TY - CONF A1 - John, Sebastian A1 - Schadow, Florian T1 - Sensitivitätsanalyse des Eigenspannungszustandes in Composite-Druckgefäßen mittels Modalanalyse T2 - Tagungsband der 43. Jahrestagung für Akustik (DAGA 2017) N2 - Auf Grund ihrer hohen spezifischen Festigkeit sowie des damit einhergehenden Gewichtsvorteils kommt es bei der Auslegung von Druckgefäßen vermehrt zum Einsatz von faserverstärkten Kunststoffverbunden. Im Rahmen eines Forschungsprojektes an der Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) wird das Alterungsverhalten von Atemluftflaschen in Verbundbauweise untersucht, um künftig genauere Aussagen zur Abschätzung der Lebensdauer geben zu können. Gegenstand der hier aufgezeigten Untersuchungen bilden dabei Typ-III Druckgefäße mit metallischen Liner und einer kohlefaserverstärkten Armierung. Als wichtiger, der Betriebsfestigkeit zugrunde legender Parameter wurden Druckeigenspannungen im Aluminium-Liner ausgemacht, welche fertigungsseitig zur Steigerung der Lastwechselfestigkeit in die Druckgefäße induziert werden. Ziel ist es, mit Hilfe einer Modalanalyse die aufgezeigten inneren Spannungsverhältnisse durch eine genaue Betrachtung der modalen Parameter zu identifizieren und zu bewerten. Durch den Aufbau eines Finite-Elemente Modells und einer anschließenden Sensitivitätsanalyse der Fertigungsparameter werden zunächst Potential und Aussagekraft des Analyseverfahrens geprüft und bewertet. Anschließend erfolgt eine Eingrenzung relevanter Schwingformen sowie eine Abschätzung zu erwartender spannungsabhängiger Änderungen entsprechender modaler Kennwerte. Durch die Entwicklung und den Aufbau eines geeigneten Prüfstandes werden, darauf aufbauend, im Rahmen einer Betriebsschwingungsanalyse erste Messungen an Atemluftflaschen unterschiedlicher Alterungs- und Schädigungsstufen durchgeführt. Durch einen Vergleich mit Simulationsergebnissen und Erkenntnissen aus alternativ durchgeführten Eigenspannungsmessungen erfolgt abschließend eine kritische Bewertung der experimentell gewonnenen Ergebnisse. T2 - 43. Jahrestagung für Akustik (DAGA 2017) CY - Kiel, Germany DA - 06.03.2017 KW - Modalanalyse KW - Composite-Druckgefäße KW - Eigenspannungen PY - 2017 SN - 978-3-939296-12-6 SP - 1277 EP - 1281 AN - OPUS4-39896 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schadow, Florian A1 - Gaal, Mate A1 - Bartusch, Jürgen T1 - Sende-Empfangs-Prüfköpfe auf Ferroelektret-Basis für Luftultraschall-Anwendungen N2 - Leichtbaustrukturen aus Verbundwerkstoffen stellen einen immer größeren Anteil im Flugzeug- und Automobilbau dar. Hiermit steigt die Nachfrage nach zuverlässigen, zerstörungsfreien Prüfmethoden, welche an solche Strukturen angepasst sind. Besonders Luftultraschall (LUS) eignet sich für diese Aufgabe, da hier kein Koppelmedium benötigt wird. Derzeit wird für diese Methode jedoch oft ein beidseitiger Bauteilzugang für eine Prüfung in Durchschallung vorausgesetzt. Handelsübliche Prüfköpfe für Luftultraschallanwendungen nutzen zudem meist Anpassschichten um den Impedanzunterschied zwischen Schwinger und Luft zu reduzieren. Sowohl Signal-Rausch-Abstand als auch die Bandbreite der resultieren-den Prüfköpfe ist für viele Anwendungen jedoch nicht ausreichend. Durch den Einsatz von Ferroelektreten wie zellulärem Polypropylen (zPP) kann hingegen vollständig auf Anpassschichten verzichtet werden. Hierbei handelt es sich um polarisierte, zelluläre Polymerschichten mit sehr geringer Dichte, Steifigkeit und Schallgeschwindigkeit. In diesem Beitrag stellen wir drei verschiedene Sende-Empfangs-Prüfköpfe vor, welche auf zellulärem Polypropylen basieren. Anhand von Schallfeld, Signal-Rausch-Abstand und Sendepegel werden diese Prüfköpfe charakterisiert. Die Ergebnisse werden mit den Ergebnissen von Referenzprüfköpfen ohne Sende-Empfangs-Charakteristik verglichen. Bei den Referenzprüfköpfen werden sowohl handelsübliche LUS-Prüfköpfe, sowie bisher entwickelte Prüfköpfe aus zellulärem Polypropylen berücksichtigt. T2 - DGZFP Jahrestagung 2017 CY - Koblenz, Germany DA - 22.05.2017 KW - Sende-Empfangs Prüfkopf KW - Ferroelektret KW - Zelluläres Polypropylen KW - Charakterisierung KW - Luftultraschall PY - 2017 AN - OPUS4-40430 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maierhofer, Christiane A1 - Krankenhagen, Rainer A1 - Röllig, Mathias A1 - Hosseini, Seyed A1 - Heckel, Thomas A1 - Gaal, Mate A1 - Schadow, Florian A1 - Brackrock, Daniel A1 - Gower, M. A1 - Lodeiro, M. A1 - Baker, G. T1 - Quantitative Bewertung künstlicher und natürlicher Fehler in Faserverbundwerkstoffen mit aktiver Thermografie und Ultraschall T2 - DGZfP Berichtsband BB 162 N2 - Im EMRP-Projekt VITCEA werden komplementäre ZFP-Verfahren zur Prüfung von Faserverbundwerkstoffen weiterentwickelt und validiert. In diesem Beitrag werden Ergebnisse verschiedener Techniken der aktiven Thermografie und des Ultraschalls vorgestellt. Die Nachweisempfindlichkeiten bezüglich künstlicher und natürlicher Fehler mit unterschiedlichen lateralen Ausdehnungen und in verschiedenen Tiefen werden miteinander verglichen. T2 - DGZfP Jahrestagung 2017 CY - Koblenz, Germany DA - 22.05.2017 KW - CFK KW - GFK KW - Aktive Thermografie KW - Phased Array Ultraschall KW - Luftultraschall PY - 2017 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-410902 SN - 978-3-940283-85-6 VL - BB 162 SP - Di1B1, 1 EP - Di1B1, 8 PB - Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung e. V. AN - OPUS4-41090 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Schadow, Florian A1 - Nielow, Dustin A1 - Trappe, Volker T1 - Prüfung von Rotorblattschalen mit Luftultraschall T2 - Tagungsband der DGZfP-Jahrestagung 2018 N2 - Um den sicheren Betrieb von Windkraftanlagen zu gewährleisten, werden Rotorblätter nach der Fertigung und nach Reparatur mit verschiedenen zerstörungsfreien Verfahren auf Schaden untersucht. Bei der Fertigung von Blattschalen, die in einer Sandwich-Schalenbauweise gefertigt werden, entstehen Imperfektionen, die unter Belastung zu großen Rissen führen können. Zur Prüfung von Blattschalen wird unter anderem Ultraschallprüfung in Kontakttechnik eingesetzt. Um den Wartungsaufwand von Ultraschallanlagen zu reduzieren und um manche Kompositstrukturen vor Koppelmittel zu schützen, wird die Anwendung von Luftultraschall erforscht. Insbesondere große Fortschritte gibt es im Bereich der Entwicklung neuer Wandler. In diesem Beitrag berichten wir über die Luftultraschallprüfung von Schalen für Rotorblätter. Es wurden typische Sandwichschalenstrukturen hergestellt und mit einem eigenentwickelten Schalenprüfstand unter simulierter Betriebsbeanspruchung belastet. Die in den Schalenprüfkörpern entstandenen Schäden wurden außerhalb des Prüfstandes mit Luftultraschall in Durchschallung untersucht. Es wurden fokussierende Wandler auf Basis von Ferroelektreten entwickelt und für diese Prüfungen eingesetzt. Mit zusätzlicher elektrischer Vorspannung konnte die Empfindlichkeit der Empfänger deutlich erhöht werden. Die nach dem Lastwechsel entstandenen Schäden in den Rotorblattschalen waren eindeutig zu detektieren. T2 - DGZfP-Jahrestagung CY - Leipzig, Germany DA - 07.05.2018 KW - Wandler KW - Rotorblattschalen KW - Luftultraschall KW - Ferroelektret PY - 2018 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-453066 SP - 7 PB - Deutsche Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung e.V. (DGZfP) AN - OPUS4-45306 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Daschewski, Maxim A1 - Bartusch, Jürgen A1 - Schadow, Florian A1 - Dohse, Elmar A1 - Kreutzbruck, Marc A1 - Weise, Matthias A1 - Beck, Uwe T1 - Novel air-coupled ultrasonic transducer combining the thermoacoustic with the piezoelectric effect T2 - Proceedings of WCNDT 2016 N2 - In recent years, there has been an increasing industrial demand for one-sided inspection of various structures by means of air-coupled ultrasonic technique. Lightweight structures based on carbon-fibre-reinforced polymers may have very complex shapes, making air-coupled transmission difficult or even impossible. The inspection of concrete structures is another example where one-sided inspection is required. To address these challenges a new type of transducer for air-coupled pulse-echo inspection was developed, which unites two principles: thermoacoustic emission and piezoelectric reception. The thermoacoustic emitter is a titanium electrode with a thickness of several tens of nanometer. This electrode was deposited onto charged cellular polypropylene, which serves as a piezoelectric receiver. The thermoacoustic transmission is based on a transformation of the thermal energy of an electrically heated electrode into the acoustic energy of an ultrasonic wave. Thermoacoustic emitters provide resonance-free behaviour and thus extremely broadband pulses. Charged cellular polypropylene is piezoelectric due to the polarization of its cells and it is well matched to air, with a Young modulus in the order of magnitude of MPa. In this contribution we present some pulse-echo measurements with the first prototypes of the combined thermoacoustic-piezoelectric transducer. T2 - World Conference of Non-Destructive Testing CY - Munich, Germany DA - 13.6.2016 KW - Thermoacoustic KW - Piezoelectric KW - Ultrasonic transducer KW - Ferroelectret PY - 2016 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-367151 VL - 158 SP - Mo.1.F.4, 1 EP - 6 AN - OPUS4-36715 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schadow, Florian A1 - Gaal, Mate A1 - Bartusch, Jürgen A1 - Dohse, Elmar A1 - Köppe, Enrico T1 - Focusing air-coupled ultrasonic transducers based on ferroelectrets N2 - Rising importance of composite lightweight structures in aircraft and automobile industries increases the demand on reliable non-destructive testing methods for these structures. Air-coupled ultrasonic testing emerged to suit these requirements as it does not require any liquid coupling medium. In conventional air-coupled ultrasonic transducers, matching layers are used in order to decrease the impedance mismatch between transducer and air. Matching layers can be omitted by using ferroelectrets, which are charged cellular polymers having ferroelectric and piezoelectric properties. Especially a low Young’s modulus, low density and low sound velocity of cellular polypropylene (cPP) are properties being required for well-matched air-coupled ultrasonic transducers. In our contribution we show recent enhancements of cPP transducers resulting in focused sound fields and thus improved lateral sensitivity. The influence of different transmitter apertures was evaluated using measurements of the emitted sound field. Further we show a transmission of a test specimen of carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP) containing artificial damages. Results of focused transducers were compared to planar ferroelectret transducers, as well as to conventional air-coupled transducers. T2 - WCNDT 2016 CY - München, Germany DA - 13.06.2016 KW - Air-coupled ultrasonic testing KW - Ferroelectrets KW - Cellular polypropylene KW - Focused sound fields KW - Carbon-fiber-reinforced plastic PY - 2016 AN - OPUS4-36562 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schadow, Florian A1 - Gaal, Mate A1 - Bartusch, Jürgen A1 - Dohse, E. A1 - Köppe, Enrico T1 - Focusing air-coupled ultrasonic transducers based on ferroelectrets T2 - Proceedings 19th World Conference on Non-Destructive Testing N2 - Rising importance of composite lightweight structures in aircraft and automobile industries increases the demand on reliable non-destructive testing methods for these structures. Air-coupled ultrasonic testing emerged to suit these requirements as it does not require any liquid coupling medium. In conventional air-coupled ultrasonic transducers, matching layers are used in order to decrease the impedance mismatch between transducer and air. Matching layers can be omitted by using ferroelectrets, which are charged cellular polymers having ferroelectric and piezoelectric properties. Especially a low Young’s modulus, low density and low sound velocity of cellular polypropylene (cPP) are properties being required for well-matched air-coupled ultrasonic transducers. In our contribution we show recent enhancements of cPP transducers resulting in focused sound fields and thus improved lateral sensitivity. The influence of different transmitter apertures was evaluated using measurements of the emitted sound field. Further we show a transmission of a test specimen of carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP) containing artificial damages. Results of focused transducers were compared to planar ferroelectret transducers, as well as to conventional air-coupled transducers. T2 - 19th World Conference on Non-Destructive Testing 2016 CY - München, Germany DA - 13.06.2016 KW - Air-coupled ultrasonic testing KW - Ferroelectrets KW - Cellular polypropylene KW - Focused sound fields KW - Focused transducers PY - 2016 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-355116 UR - http://www.ndt.net/search/docs.php3?showForm=off&id=19453 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-35511 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schadow, Florian A1 - Gaal, Mate T1 - Air-coupled ultrasonics: experimental realization N2 - This presentation is an overview of experimental realization of air-coupled ultrasonic testing. Focusing transducers based on ferroelectrets are presented. Inspection results of natural defects like impact damage and delamination of composite structures are shown and challenges relating to the propability of detection of defects are pointed out. T2 - Non-destructive testing of fiber reinforced polymers. Training course ultrasonics and active thermography CY - Berlin, Germany DA - 28.03.2017 KW - Air-coupled ultrasonic testing KW - Carbon-fiber-reinforced plastic KW - Glass-fiber-reinforced plastic KW - Natural defects PY - 2017 AN - OPUS4-39865 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Gaal, Mate A1 - Schadow, Florian A1 - Nielow, Dustin A1 - Trappe, Volker T1 - Air-coupled ultrasonic ferroelectret transducers with additional bias voltage for testing of composite structures T2 - 10th International Symposium on NDT in Aerospace N2 - Common air-coupled transducers for non-destructive testing consist of a piezocomposite material and several matching layers. Better acoustical matching to air is achieved by transducers based on charged cellular polypropylene (PP). This material has about hundred times lower acoustic impedance than any piezocomposite, having about the same piezoelectric coefficient. The piezoelectric properties of cellular PP are caused by the polarization of air cells. Alternatively, a ferroelectret receiver can be understood as a capacitive microphone with internal polarization creating permanent internal voltage. The sensitivity of the receiver can be increased by applying additional bias voltage. We present an ultrasonic receiver based on cellular PP including a high-voltage module providing bias voltage up to 2 kV. The application of bias voltage increased the signal by 12 to 15 dB with only 1 dB increase of the noise. This receiver was combined with a cellular PP transmitter in through transmission to inspect several test specimens consisting of glass-fiber-reinforced polymer face sheets and a porous closed-cell PVC core. These test specimens were inspected before and after load. Fatigue cracks in the porous PVC core and some fatigue damage in the face sheets were detected. These test specimens were originally developed to emulate a rotor blade segment of a wind power plant. Similar composite materials are used in lightweight aircrafts for the general aviation. The other inspected test specimen was a composite consisted of glass-fiber-reinforced polymer face sheets and a wooden core. The structure of the wooden core could be detected only with cellular PP transducers, while commercial air-coupled transducers lacked the necessary sensitivity. Measured on a 4-mm thick carbon-fiber-reinforced polymer plate, cellular PP transducers with additional bias voltage achieved a 32 dB higher signal-to-noise ratio than commercial air-coupled transducers. T2 - 10th International Symposium on NDT in Aerospace CY - Dresden, Germany DA - 26.10.2018 KW - Airborne ultrasonic testing KW - Air-coupled ultrasonic testing KW - Ferroelectret KW - Composites KW - Transducers PY - 2018 SP - 1 EP - 6 AN - OPUS4-46657 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -