Materialfehler im Schiffspropeller aufspüren

Sie wiegen bis zu 150 t und haben nicht selten einen Durchmesser von 9 m oder mehr die Schiffspropeller der großen Tanker, Container- und Kreuzfahrtschiffe sind unsichtbare Giganten. Ein Schaden an den gewaltigen Propellern kann ein Schiff manövrierunfähig machen mit unabsehbaren Folgen für Mensch und Umwelt. Viele der Fehler entstehen nicht durch äußere Einflüsse, sondern bei der Produktion oder Reparatur. Unentdeckt können kritische Fehlstellen zum Bruch eines Flügels führen. Bislang werden Propeller allenfalls manuell auf innenliegende Defekte untersucht ein fehleranfälliges Verfahren, das nicht das komplette Volumen erfasst.

 Im Innern des Propellers liegende Risse lassen sich mit dieser Methode unter Umständen nicht erkennen. Um Fehler rechtzeitig zu entdecken, haben Forscher vom Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) ein mechanisiertes Ultraschallverfahren entwickelt, das komplexe Bauteile zerstörungsfrei prüft. Dabei wurden die Wissenschaftler vom Germanischen Lloyd und dem Propellerhersteller Wärtsilä Propulsion Netherlands unterstützt. Mit unserem mobilen Ultraschall-Prüfsystem können wir Kupfer-Nickel-Aluminium-Bronzen bis zu 450 mm Dicke untersuchen und kleinste, bis zu wenigen mm lange Risse aufspüren. Da wir den Ultraschall in definierten Winkeln einsenden, finden wir auch schräg zur Oberfläche liegende Fehler, sagt Dr. Martin Spies vom ITWM in Kaiserslautern. Das System ist in der Lage, große Mengen an digitalisierten Ultraschallprüfdaten aufzuzeichnen, wobei es die mehrfach und unterschiedlich stark gekrümmte Oberfläche der Propeller berücksichtigt. Das Gerät scannt derzeit Prüfraster von 700x400 mm ab und erreicht dabei eine Geschwindigkeit von bis zu 100 mm pro Sekunde. Der mobile Scanner wird auf dem Propeller frei positioniert und kann mittels Saugfüßen sowohl bei senkrechter als auch waagerechter Prüflage befestigt werden. Die 3-D-Informationen über das Bauteilinnere erhalten wir über ein bildgebendes Verfahren namens SAFT. Es zeigt Einschlüsse und Schweißnahtfehler im Detail an. Im Prinzip funktioniert das wie bei der Computertomographie (CT) in der Medizin, erläutert Spies. Die Forscher nutzen das mobile Scansystem für ihre Vor-Ort-Prüfungen in Gießereien, bei Propellerherstellern, auf Deck sowie im Trockendock und verbessern derzeit die Scanzeiten und die 3-D-Fehlerabbildung. Mit unserem Verfahren können wir nicht nur Propeller, sondern auch andere komplexe Bauteile aus schwer prüfbaren Werkstoffen untersuchen, etwa Offshore-Komponenten aus Duplexstählen, betont Spies. Die ITWM-Forscher Alexander Dillhöfer, Hans Rieder und Martin Spies erhielten kürzlich den Innovationspreis des Deutschen Kupferinstituts für diese herausragenden Arbeiten zum Werkstoff Kupfer und dessen Legierungen.

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