Sichere Prüftechnik: Zerstörungsfreie Eigenspannungsmessung mit Ultraschall
25. September 2018
Eigenspannungsmessung an einem Güterwagenrad.
Eigenspannungen haben erhebliche Auswirkungen auf die Eigenschaften von Bauteilen. Sie beeinflussen unter anderem die Ermüdungsfestigkeit und die Bruchzähigkeit. Dabei ist nicht nur die Höhe der Eigenspannung entscheidend, sondern auch ihr Vorzeichen – also ob Zug- oder Druckspannungen vorliegen. Druckeigenspannungen verbessern typischerweise die Bauteileigenschaften, während Zugeigenspannungen sie verschlechtern können. Für die Beurteilung der Betriebssicherheit und Lebensdauer ist daher eine zuverlässige Kenntnis des Eigenspannungszustands essenziell.
Verfahren zur Eigenspannungsmessung
Zur Bestimmung von Eigenspannungen stehen verschiedene Messverfahren zur Verfügung. Ein etabliertes Verfahren ist die Messung mit Dehnungsmesstreifen. Hierbei wird das Bauteil in der Regel lokal zertrennt – das Verfahren ist also meist zerstörend. Röntgengoniometer ermöglichen die Eigenspannungsmessung im oberflächennahen Bereich von Bauteilen. Sie sind besonders für die Analyse von Randzonen geeignet.
Eine zerstörungsfreie Erfassung über den gesamten Querschnitt hinweg ist hingegen mit polarisierten Ultraschallwellen möglich. Dieses Verfahren eröffnet neue Perspektiven, insbesondere für sicherheitskritische Bauteile mit komplexem Spannungszustand.
Praxisbeispiel: Eisenbahnräder von Güterwagen
Ein besonders sensibles Anwendungsfeld sind Eisenbahnräder von Güterwagen. Bei diesen Rädern erfolgt die Bremsung häufig über Klotzbremsen, die direkt auf die Laufflächen wirken.
Während des Bremsvorgangs entsteht in den Radkränzen erhebliche Wärme. Diese thermische Belastung führt zum Aufbau von Zugeigenspannungen. In der Folge können Dauerfestigkeit und Bruchzähigkeit so weit reduziert werden, dass im Extremfall Radbrüche auftreten.
Aus diesem Grund muss der Eigenspannungszustand solcher Räder kontinuierlich überwacht werden. Zwar existieren etablierte Ultraschall-Prüftechniken, doch stoßen diese bei bestimmten Radtypen und fortgeschrittenen Verschleißzuständen an ihre Grenzen.
Kann der Spannungszustand nicht zuverlässig bestimmt werden, bleibt aus Sicherheitsgründen oft nur die Verschrottung der betroffenen Räder – mit entsprechenden wirtschaftlichen Konsequenzen.
Ultraschall-Prüftechnik für Grenzfälle
Die W.S. Werkstoff Service GmbH hat sich intensiv mit dieser Problemstellung beschäftigt und eine ultraschallbasierte Prüftechnik entwickelt, die auch in solchen „Grenzfällen“ eine zuverlässige Eigenspannungsmessung ermöglicht.
Grundlage dieser Entwicklung sind unsere langjährigen Qualifikationen in der zerstörungsfreien Ultraschallprüfung sowie unsere Expertise in der mechanisch-technologischen Prüfung. Letztere ist insbesondere für die korrekte Kalibrierung des Prüfsystems entscheidend, da nur eine präzise Referenzierung valide Spannungswerte liefert.
Mehr als nur Räder: Flexibel einsetzbar
Ein wesentlicher Vorteil unserer Eigenentwicklung besteht darin, dass sie – im Gegensatz zu vielen etablierten Prüfsystemen – nicht auf Eisenbahnräder beschränkt ist. Auch andere metallische Bauteile lassen sich mit der W.S.-Prüftechnik untersuchen.
Der „Preis“ dieser Flexibilität liegt im hohen Anspruch an das Prüfpersonal: Die korrekte Erfassung und Interpretation der Messdaten erfordert fundierte Fach- und Sachkenntnisse in Werkstoffkunde, Spannungsanalyse und Ultraschallprüfung. Genau hier setzen wir an.
W.S. Werkstoff Service – Kompetenz in ZfP-Dienstleistung
Die neu entwickelten Kompetenzen nutzt die das W.S. MaterialtestCenter sowohl in der ZfP-Prüfdienstleistung als auch in der Schulung von Prüfpersonal.
Sie wollen sich in der ZfP schulen? Weitere Informationen zu unseren Bildungsangeboten finden Sie auf https://www.werkstoff-service.de/trainingcenter/kurse-und-seminare-buchen/kurse-zerstoerungsfreie-pruefung/
