Inspektion von Rotorblättern mit Wärmefluss-Thermographie

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Die Wärmefluss-Thermographie ist ein zerstörungsfreies Prüfverfahren für die Qualitätssicherung in der Produktion. Durch die Analyse des Wärmeflusses bzw. der Wärmeleitfähigkeit von Werkstücken können unterhalb der Oberfläche liegende und daher äußerlich nicht sichtbare Fehlstellen erkannt werden. Grundsätzliche Vorteile des thermographischen Wärmefluss-Prüfverfahrens sind das bildgebende Funktionsprinzip, die hohe Prüfgeschwindigkeit und die relativ einfache Automatisierbarkeit. Die möglichen Einsatzgebiete der Wärmefluss-Thermographie liegen vor allem bei der Erkennung von äußerlich nicht sichtbaren Materialdefekten in Werkstücken (Haftungs- und Klebefehler, Delaminationen, Blasen, Lunker, Risse oder Korrosionen) oder der Bestimmung von Schichtdicken in Verbundmaterialien. Außerdem können auch Dichtigkeiten, Schweißnähte und Schweißpunkte überprüft oder Fremdkörper in Lebensmitteln detektiert werden.

Rotorblätter müssen für einen reibungslosen Betrieb regelmäßig gewartet werden. Mithilfe der Wärmefluss-Thermographie können die häufigsten Fehler, wie Risse, Verklebungsfehler oder Lufteinschlüsse gefunden werden. Die moderne Infrarottechnik kann Flächen von mehreren Quadratmetern innerhalb einer Minute vollständig erfassen. Sie stellt einen zuverlässigen Ersatz für die traditionelle visuelle oder Perkussionsmethode dar. Außerdem ist sie auch für die Qualitätskontrolle von Rotorblättern in der Fertigung geeignet.

Die Infrarot-Thermographie macht sich die Tatsache zu Nutze, dass alle Objekte, die sich auf einer Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunktes befinden, Strahlung im infraroten Bereich abgeben, die für die jeweilige Temperatur charakteristisch ist. Für Temperaturen zwischen 0 °C und 1000 °C wird dabei die maximale Intensität bei Wellenlängen zwischen 3 μm und 10 μm abgestrahlt. Diese Strahlung kann durch spezielle Kameras erfasst werden, so dass sich ein Bild der Oberflächentemperatur der Messobjekte ergibt. Besondere Bedeutung für die zerstörungsfreie Prüfung hat die aktive Thermographie, bei der das Untersuchungsobjekt einem Wärmeimpuls ausgesetzt wird. Dieser verursacht eine Wärmefront, die in das Objekt eindringt, während sich die Oberfläche wieder abkühlt. Wird die Ableitung der Wärme ins Objektinnere durch Fehlstellen mit geringerer Wärmeleitfähigkeit behindert, bleibt die Oberfläche über der Fehlstelle länger warm. Dies kann im Thermographiebild erkannt und zur Erkennung der Fehlstellen ausgenutzt werden. Neben unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten können auch unterschiedliche Wärmekapazitäten zu unterschiedlichen Zeitverläufen bei der Erwärmung beziehungsweise Abkühlung führen. So lässt sich zum Beispiel eingedrungenes Wasser erkennen, das eine wesentlich höhere Wärmekapazität hat als die meisten Kunststoffe. Dementsprechend ist über wasserhaltigen Objektbereichen die Oberflächentemperatur geringer als in der Umgebung. Auch die passive Thermographie, bei der das Objekt nur von einer Kamera beobachtet wird, hat für die Kontrolle von Rotorblättern eine gewisse Bedeutung: »Kissing Bonds«, Risse etc. verursachen im Betrieb eine Eigenerwärmung durch Reibung und lassen sich so detektieren.