Qualitätssicherung in Autoindustrie 04.10.2014, 07:51 Uhr

Kompaktes Spektrometer analysiert Stahl besonders schnell

Ein Emissionsspektrometer, mit dem die Automobilindustrie die Stahlqualität noch zuverlässiger beurteilen kann, haben Forscher des Fraunhofer-Instituts in Duisburg entwickelt. Müssen sich Prüfingenieure bislang mit waschmaschinengroßen Geräten herumschlagen, ist das neue Spektrometer nur so groß wie eine Mikrowelle. 

Ein Arbeiter in Schutzkleidung vor einem angestochenen Hochofen. Mit dem neuen Spektrometer soll sich die spätere Stahlqualität noch genauer prüfen lassen. 

Ein Arbeiter in Schutzkleidung vor einem angestochenen Hochofen. Mit dem neuen Spektrometer soll sich die spätere Stahlqualität noch genauer prüfen lassen. 

Foto: dpa

Bisher sind Emissionsspektrometer, die hauptsächlich in der Stahlindustrie verwendet werden, etwa so groß wie Waschmaschinen – zumindest wenn sie eine gute Auflösung haben. Diese Prüfgeräte erkennen die Beschaffenheit von Materialien wie Gold und Stahl anhand ihres Lichtspektrums. Forscher des Fraunhofer-Instituts für mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS in Duisburg haben nun einen Weg gefunden, um wesentlich kleinere Exemplare zu bauen: Die Spektrometer schrumpfen auf die Größe einer Mikrowelle. Zudem sollen sie Prüfergebnisse schneller und genauer liefern. Davon könnte beispielsweise die Automobilindustrie bei ihrer Qualitätskontrolle profitieren.

Dreh- und Angelpunkt der Entwicklung ist ein neuartiger Sensor. Er bringt bei der Messung der Stoffe zwei bisher getrennt ablaufende Schritte zusammen. „Mit dem auf Halbleitern basierenden Sensor der Fraunhofer-Forscher werden sie erstmals vereint“, erklärt Werner Brockherde, einer der beteiligten Wissenschaftler. „Wir brauchen also nur noch einen Strahlengang und damit auch nur noch eine Optik.“

Stellenangebote im Bereich Elektrotechnik, Elektronik

Elektrotechnik, Elektronik Jobs
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Ingenieur Elektrotechnik für Informationstechnik und -sicherheit (m/w/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
München Zum Job 
Ziehm Imaging GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) Hardware mit Schwerpunkt Schaltungstechnik Ziehm Imaging GmbH
Nürnberg Zum Job 
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
Strategische*r Einkäufer*in Anlagenbau (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
Keysight Technologies Deutschland GmbH-Firmenlogo
Senior Process and Development Engineer for High Frequency Solutions (m/f/x) Keysight Technologies Deutschland GmbH
Böblingen Zum Job 
Iventa Austria Personalwerbung GmbH-Firmenlogo
Wind and Site Engineer (m/f/d) Iventa Austria Personalwerbung GmbH
Hamburg Zum Job 
SWM Services GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur*in für Prozess- und Automatisierungstechnik MSR (m/w/d) SWM Services GmbH
München Zum Job 
Bundesamt für Strahlenschutz-Firmenlogo
Ingenieur*in (FH/Bachelor) als Messnetzplaner*in (urban) (m/w/d) Strahlenschutztechnik, Elektrotechnik, Informationstechnik, Telekommunikationstechnik Bundesamt für Strahlenschutz
Oberschleißheim (bei München), Salzgitter, Berlin, Freiburg, Rendsburg, Bonn Zum Job 
RHEINMETALL AG-Firmenlogo
Verstärkung für unsere technischen Projekte im Bereich Engineering und IT (m/w/d) RHEINMETALL AG
deutschlandweit Zum Job 
TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH-Firmenlogo
Sachverständiger (m/w/d) Fördertechnik TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH
Stadtwerke Tübingen GmbH-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) Netzleitwarte Stadtwerke Tübingen GmbH
Tübingen Zum Job 
Stadtwerke Tübingen GmbH-Firmenlogo
Meister der Elektrotechnik (m/w/d) als Bauaufsicht und Netzführung Stadtwerke Tübingen GmbH
Tübingen Zum Job 
Stadtwerke Tübingen GmbH-Firmenlogo
Elektromonteure (m/w/d) Stadtwerke Tübingen GmbH
Tübingen Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Ingenieur (w/m/d) C-ITS Entwicklung Die Autobahn GmbH des Bundes
Frankfurt am Main Zum Job 
Menlo Systems GmbH-Firmenlogo
Ingenieur / Techniker (m/w/d) für die Produktion von Frequenzkämmen Menlo Systems GmbH
Planegg Zum Job 
STILL GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur Embedded Software (m/w/d) STILL GmbH
Hamburg Zum Job 
Energieversorgung Halle Netz GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Elektrotechnik - Netz- & Energietechnik, Smart Grid (m/w/d) Energieversorgung Halle Netz GmbH
Halle (Saale) Zum Job 
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
Inbetriebsetzungsleiter*in Leit-, Feld- und Automatisierungstechnik (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
Bundesanstalt für Immobilienaufgaben-Firmenlogo
Ingenieurin / Ingenieur der Fachrichtung Elektrotechnik mit Erfahrungen in der Gebäudetechnik (w/m/d) Bundesanstalt für Immobilienaufgaben
Desitin Arzneimittel GmbH-Firmenlogo
Elektroniker / Mechatroniker (m/w/d) für Betriebstechnik Desitin Arzneimittel GmbH
Hamburg Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Ingenieur*in / Projektmanager*in (m/w/d) in Steuerung von Projekten im Bereich Wasserstoff und Energiewende THOST Projektmanagement GmbH
Mannheim Zum Job 

Bisher Messung in zwei Schritten

Zum Verständnis wie ein bisheriger Emissionsspektrometer funktioniert: Untersucht das Gerät beispielsweise ein Stück Stahl, erzeugt es in regelmäßigen Abständen Funken. Diese schlagen einige Teilchen aus dem Metall heraus und erzeugen ein farbig leuchtendes Plasma. Das Licht des Plasmas wird dann in zwei Strahlengänge aufgeteilt und getrennt untersucht.

Herzstück der Entwicklung ist ein neuartiger Sensor: Er hat im Vergleich zu herkömmlichen Sensoren eine etwa 100-fach größere Dynamik. 

Herzstück der Entwicklung ist ein neuartiger Sensor: Er hat im Vergleich zu herkömmlichen Sensoren eine etwa 100-fach größere Dynamik.

Quelle: Fraunhofer IMS

Im ersten Strahlengang erfassen CCD-Zeilensensoren – das sind lichtempfindliche elektronische Bauelemente – das gesamte Spektrum. Dieses verrät, welche Teilchen in welcher Konzentration in dem Plasma umherschwirren. Dann ist klar, aus welchen Bestandteilen der untersuchte Stahl besteht. Experten nennen das eine ortsaufgelöste Messung. In dem zweiten Strahlengang werden nur einzelne Spektrallinien erfasst – allerdings so, dass das Gerät das Licht des Plasmas von dem der Funken unterscheiden kann. Mit dem neuen Sensor geht das alles in einem Schritt.

Schnellere und genauere Prüfergebnisse

Doch damit nicht genug. Der neue Photodetektor macht das Spektrometer etwa doppelt so schnell wie bisher. Das funktioniert, weil er im Vergleich zu herkömmlichen Sensoren eine etwa 100-fach größere Dynamik hat. Er kann Signale im Bereich einiger Mikrovolt in einem Rutsch mit Ausschlägen von einigen hundert Millivolt messen. Und noch einen Pluspunkt bietet die Neuentwicklung laut Brockherde: „Da wir das komplette Spektrum nun mit einer einzigen Pulsserie messen können, steigt auch die Genauigkeit der Untersuchung.“

Darüber hinaus verspricht sich der Wissenschaftler von der Entwicklung einen Marktvorteil für hiesige Hersteller. „Der Markt der Spektroskopie-Hersteller ist überwiegend in deutscher Hand“, so Brockherde. „Mit unserem Sensor, der in Deutschland entwickelt und gefertigt wird – und nicht weltweit verfügbar ist – können die Hersteller ihren derzeitigen Wettbewerbsvorteil weiter sichern.“ Vorgestellt wird der neue Sensor auf der Messe Vision vom 4. bis 6. November in Stuttgart.

 

Ein Beitrag von:

  • Lisa von Prondzinski

    Die Journalistin und freie Redakteurin bedient die Fachbereiche Gesundheit, Wissenschaft und Soziales.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.