Roboter inspiziert Drahtseile

Roboter inspiziert Drahtseile

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Trag- und Spannseile von Brücken, Liften und Seilbahnen sind enormen Belastungen ausgesetzt. Deshalb muss regelmässig kontrolliert werden, ob sie noch funktionstüchtig sind. Forscher des Fraunhofer Instituts für Zerstörungsfreie Prüfverfahren (IFZP) haben einen Roboter entwickelt, der an Seilen hochklettern und dabei Risse feststellen kann, bevor sie gefährlich werden.
 
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Damit der Rob oter Seile überprüfen kann, müssen muss ihr Duchmesser mindestens 4 Zentimeter und maximal 20 Zentimeterbetragen.
 
Langsam krabbelt der Roboter das Drahtseil hinauf. Während er mit raupenähnlichen Bewegungen an Höhe gewinnt, scannt er die Oberfläche aus Stahl und sucht sie nach Defekten ab. „FluxCrawler“ nennen die Forscher vom Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP) ihre Kreation. Sie eignet sich für die regelmässige Qualitätskontrolle von Tragseilen und Spannkabeln aus Stahl, wie sie in Brücken, Kränen, Aufzügen, Seilbahnen und Skiliften verbaut werden.
 
Der Roboter spürt mit Hilfe magnetischer Streuflussprüfung nicht nur winzige Risse an der Oberfläche auf, sondern auch solche, die tiefer liegen. Bei diesem Verfahren wird das Seil einem Magnetfeld ausgesetzt. Ist das Seil defekt, treten Störungen auf oder vielmehr entsteht an den Fehlerstellen ein messbares Streufeld.

Dicke und dünne Seile

Neu ist die Prüfung von Stahlseilen per magnetischem Streufluss ist nicht, allerdings wurden hierfür bislang Spulen eingesetzt, die das Seil eng umfassen müssen. Das Problem: Weil die Durchmesser und Ummantelungen der Seile stark variieren, lassen sich die Spulen aufgrund ihres begrenzten Durchmesserbereichs jeweils nur für Kabel mit einem speziellen Umfang einsetzen. Zudem können sie die exakte Winkelposition eines Fehlers nicht orten. Der FluxCrawler kann durchmesserunabhängig prüfen: Dabei scannt der rund 70 Zentimeter lange Roboter ein Seil, indem er es einmal umläuft statt es zu umfassen. Ein Magnet verhindert hält den FluxCrawler am Seil fest.
 
Gleichzeitig erzeugt dieses die für die Messung erforderliche Magnetisierung. Zwischen den Enden des u-förmigen Magneten befindet sich eine mit mehreren Sonden bestückte Sensorzeile, die schnelle Flächenscans ermöglicht. Während der Roboter das Seil umläuft, ermittelt der Sensorprüfkopf die genaue Winkellage des Fehlers und kann fest stellen, ob der Riss rechts, links, oben oder unten liegt.

Kein Alleskönner

Laut IFZP eignet sich der Roboter für Seile mit einem Durchmesser von 4 bis 20 Zentimetern. Gesteuert wird die batteriebetriebene Plattform per Bluetooth durch einen Computer. Im Computer entsteht ein Bild des magnetischen Streufelds auf der gesamten Seiloberfläche; jede auffällige Position wird hochaufgelöst am Monitor dargestellt. Alles kann das Gerät aber fest stellen: „Schäden in verdeckten Bereichen – etwa dort, wo ein Spannseil in einer Fahrbahn verankert ist – kann der Roboter nicht erkennen“, erklärt Jochen Kurz vom IFZP. „Für die Fehlersuche in verdeckten Bereichen nutzen wir eine andere zerstörungsfreie Prüfmethode – den elektromagnetisch angeregten Ultraschall (EMUS).“ Hierbei erzeugen die Forscher mit einem Sensorprüfkopf, der direkt auf das Seil gesetzt wird, eine geführte Ultraschallwelle. Sie durchdringt das Material und wird bei Fehlstellen reflektiert. Aus den zurückgesendeten Signalen rekonstruiert der Rechner ein Bild. Dabei analysiert er die physikalischen Veränderungen, die die Welle im Werkstoff erfährt, und ermittelt daraus die Verhältnisse im Inneren des Materials. Somit kann man die Lage eventuell winziger Schadstellen erkennen. Wie das Fraunhofer Instiut mitteilt, ist ein solches System ist bereits testweise an der Brücke über die Saar in Mettlach installiert, die saniert wird.
 
Kurz und sein Team sind zuversichtlich, dass auch FluxCrawler schon bald in der Praxis für die Schadensdiagnose eingesetzt werden kann. Erste Anfragen aus der Industrie liegen laut Fraunhofer Institut bereits vor. Der Roboter ist inzwischen patentiert, erste Tests an Seilen im Labor konnten die Forscher erfolgreich abschliessen. Als nächstes stehen Tests bei der Seilprüfstelle der DMT GmbH in Bochum an, einem Prüflaboratorium für die zerstörungsfreie und zerstörende Prüfung von metallischen und nicht-metallischen Erzeugnissen. (mai/mgt)