Detektion und Evaluation von Inhomogenitäten im Volumen und an inneren Grenzflächen in polymeren Isoliersystemen mittels Ultraschall

Walter, Philipp James Ludwig; Schnettler, Armin (Thesis advisor)

Aachen / Publikationsserver der RWTH Aachen University (2006, 2007) [Doktorarbeit]

Seite(n): II, 153 S. : Ill., graph. Darst.

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Potenzials der Ultraschalldiagnostik zur Zustandsbewertung von polymeren Isoliersystemen. Es werden als Schädigungsformen singuläre Fehlstellen im Isoliervolumen sowie Inhomogenitäten an inneren Grenzflächen betrachtet, welche ein relevantes Schädigungspotenzial hinsichtlich der Isolationsfähigkeit aufweisen. Die Detektion solcher Inhomogenitäten und die Evaluation von den das Schädigungspotenzial bestimmenden Parametern, wie die Bestimmung der Größe eines singulären Fremdstoffeinschlusses und die Ermittlung einer Delamination an einer inneren Grenzfläche, sind in polymeren Isoliersystemen in der Vergangenheit mittels Ultraschall nicht ausreichend untersucht worden. In dieser Arbeit werden Verfahren für die Detektion und Evaluation der beschriebenen Fehlstellen vorgestellt. Im Rahmen der Arbeit wird ein Ultraschall-Messsystem verwendet, welches die automatisierte Durchführung von Ultraschall-Messungen erlaubt. Die zu untersuchenden Prüfkörper werden in der Tauchtechnik vermessen, wobei Wasser zur Ankopplung verwendet wird. Mittels der entwickelten Software DISCUS wird eine Weiterverarbeitung und Auswertung der Messergebnisse erreicht. Für die Bewertung der Größe einer detektierten Fehlstelle ist die Vergleichskörpermethode geeignet. Durch die Ermittlung der kugel- und kreisscheibenförmigen Ersatzreflektorgröße kann die voraussichtlich zu erwartende sowie die minimale Fehlergröße eines Lufteinschlusses, dessen Größe im Bereich von 0,2 mm bis 3 mm liegt, unabhängig von der Tiefenlage angegeben werden. Es werden Einflussgrößen auf die Größenbestimmung, wie die Art des betrachteten Silikonelastomers und die Temperatur, untersucht. Eine Aussage über das Material einer Fehlstelle kann durch die Auswertung der Phasenlage der reflektierten Echoimpulse erreicht werden. Informationen über die Geometrie und Orientierung einer Fehlstelle können durch die Anwendung eines Winkelprüfverfahrens gewonnen werden. Als Bewertungsverfahren wird die Dynamik der Reflektivität über dem Einschallwinkel vorgestellt. Hierbei müssen zunächst Grenzflächeneffekte, wie die Abhängigkeit der Echodurchlässigkeit vom Einschallwinkel oder die Brechung an der Oberfläche des Elastomers, berücksichtigt werden. Es wird gezeigt, dass eine Unterscheidung zwischen flächigen und kugelförmigen Inhomogenitäten unter Angabe der Vorzugsrichtung möglich ist. Hinsichtlich der Diagnostik von inneren Grenzflächen wird ein automatisiertes Verfahren entwickelt, welches auf einem normierten Korrelationsalgorithmus basiert und den an einer Delamination entstehenden Phasensprung durch Ermittlung des Ähnlichkeitsmaßes zwischen Echosignalen auswertet. Als Ergebnis liefert das Verfahren eine farbskalierte Korrelationskarte (K-Bild) der untersuchten Grenzfläche. Mittels des Verfahrens können an den Grenzflächen Silikon-Metall, Silikon-Epoxidharz und Epoxidharz-Metall in Abhängigkeit von der Dicke der über der Grenzfläche liegenden Schicht offene Delaminationen ab einer Größe von 1 mm sowie an der Grenzfläche angeordnete Fehlstellen ab einer Größe von 0,4 mm detektiert werden. Die Analyse der Leistungsfähigkeit der bereitgestellten Verfahren zeigt somit, dass eine Vielzahl von relevanten Einflüssen auf das Schädigungspotenzial einer Inhomogenität in polymeren Isoliersystemen untersucht und bewertet werden kann.

Identifikationsnummern

  • URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-17462
  • REPORT NUMBER: RWTH-CONV-123258