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VALIDIERUNG NEUER ZFP-VERFAHREN FÜR DIE AUTOMOBILPRODUKTION
VALIDATION OF NEW NDT-PROCEDURES FOR AUTOMOTIVE PRODUCTION
1 3MA-Prüfsystem / 3MA inspection system
Stichworte / Keywords
Zerstörungsfreie Prüfung, Materialcharakteristik, Validierung,
Qualitätssicherung
Nondestructive testing, material characteristics, validation,
quality assurance
Ausgangssituation
In der Industrie werden Materialkennwerte nach Normen und
Regelwerken fast ausschließlich über zerstörende Verfahren
ermittelt. Dies gilt insbesondere für die Härteprüfung und
die Bestimmung von Zugfestigkeit, Streckgrenze, Restbruch-
dehnung und Gleichmaßdehnung mittels Zugversuch. Um
diese Materialkennwerte zerstörungsfrei zu bestimmen,
eröffnet die DIN EN ISO/IEC 17025 den Weg über eine
Verfahrensvalidierung durch ein akkreditiertes Prüflabor. Es
muss der Nachweis geführt werden, dass das eingesetzte
zerstörungsfreie Prüfsystem und die Prüftechnik für den
beabsichtigten Gebrauch geeignet sind.
Für den Einsatz von zerstörungsfreien Prüfverfahren und
-systemen in der Automobilindustrie gilt weiterhin die Not-
wendigkeit eines Nachweises der Messmittelfähigkeit.
Aufgabenstellung
Für die zerstörungsfreie Bestimmung von Materialkennwerten
in formgehärteten Bauteilen sollte das 3MA-Prüfverfahren
(Mikromagnetische, multiparametrische Mikrostruktur- und
Spannungs-Analyse) validiert werden, damit es in der
Automobil- und Zulieferindustrie für die fertigungsbegleitende
Qualitätsprüfung und Prozessüberwachung eingesetzt werden
kann. Dieser Aufgabe stellten sich die Abteilung »Prozess-
überwachung und -beherrschung« und das nach DIN EN ISO/
IEC 17025 akkreditierte »Prüf- und Applikationszentrum« des
Fraunhofer IZFP in Saarbrücken.
Die erfolgreiche Validierung war Voraussetzung für den Einsatz
des 3MA-Verfahrens als qualitätssichernde Maßnahme in
der Produktion verschiedener Modellreihen eines deutschen
Automobil-Konzerns.
Durchführung
Die Grundlage der Validierung bildeten die Normen DIN EN
ISO 6892-1 »Metallische Werkstoffe – Zugversuch – Teil 1:
Prüfverfahren bei Raumtemperatur« und DIN EN ISO 6507-1
»Metallische Werkstoffe – Härteprüfung nach Vickers – Teil 1:
Prüfverfahren«; insbesondere der Nachweis der geforderten
Messunsicherheit ist zu erbringen. Weiterhin ist der Nachweis
der Messmittelfähigkeit zu führen. Nach der Festlegung der
59www.izfp.fraunhofer.de | Jahresbericht 2011
zu prüfenden Bauteile (B-Säulen, Längsträger und Tunnelver-
stärkungen eines Autotyps), der Prüfstellen, des Fertigungszu-
standes und des Wertebereiches erfolgte an den Messstellen
der Bauteile eine zerstörende Prüfung zur Ermittlung der
Materialkennwerte. Zuvor wurden an diesen Messstellen die
magnetischen Eigenschaften mittels des 3MA-Prüfsystems
aufgenommen.
Diesen magnetischen Eigenschaften (Urdaten) wurden nun
über eine Kalibrierung die zerstörend ermittelten Materialwer-
te zugeordnet (multiple Regression). Die in diese Kalibrierung
eingehenden Kennwerte bestimmten auch den Wertebereich
der einzelnen Kenngrößen. Es musste also sichergestellt
werden, dass man auch Bauteile mit Kennwerten des unteren
und oberen Niveaus des Wertebereiches für die Kalibrierung
bereitstellt. Dies stellte insbesondere für die Bauteilherstellung
eine große Herausforderung dar.
Für die Bestimmung der Messunsicherheit lässt die Norm ver-
schiedene Wege zu: u. a. Abschätzungen, Vergleichsversuche
oder statistische Methoden. Hierzu werden Unsicherheitsquel-
len definiert, wie das Messsystem (u. a. Temperatur), Position
des Sensors (z. B. Wiederholgenauigkeit), Prüfereinfluss
(wie Anpressdruck, Erfahrung) und das Referenzverfahren
(Messunsicherheit der zerstörenden Prüfung lt. Norm). Im Fall
der 3MA-Validierung wurden diese Unsicherheitsquellen in
unterschiedlichen Versuchsreihen ermittelt und anschließend
über statistische Methoden bewertet. Die Bestimmung der
Messmittelfähigkeit erfolgte nach Vorgaben der Qualitätssi-
cherung des Premium-Herstellers.
Ergebnisse
Die Validierung des 3MA-Prüfverfahrens für formgehärtete
Bauteile der Automobilindustrie wurde erfolgreich durchge-
führt. Die Randbedingungen für die Prüfdurchführung sind im
Validierungsbericht definiert, insbesondere die Wertebereiche
für die einzelnen Materialkennwerte. Bei der Bestimmung der
Messunsicherheit ergaben sich aus der Statistik die Unsicher-
heitsquellen mit dem größten Einfluss. Wie beim Prüfereinfluss
wurde bei der Geräteschulung ein besonderes Augenmerk auf
die praktischen Fähigkeiten der zukünftigen Anwender gerich-
tet und somit diese Fehlerquelle minimiert. In der anschließend
durch die zukünftigen Anwender durchgeführten Überprüfung
der Messmittelfähigkeit des 3MA-Prüfsystems wurden die
Vorgaben erreicht und somit das 3MA-Gerätesystem für den
Einsatz in der Produktionsüberwachung freigegeben.
Weitergehende Untersuchungen zeigten weiteres Verbesse-
rungspotential insbesondere bei der Definition des Polynoms
zur multiplen Regression auf. Dabei konnte auf die in den ers-
ten Arbeiten in Übereinstimmung mit den besagten Normen
erfolgte Definition der Unsicherheitsquellen zurückgegriffen
werden. Derzeit wird in den eingangs genannten Abteilungen
das 3MA-Prüfverfahren auf die konzernweite Freigabe vorbe-
reitet, da der Industriepartner sich bereits heute überlegt, das
Verfahren konzernweit einzuführen.
Ansprechpartner / Contact
3MA-Prüftechnik, Prozessüberwachung:
Dr.-Ing. Bernd Wolter
+49 681 9302 3883
Validierung:
Dipl.-Ing. Steffen Bessert
+49 681 9302 3650
2 Kalibriervorgang / Calibration 3 Durchführung der Prüfung / Performing the test