Neuartiges Verfahren zur Erkennung minimaler Fehlstellen mit Wilhelm-Klauditz-Preis ausgezeichnet

Dr. Torben Marhenke wurde im November in Braunschweig mit dem Wilhelm-Klauditz-Preis ausgezeichnet. Das Preiskomitee honorierte damit die langjährigen Forschungsarbeiten für die erfolgreiche Entwicklung eines neuen zerstörungsfreien Prüfverfahrens zur Erkennung von Fehlstellen ab einem Durchmesser von 1 mm.  

Der mit 5.000 Euro dotierte Wilhelm-Klauditz-Preis wird im dreijährigen Turnus für herausragende wissenschaftliche oder anwendungsorientierte Arbeiten auf dem Gebiet der Holzforschung und des Umweltschutzes vergeben.

Einfache und zuverlässige Bestimmung der mechanischen Parameter von Holzwerkstoffen

Trotz der jahrelangen Verwendung von Holzwerkstoffen im Baubereich mangelte es bislang an ingenieurtechnischem Wissen über die messtechnische Ermittlung mechanischer Holzwerkstoffparameter. Im Gegensatz zu isotropen Werkstoffen wie Metallen, werden für Holzwerkstoffe nicht nur zwei, sondern neun Parameter zur eindeutigen Beschreibung des mechanischen Materialverhaltens benötigt. Mit den von Marhenke im Rahmen seinen Forschungsarbeiten entwickelten Messmethoden können zukünftig alle neun benötigten Parameter zerstörungsfrei, zuverlässig sogar direkt im Fertigungsprozess bestimmt werden.

Ressourcenschonung durch bessere Qualitätssicherung

Beide Verfahren bedeuten für die Branche einen enormen Gewinn. Eventuell vorhandene Probleme bei der Produktion können frühzeitig erkannt und Gegenmaßnahmen schnell ergriffen werden. Dadurch können Ausschüsse reduziert und entsprechende Qualitäten trotz steigender Anforderungen garantiert werden.

Auch für den verstärkten Einsatz z. B. von Holzwerkstoffplatten als Konstruktionswerkstoff ist die Erkennung selbst kleinster Delaminationen essentiell, denn beginnend von diesen kleinen Delaminationen können Risse entstehen oder es kann Feuchtigkeit ins Material eindringen. Durch das neuartige Prüfverfahren kann das gesamte Anwendungspotenzial von Holzwerkstoffen als Konstruktionswerkstoff ausgeschöpft werden.

Quantensprung bei der Erkennung von Delaminationen

Bei dem von Marhenke im Rahmen seiner Promotion entwickelten Prüfungsverfahren handelt es sich um eine Weiterentwicklung des luftgekoppelten Ultraschallverfahrens (Air-Coupled Ultrasound, ACU). Bei Einsatz dieses Verfahrens ist zwar kein Kopplungsmittel zwischen Schallkopf und Prüfmuster notwendig, es muss allerdings bei Einsatz in der Produktion in der Regel ein Mindestabstand zwischen Probe und Schallköpfen eingehalten werden, um Verunreinigungen oder Schäden an den Schallköpfen zu vermeiden.

Durch die Wellenbeugung wird mit zunehmendem Abstand die Abbildung immer unschärfer; ein Zusammenhang, der sich insbesondere bei dickeren Verbundstoffen wie z. B. Holzwerkstoffplatten negativ auswirkt. Konnten bisher mit diesem Verfahren Fehlstellen erst ab einer Größe von 25 mm x 25 mm detektiert werden, können mit der von Marhenke entwickelten Erweiterung des Messverfahrens zukünftig Fehlstellen ab einem Durchmesser von 1 mm erkannt werden. Neben der reinen Fehlererkennung kann mit dem Verfahren sogar die exakte Position der Fehlstelle bestimmt und Rückschlüsse auf die Fehlerursache gezogen werden.

Zeitumkehr als Lösungsansatz

Bei dem bisher eingesetzten ACU-Verfahren kommt es durch den Verzicht auf Kopplungsmedien zu enormen Übertragungsverlusten. Diese werden durch den neuen, speziell entwickelten Auswertungsalgorithmus kompensiert. Durch die in diesem Algorithmus vorgenommene Zeitumkehr (Time Reversal, TR) wird die Fehlerauflösung der ACU-Bildgebung erheblich verbessert. Bei der als ACU-TR bezeichneten Methode wird die gesamte Druckverteilung, die von einer ACU-Quelle abgestrahlt wird, über Empfänger gemessen und durch Anwendung der Physik der akustischen Holographie an der entsprechenden Defektebene rekonstruiert. Dadurch kann die minimal detektierbare Defektgröße erheblich verbessert werden.