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
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Tag der Automobilindustrie, Luxemburg (24.09.08)
Fraunhofer Innovationscluster Automotive Quality Saar (AQS)
Entwicklungszentrum Qualitätssicherung Automobil-Werkstoffe und Verarbeitungsprozesse
für die Automobilzulieferindustrie
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Tag der Automobilindustrie, Luxemburg (24.09.08)
Fraunhofer Institut für Zerstörungsfreie PrüfverfahrenFraunhofer Automotive Quality Saar
Aufgaben- und Kompetenzfelder
Anwendungen zur Qualitätssicherung Automobilindustrie
Fraunhofer Innovationscluster Automotive Quality Saar (AQS)
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Tag der Automobilindustrie, Luxemburg (24.09.08)
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
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Fraunhofer Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP)
www.izfp.fraunhofer.de
IZFP Saarbrücken
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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
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Fraunhofer Automotive Quality Saar (AQS)
Fraunhofer Innovationscluster Automotive Quality Saar
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Fraunhofer Institut für Zerstörungsfreie PrüfverfahrenFraunhofer Automotive Quality Saar
Aufgaben- und Kompetenzfelder
Anwendungen zur Qualitätssicherung Automobilindustrie
Fraunhofer Innovationscluster Automotive Quality Saar (AQS)
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Tag der Automobilindustrie, Luxemburg (24.09.08)
Kompetenzen / Anwendungen am AQS
Antriebsstrang, Fahrwerk, Lenkung
Karosserie:Struktur, Außenteile
Motor u. Aggregate
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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
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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
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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 …
Fraunhofer Innovationscluster Automotive Quality Saar
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Fraunhofer Institut für Zerstörungsfreie PrüfverfahrenFraunhofer Automotive Quality Saar
Aufgaben- und Kompetenzfelder
Anwendungen zur Qualitätssicherung Automobilindustrie
Fraunhofer Innovationscluster Automotive Quality Saar (AQS)
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Tag der Automobilindustrie, Luxemburg (24.09.08)
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)
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Tag der Automobilindustrie, Luxemburg (24.09.08)
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
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Tag der Automobilindustrie, Luxemburg (24.09.08)
Aufwendige zerstörende PrüfungenEntnahme von mehreren ProbenZugprüfungen + Härteprüfungen-> Hohe Prüfkosten
Formhärten – Herkömmliche Qualitätssicherung
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Tag der Automobilindustrie, Luxemburg (24.09.08)
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
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• Härte, Rm, Rp0.2, A50 • Eigenspannungen• Schleiffehler• ferromagnetische Stähle
• Handprüfgeräte, aber auch• Voll-automatisierte Prüfsysteme
3MA-Prüfkopf
3MA-Technik für die Werkstoffcharakterisierung
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Tag der Automobilindustrie, Luxemburg (24.09.08)
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
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Metallschaum Röntgenaufnahme während des Aufschäumens
Leichtbau: Zerstörungsfreie Charakterisierung von Metallschäumen
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Leichtbau: Zerstörungsfreie Charakterisierung von Alu-Felgen
Poren / Lunker im Felgenbett Poren / Lunker im Radausschnitt
VIDEO VIDEO
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Prüfung von Tailored Blanks (linear verschweißt)
0.75 mm0.75 mm
1.50 mm1.50 mm
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Prozessintegrierte Prüfung der Laser- Schweißnaht (Tailored Blanks)
Koppelmittelfreie Prüfung mit elektromagn. angeregtem Ultraschall (EMUS)
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Tailored Blanks: Schweißnahtprüfung mit EMUS
Weld
End face
Laser Weld InspectionScanning direction
Pos. 3 on X-ray film
Ultraschall-B-BildMikrofokus-Radiografie
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Laserschweißnähte Karosserie: Ultraschall-Prüfung
C-Bild
SchweißnähteA-Bild mit Blendenposition
Eintrittsecho
Rückwandechos
Blende
Farbskala
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Laserschweißnähte Karosserie
Naht 2
C-Bild
Naht 2
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Bestimmung der Clinchpunkt -Bodendicke
Clinchpunkte (Karosserie)
(Wirbelstromprüfung)
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Schraub-Werkzeug:
Integrierte Ultraschall-Sensorikzur Online-Regelung derSchrauben-Vorspann-Kraft
Schraubverbindungen: Online Regelung der Spannkraft mit Utraschall
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Schrauber
Direkte Kontrolle der Vorspannkraft
mit integrierter Ultraschall-Sensorik
Schraubverbindungen: Online Regelung der Spannkraft mit Utraschall
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Prototyp-System
in automatisierterSchrauber-Anlage
Schraubverbindungen: Online Regelung der Spannkraft mit Utraschall
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Anwendungfür handgeführteSchrauber
Schraubverbindungen: Online Regelung der Spannkraft mit Utraschall
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Lösung: mobiles, xy- US- Scansystem zur einfachen Montage an den Seitenflächen
Klebverbindungen (Einscheibungen von Nutzfahrzeugen)
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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)
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Prüfung von Werkstoffverbunden mit Impuls-Thermografie
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Impuls-Thermografie
Blitzdauer:0,2 … 12,5 ms
Blitzenergie:2x 3200 J
Messdauer:ca. 300 ms
Optisch angeregte Thermografie
Fraunhofer Innovationscluster Automotive Quality Saar
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Ring mit Innenbeschichtung – Delaminationsanalyse mit T(r,t)
Video
Impulsthermografie
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Klebungen im Automobil-Bereich (DC A-Klasse)
Quelle: „ZfP von Materialverbunden“, BMBF-Verbundprojekt, Abschlußbericht, 2001
Impuls-Thermografie
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Impuls-Thermografie: geschäumte PKW-Instrumententafel
25 °C 35 °C
Porenagglomerationen
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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
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Ferrit (z.B. S235)Austenit (z.B. X5CrNi18-10)
Oberflächenrissprüfung mit induktiver Impuls-Thermografie
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Oberflächenrissprüfung mit Impuls-Thermografie
PhasenbildAmplitudendarstellung
Schmiedeteil mit Riss in der Mantelfläche
Bildausschnitt: ca. 55 mm x 40 mm;
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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)
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Risse
Sensorkamm
Oberflächenrissprüfung mit magnetischen Streuflussverfahren (GMR)
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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
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Fraunhofer InnovationsclusterAutomotive Quality Saar
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Entwicklungszentrum Qualitätssicherung Automobil-Werkstoffe und Verarbeitungsprozesse
für die Automobilzulieferindustrie