die Anzeige im Zeitverlauf entwickelt. Form, Intensität und Wachstum der Anzeige können zusätzliche Hinweise auf Art und Größe eines Fehlers geben.

Vorteile und Grenzen der Eindringprüfung

Die Eindringprüfung besitzt gegenüber anderen zerstörungsfreien Prüfverfahren mehrere charakteristische Vor- und Nachteile. Zu den Vorteilen gehören die nahezu universelle Anwendbarkeit auf viele Werkstoffe sowie die gute Anpassungsfähigkeit an komplexe Bauteilgeometrien.

Zu den Nachteilen zählen ein relativ zeitaufwendiger Prüfablauf sowie die Tatsache, dass nur Oberflächenfehler erkannt werden können, und zwar nur solche, die zur Oberfläche hin offen sind.

Fazit Eindringprüfung

Die Eindringprüfung wird häufig unterschätzt und gelegentlich auf den Umgang mit drei Spraydosen – Reiniger, Eindringmittel und Entwickler – reduziert. Tatsächlich handelt es sich jedoch um ein leistungsfähiges Prüfverfahren. Richtig angewendet lassen sich mit der Eindringprüfung – insbesondere mit emulgierbaren, fluoreszierenden Eindringmitteln – Oberflächenfehler mit sehr hoher Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit nachweisen.