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.“

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

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Infineon-Firmenlogo
Senior Manager IT MES (w/m/div)* Infineon
Warstein Zum Job 
Infineon-Firmenlogo
Ingenieur Prüftechnik Leistungshalbleitermodule (w/m/div)* Infineon
Warstein Zum Job 
Infineon-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur Elektrotechnik (w/m/div)* Infineon
Warstein Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Ingenieur*in / Bauleiter*in (m/w/d) für Großprojekte der Bereiche Infrastruktur (Freileitung, Kabeltiefbau, Bahn) THOST Projektmanagement GmbH
Nürnberg,Hannover,Hamburg Zum Job 
CARVEX Verfahrenstechnologie für Lebensmittel und Pharma GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Verfahrenstechnik (m/w/d) CARVEX Verfahrenstechnologie für Lebensmittel und Pharma GmbH
Bad Hönningen Zum Job 
ABL GmbH-Firmenlogo
Senior Software Developer (m/w/d) eMobility ABL GmbH
Lauf a. d. Pegnitz Zum Job 
Albert Handtmann Maschinenfabrik GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Versuchsingenieur (m/w/d) Albert Handtmann Maschinenfabrik GmbH & Co. KG
Biberach Zum Job 
Brunel-Firmenlogo
Java Entwickler / Informatiker (w/m/d) Brunel
Dortmund Zum Job 
Brunel-Firmenlogo
Elektrokonstrukteur EPLAN P8/ELCAD (w/m/d) Brunel
Dortmund Zum Job 
Brunel-Firmenlogo
Elektroniker/Elektrotechniker (w/m/d) Brunel
Dortmund Zum Job 
Triathlon Batterien GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur (m/w/d) Arbeitsvorbereitung Batteriemontage / Batteriefertigung für Lithium-Ionen-Batterien Triathlon Batterien GmbH
Glauchau Zum Job 
Murrelektronik-Firmenlogo
Embedded Software Funktionstester / Applikationstester (m/w/d) Murrelektronik
Oppenweiler, Kirchheim unter Teck (Home-Office) Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
Sales Manager - Deployable Solutions (d/m/w) Airbus
Raum Friedrichshafen Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
Synthetic Imagery & Sensor Simulation System Engineer Airbus
Raum Toulouse (Frankreich) Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
Synthetic Imagery & Sensor Simulation System Engineer Airbus
Raum Toulouse (Frankreich) Zum Job 
Collins Aerospace-Firmenlogo
Produktionsplaner (m/w/d) Collins Aerospace
Nördlingen Zum Job 
Collins Aerospace-Firmenlogo
Strategischer Einkäufer (m/w/d) Collins Aerospace
Nördlingen Zum Job 
Deutsche Aircraft GmbH-Firmenlogo
Systems Engineer - Cooling Systems Power Electronics (f/m/d) Deutsche Aircraft GmbH
Weßling Zum Job 
TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH-Firmenlogo
Sachverständiger (m/w/d) Anlagensicherheit TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH
Darmstadt Zum Job 
TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH-Firmenlogo
Sachverständiger Elektrotechnik (m/w/d) TÜV Technische Überwachung Hessen GmbH

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.