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Turbinenscheiben prüfen – schnell & präzise mit Ultraschall

Die zerstörungsfreie Ultraschallprüfung ist ein zentraler Bestandteil der Produktion und Instandhaltung von Turbinenscheiben. Wir unterstützen Sie bei diesem Prozess mit der produktionsbegleitenden Serienprüfung in unserem VOGT Prüfzentrum als auch der Lieferung von Ultraschallprüfsystemen für Ihre Produktionslinie.
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präzise Analyse

Prüfung einer Turbinenscheibe

Flugzeugbauteile wie Turbinenscheiben unterliegen im Betrieb extremen physikalischen Belastungen. Schon minimale Materialfehler in solchen kritischen Bauteilen können fatale Auswirkungen haben. So können bei Materialversagen Teile des Flugzeuges beschädigt oder sogar die ganze Turbine außer Kraft gesetzt werden.

Prüfung vor Inbetriebnahme

Die Überprüfung von Turbinenscheiben erfolgt mit zerstörungsfreien Prüfmethoden. Zum einen begründet sich dieses durch den ökonomischen Aspekt, da insbesondere Bauteile der Luftfahrtindustrie sehr kostenintensiv sind. Zum anderen ist bei diesen hoch-sicherheitsrelevanten Bauteilen zum Schutz von Mensch und Umwelt eine 100%ige, produktionsbegleitende Prüfung vorgeschrieben. Das bedeutet, dass jede Turbinenscheibe, die im Flugzeug verbaut wird, vorher zerstörungsfrei auf Materialfehler hin exakt überprüft wird. Typische Fehlstellen sind Ungänzen im Material wie z. B. Überlappungen, Schmiederisse, Einschlüsse und Porennester.

Wiederkehrende Prüfung bei der Instandhaltung

In regelmäßigen Abständen werden die Turbinenscheiben nach Flight Cycles oder Flight Hours während ihres Lebenszyklus einer wiederholten Prüfung unterzogen, um z.B. Belastungsrisse im Material frühzeitig zu erkennen und so kostenintensiven oder lebensbedrohlichen Schäden vorzubeugen. Hierbei kommt die Prüfung mit Ultraschall eher selten vor. Vorrangig erfolgen Sichtprüfungen und Oberflächenrissprüfungen.
im VOGT Prüfzentrum

VOGT Ultrasonics ist Ihr Dienstleister für die Turbinenscheibenprüfung

Die Ultraschallprüfung ist eine Methode der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung und eignet sich für das Detektieren und das präzise Verorten kleinster innliegender Fehler im Bauteil. Hierfür werden sogenannte Ultraschallprüfsyteme eingesetzt.

Schall hat die Eigenschaft an Grenzflächen ganz oder zum Teil zu reflektieren. Solche Grenzflächen sind Übergänge von einem zum anderen Material oder Zustand, z.B. von Stahl zu Luft. So wird Schall also auch an Fehlstellen im Material wie z.B. Einschlüsse, Poren und Lunkern zum Teil reflektiert. Diesen Umstand macht sich die Ultraschallprüfung zu Nutze. Dafür leitet ein an ein Ultraschallprüfsystem angeschlossener Prüfkopf Schall ins Material und nimmt die Reflexionen der Fehlstellen wieder auf. Vereinfacht ergibt sich daraus ein sogenanntes A-Bild, welche das Innere des Materials und so auch Fehlstellen für den Prüfer sichtbar macht. Eingeleitet wird der Schall mit Hilfe eines Koppelmittels, meist Wasser oder Gel, welches auf das Bauteil aufgetragen wird.

Bei der Ultraschallprüfung von Turbinenscheiben, bei welcher eine extrem hohe Genauigkeit gefordert ist, erfolgt die Prüfung in Ultraschall Tauchtechnik. Wie der Name schon sagt, wird das Bauteil bei der Tauchtechnikprüfung in ein Wasserbecken getaucht. Dies hat den Vorteil, dass die Turbinenscheibe nun im Koppelmedium Wasser selbst liegt, wodurch die Ankopplung hierbei nur geringen Schwankungen unterliegt. Dieser Prüfaufbau eignet sich dadurch ideal für die sichere und kosteneffiziente Automatisierung.

im VOGT Prüfzentrum

Prüfung von Turbinenscheiben mit Ultraschalltauchtechnik

Die Ultraschallprüfung ist eine Methode der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung und eignet sich für das Detektieren und das präzise Verorten kleinster innliegender Fehler im Bauteil. Hierfür werden sogenannte Ultraschallprüfsyteme eingesetzt.

Schall hat die Eigenschaft an Grenzflächen ganz oder zum Teil zu reflektieren. Solche Grenzflächen sind Übergänge von einem zum anderen Material oder Zustand, z.B. von Stahl zu Luft. So wird Schall also auch an Fehlstellen im Material wie z.B. Einschlüsse, Poren und Lunkern zum Teil reflektiert. Diesen Umstand macht sich die Ultraschallprüfung zu Nutze. Dafür leitet ein an ein Ultraschallprüfsystem angeschlossener Prüfkopf Schall ins Material und nimmt die Reflexionen der Fehlstellen wieder auf. Vereinfacht ergibt sich daraus ein sogenanntes A-Bild, welche das Innere des Materials und so auch Fehlstellen für den Prüfer sichtbar macht. Eingeleitet wird der Schall mit Hilfe eines Koppelmittels, meist Wasser oder Gel, welches auf das Bauteil aufgetragen wird.

Bei der Ultraschallprüfung von Turbinenscheiben, bei welcher eine extrem hohe Genauigkeit gefordert ist, erfolgt die Prüfung in Ultraschall Tauchtechnik. Wie der Name schon sagt, wird das Bauteil bei der Tauchtechnikprüfung in ein Wasserbecken getaucht. Dies hat den Vorteil, dass die Turbinenscheibe nun im Koppelmedium Wasser selbst liegt, wodurch die Ankopplung hierbei nur geringen Schwankungen unterliegt. Dieser Prüfaufbau eignet sich dadurch ideal für die sichere und kosteneffiziente Automatisierung.

Abb.: Aufbau einer Turbinenscheibenprüfung in Ultraschall Tauchtechnik

Im Tauchbecken befindet sich ein Drehteller, auf welchem die Turbinenscheibe platziert wird. Dieser rotiert die Scheibe um die eigene Achse. Ein sogenannter Tauchtechnikprüfkopf leitet den Schall über das Wasser in das Bauteil ein. Hierbei wird ein Manipulator genutzt, welcher den Prüfkopf in 5 Achsen (X-,Y- und Z-Achse sowie die Prüfkopfachsen a, b) verfährt und so optimal positionieren kann. Während der Drehteller die Turbinenscheibe entlang des Prüfkopfes rotiert, kann dieser so über verschiedene Winkel einschallen. Dadurch werden mögliche Fehler sicher gefunden und präzise verortet.

Für eine hohe Reproduzierbarkeit und Genauigkeit werden diese Bewegungen zuvor für die Serienprüfung im Prüfsystem als fester Prüfablauf gespeichert und anschließend automatisiert. So wird jede Scheibe identisch geprüft und eine hohe Prüfsicherheit und Genauigkeit erreicht.

Voraussetzung für die Prüfung von Turbinenscheiben mit Ultraschall

Turbinenscheiben haben immer eine rotationssymetrische Bauteilgeometrie. Die Oberfläche darf eine bestimmte Rauheit nicht überschreiten, um zu gewährleisten das eine ausreichende Fehlernachweisbarkeit sichergestellt ist. Größere Oberflächenrauheiten streuen den Schall und sorgen damit für eine schlechte Einleitung des Schalls in das Bauteil und damit für eine schlechtere Detektierbarkeit von Fehlstellen. Als Richtwert kann man Werte zwischen 0,8µm und 2,3µm Rauheit anführen. Grundsätzlich gilt: je besser die Oberfläche, umso kleinere Ungänzen sind nachweisbar.

Prüfbericht

Prüfberichte werden gemäß Normforderung oder ganz individuell nach Kundenwunsch erstellt. Hierbei gibt es die Möglichkeit der grafischen Darstellung einer Anzeige oder auch der tabellarischen Auflistung mit Koordinaten zur genauen Bestimmung der Fehlerlage. Durch die Möglichkeit der Echtzeitdatenspeicherung kann sogar nachträglich erneut unter Verwendung angepasster Bewertungsparameter ein Bauteil bewertet werden, das sich physikalisch nicht mehr in der Prüfanlage befindet und schon zum Kunden zurückgeschickt wurde. Durch die Datenaufnahme von Amplitude (Rückschallenergie der Fehlstelle) und Schallweg (Ortslage der Anzeige) kann ein Fehler auch als 3D Bild dargestellt werden. Für die Analyse einer Fehlstelle sind Schnittbilder aus verschiedenen Einschallwinkeln und Positionen üblich.

Turbinenscheiben prüfen im VOGT Prüfzentrum

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Sicherheit geht vor

Sind die Prüfungen Pflicht?

Bestimmte Prüfungen sind von den Luftfahrtorganisationen gesetzlich vorgeschrieben. Sie definieren exakt, welche Komponente wie, wann und von wem geprüft werden muss. Die eingesetzten Prüfer müssen hierbei für diese Aufgabe offiziell zertifiziert sein. So werden bei VOGT Ultrasonics für die Luftfahrtindustrie Prüfer mit EN 4179 Level 2 (UT-2) für die Durchführung der Prüfung eingesetzt. Darüber hinaus hat VOGT Ultrasonics auch Ultraschall Level III(UT-III) und FPI Level III (PT-III) nach EN4179 zertifiziertes Personal und darf somit auch Prüfanweisungen erstellen und freigeben.

Die Art und Frequenz der Prüfung von Bauteilen aus der Luftfahrtindustrie sind bauteilspezifisch und hängen davon ab, welchen Belastungen sie ausgesetzt sind. Grundsätzlich sind Turbinenscheiben sogenannte „Critical parts“ und unterliegen höchsten Prüfanforderungen.

Warum sind Turbinenscheibenprüfungen nötig?

Wenn eine Turbinenscheibe während des Fluges reißt, können abgeplatzte Teile die Tragfläche oder den Rumpf beschädigen, Menschenleben gefährden und sogar zur Explosion des Triebwerks führen. Um einen solchen Schaden hervorzurufen, können winzige Haarrisse ausreichen, die kaum oder innliegend mit bloßem Auge gar nicht wahrnehmbar sind. Deswegen unterliegen Turbinenscheiben besonders hohen Prüfanforderungen. Hier reichen also keine Stichprobenprüfungen. Alle gefertigten Scheiben müssen zwingend vor dem weiteren Verbau ultraschallgeprüft werden.

PRO & CONTRA

Vorteile der Prüfung von Turbinenscheiben per Ultraschall

Aufgrund Ihrer Eigenschaften ist die Ultraschallprüfung die ideale Prüfmethode für Turbinenscheiben. Diese ist hierfür durch die Hersteller- und Normforderung vorgeschrieben. Mit ihrer Hilfe bekommt der Prüfer in kurzer Zeit einen umfassenden Einblick in das Innere der Turbinenscheiben, ohne diese zu zerstören.

Im Gegensatz zu anderen zerstörungsfreien Prüfverfahren bietet die Ultraschall-Volumenprüfung, senkrecht und unter verschiedenen Einschallwinkeln, zudem eine exakte räumliche Lokalisierung der Materialfehler. So wird auch die sog. Multi-Zonen-Prüfung möglich. Hierbei können durch Fokussierung auf unterschiedliche Bauteilbereiche beste Fehlerauflösungen in allen Tiefenlagen erreicht werden.

falls noch Fragen offen sind

FAQ

Turbinenscheiben unterliegen höchsten Qualitätsanforderungen, da sie während ihres Betriebs hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Deswegen werden die meisten Turbinenscheiben einer 100% Prüfung unterzogen. Das bedeutet, dass jede Turbinenscheibe, die die Produktion verlässt, genaustens geprüft wird.

In regelmäßigen Abständen werden die Turbinenscheiben während ihres Lebenszyklus einer wiederholten Prüfung (visuell oder mit Oberflächenrißprüfverfahren) unterzogen, um z.B. Belastungsrisse im Material frühzeitig zu erkennen und so kostenintensiven oder lebensbedrohlichen Schäden vorzubeugen.

Bei der Ultraschallprüfung von Turbinenscheiben werden Materialfehler an der Oberfläche sowie im Volumen der Turbinenscheiben wie Risse, Belastungsrisse, Poren, Lunker und Einschlüsse detektiert.

Ultraschall bietet eine sehr gute Auflösung des Inneren des Materials. So lassen sich mögliche Fehler in Turbinenscheiben materialabhängig ab einer Größe von 0,1 mm KSR (Kreis-Scheiben-Reflektor) bestimmen. Durch das Einschallen aus verschiedenen Winkeln können die Fehler dabei präzise geortet werden.
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für die Prüfung von Turbinenscheiben (MTU)


für die Ultraschallprüfung von Turbinenscheiben in unserem Prüfzentrum in Burgwedel (Hannover)

Wir sind ein akkreditiertes Prüflabor



für den systematischen und wirksamen Arbeitsschutz.


Wir können Ihnen im Rahmen einer Arbeitnehmer­über­lassung qualifiziertes Prüf­personal zur Verfügung stellen.

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