Band 86, Heft 5

Zusammenfassung Der 20. Mai 2019 wird als revolutionärer Tag in die Geschichte des internationalen Einheitensystems eingehen. Ab diesem Datum werden sich alle Einheiten auf Fundamentalkonstanten abstützen. Die letzten Maßverkörperungen, wie der Internationale Kilogramm-Prototyp, werden an Bedeutung verlieren und in den Ruhestand geschickt. Auf der Basis von Fundamentalkonstanten wird ein System geschaffen, das eine deutlich höhere Stabilität aufweist und eine Vielzahl an Möglichkeiten zur Realisierung der Einheiten zulässt, die sich auf physikalische Zusammenhänge abstützen. Darüber hinaus sind dem neuen Einheitensystem weder Schranken im Hinblick auf dessen Genauigkeit noch Grenzen im Hinblick auf dessen Realisierungsbereiche auferlegt. Ein System, das viele Vorteile bietet, jedoch nicht mehr so einfach zu verstehen ist, wie das bisherige. Die sieben Basiseinheiten, die Sekunde, der Meter, das Kilogramm, das Ampere, das Kelvin, das Mol und die Candela, werden erhalten bleiben und weisen in ihrer Darstellung nur geringfügige Änderungen auf. So wird die Revolution des Einheitensystems für unser tägliches Leben keine bemerkbaren Auswirkungen haben. Damit geht die ca. 120 Jahre alte Vision von Max Planck in Erfüllung, ein Einheitensystem zu schaffen, das prinzipiell auch für außermenschliche und außerirdische Kulturen geeignet ist.

Zusammenfassung Parallelfedern eignen sich als Führungsmechanik für Tastsysteme der Oberflächen- und Profilmesstechnik. Der Aufbau realisierter Systeme (Gestell-Federn-Koppel) mit Federn aus Stahl oder Kunststoff (PET) wird beschrieben. Anschließend werden relevante Eigenschaften (z. B. Federkonstanten in z -Richtung und in den Querrichtungen y bzw. x , die Querabweichung und die Verkippung der Koppel bei Auslenkung um Δz\Delta z und die Eigenfrequenz) theoretisch betrachtet und Messergebnisse vorgestellt. Es folgen relevante Betrachtungen für die Anwendung wie die Einstellung der Tastkraft und die Korrektur der Querabweichung, sowie als Beispiele die Messung eines Formprofils und eine Rauheitsmessung. Abschließend werden weitere Anwendungsaspekte vorgestellt.

Zusammenfassung Die mikromagnetischen zerstörungsfreien Prüfverfahren bedienen sich der gegenseitigen Abhängigkeit der magnetischen und mechanischen Eigenschaften ferromagnetischer Werkstoffe. Änderungen in Härte, Zugfestigkeit und Streckgrenze, aber auch Last- und Eigenspannungen schlagen sich in Änderungen von Merkmalen der magnetischen Hysteresekurve nieder (beispielsweise Koerzitivfeldstärke, Remanenz und Permeabilität). Die direkte Bestimmung der magnetischen Hysterese ist in der Praxis auf klassische Weise jedoch meist nicht möglich, teilweise aufgrund der hohen Messzeit, teilweise aufgrund der Notwendigkeit, wohldefiniert geformte Proben entnehmen zu müssen, um die Flussdichte über eine probenumfassende Spule messen zu können. Das am Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP entwickelte 3MA-X8-Verfahren (3MA = Mikromagnetische Multiparameter Mikrostruktur und Spannungs-Analyse) bestimmt insgesamt 21 Merkmale, die indirekt Hysteresemerkmale abbilden. Die Extraktion dieser Merkmale basiert überwiegend auf subjektiven Unterschieden in den Messkurven. Die Aufnahme dieser Merkmale erfolgt mit Hilfe eines Prüfkopfes in Aufsatztechnik mit hoher Messgeschwindigkeit in Echtzeit. Bei Klassifizierungs- bzw. Interpolationsproblemen werden diese Merkmale je nach Aufgabenstellung entweder mit Hilfe eines Nächste-Nachbar-Klassifikators bzw. einer multiplen linearen Regression zur zerstörungsfreien Vorhersage von Werkstoffeigenschaften verwendet. Auch kleinere Messeffekte, wie z. B. Zugspannungen, lassen sich hierdurch zwar vorhersagen, bei überlagerten Einflüssen, wie der Verwendung verschiedener Werkstoffe (z. B. 100Cr6, C45 und S235 im normalisierten Zustand) verschlechtert sich die Vorhersagequalität jedoch unter Umständen dramatisch. Es besteht jedoch die Möglichkeit, dass geringe, aber signifikante Messeffekte übersehen werden. Die im Rahmen dieser Veröffentlichung vorgestellte automatisierte Merkmalsextraktion bietet die Möglichkeit, Merkmale auch mit kleinem Messeffekt zur Zielgröße unabhängig vom Beobachter zu extrahieren und dadurch die Vorhersagequalität von Werkstoffeigenschaften auch bei überlagerten Einflüssen, wie z. B. der Verwendung verschiedener Werkstoffe, zu verbessern.

For the interpretation of the Seebeck coefficient S(T)S(T) of transition metal alloys where one or both of the alloy partners develop a spin moment, so far spincluster models in connection with the standard Boltzmann-Fermi theory S(T)∼TS(T)\sim T have been adopted. However, this interpretation suffers from some obvious inconsistencies, in particular with NiCr-alloys. In this contribution we try to alleviate these inconsistencies by implementing the recently proposed correlated electron thermopower terms which appear in the framework of Fermi-Boltzmann statistics when it is applied to Stoner-Slater intraatomic exchange ( J ) split electronic states. For both NiCr- and PtRh-alloys we recover the typical electron correlation term of the thermoelectric power, SD{S_{D}}, while former inconsistencies can be removed. As NiCr and PtRh-alloys are often used in high temperature sensing because of their stability, this new interpretation of the thermoelectric power may help to develop a better calibration and compositional choice of alloy-based thermocouples.

Zusammenfassung Die aktive Thermografie wird zur Detektion von Schäden in kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) verwendet. Aufgrund des bildgebenden und tomografischen Messverfahrens wird eine zerstörungsfreie Prüfung von CFK-Schäden ermöglicht, wie sie z. B. die Serienproduktion von Fahrzeugen fordert. Das indirekte Messverfahren misst die IR-Strahlen infolge einer aktiven Anregung des Prüfobjektes. Anregungsformen, welche im industriellen Umfeld Anwendung finden, sind die sinusförmige Lock-in und die pulsförmige Puls-Phasen Thermografie. In beiden Verfahren wird die erfasste Wärmestrahlung mittels Fast Fourier Transformation in ein Phasenbild überführt. Die quantitative Auswertung erfolgt anhand der gemessenen Phasenwerte und des Phasenbildes. Während die Lock-in Thermografie den Vorteil der Rauschunterdrückung und Detektion von tieferliegenden Schäden bietet, kann durch die Puls-Phasen Thermografie eine zeiteffizientere und somit wirtschaftlichere Messung erfolgen. In diesem Beitrag wird eine automatisierte Auswertung von Bildaufnahmen mittels Lock-in und Puls-Phasen Thermografie entwickelt und ein quantitativer Vergleich beider Verfahren hinsichtlich messtechnischer und wirtschaftlicher Kriterien der Schadensdetektion von CFK-Strukturen durchgeführt.

Zusammenfassung Ultraschallwandler werden zum Senden und Empfangen akustischer Wellen eingesetzt und bilden damit das Herzstück eines jeden Ultraschallprüfgeräts. Je nach Anwendung arbeiten sie in unterschiedlichen Frequenzbereichen. Ultraschallwandler mit niedrigen Arbeitsfrequenzen von 1 kHz bis 1 MHz werden insbesondere für Sonaranwendungen benötigt, wohingegen Hochfrequenz-Ultraschallwandler mit Arbeitsfrequenzen von mehr als 15 MHz für die hochauflösende Bildgebung im Rahmen biomedizinischer Untersuchungen und zerstörungsfreier Prüfverfahren interessant sind. Herkömmliche zerstörungsfreie Diagnose- und klinische Ultraschallbildgebungssysteme werden typischerweise mit Ultraschallwandlern, die bei Frequenzen zwischen 1 MHz und 10 MHz arbeiten, betrieben. Im Hinblick auf eine leistungsfähige Auslegung und kosteneffektive Fertigung müssen sowohl die verwendeten piezoelektrischen Komponenten als auch die Größe und innere Struktur solcher Wandler auf den Anwendungsfall zugeschnitten sein. Neben dem Ultraschallwandler, als aktives Element zur Umwandlung von elektrischer Energie in Schallenergie und umgekehrt, werden in einem Ultraschallprüfkopf weitere Komponenten wie Dämpfungskörper und Anpassschichten integriert um die Funktion an die jeweilige Messaufgabe anzupassen. Der Aufbau funktionsfähiger Ultraschallgeräte umfasst darüber hinaus die Ansteuer- und Auswerteelektronik sowie die Bildverarbeitung. Im vorliegenden Artikel werden verschiedene Fertigungstechnologien für Ultraschallwandler unterschiedlicher Frequenzbereiche vorgestellt, die von den Autoren in den vergangenen Jahren entwickelt wurden. 1-3-Piezokomposite auf der Basis von piezokeramischen Fasern können in nahezu jeder Dicke hergestellt werden, was Arbeitsfrequenzen entsprechender Ultraschallwandler zwischen 40 kHz und 8 MHz erlaubt. Das Soft-Mold-Verfahren ermöglicht die Herstellung von Hochfrequenz-Ultraschallwandlern mit Arbeitsfrequenzen von 5 MHz bis 40 MHz. Hochintegrierte Wandler können durch Siebdruck von Elektroden-, Piezokeramik- und Isolationsschichten auf mikroelektronischen Substraten hergestellt werden. Damit sind strukturierte Ultraschallwandler mit Arbeitsfrequenzen zwischen 5 MHz und 30 MHz möglich.