Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Zerstörungsfreie Prüfung von Schuhen mit Ultraschalltechnik am Beispiel von Sohlenklebung

Viele Prüfungen an Schuhwerk lassen sich nach heutigem Stand nur bewerkstelligen, indem der zu prüfende Schuh demontiert und damit letztendlich zerstört wird.

Dieses Projekt hat das Ziel, über innovative Anwendung der luftgekoppelten Ultraschalltechnik, die Zahl der zerstörungsfrei durchführbaren Prüfungen am fertigen Schuh zu erhöhen. Dies soll an der wichtigen Gruppe der Klebeverbindungen erfolgen und an Untersuchungen des Erkennens von Fremdkörpern oder fehlenden/fehlerhaften Komponenten.

Die Aufgabenstellung zur Erreichung der Projektziele beinhaltet die Entwicklung einer geeigneten Luftultraschalltechnik, sowie die entsprechenden Handhabungs- und Auswertetechniken in Hard- und Software. Weiter ist eine Untersuchung geeigneter und ausreichend differenzierbarer Unterscheidungskriterien zwischen guten und schlechten Produkt- und Verarbeitungszuständen notwendig.

Der unmittelbare Nutzen des Vorhabens liegt in der Möglichkeit der Kostenreduktion für Schuhhersteller, da weniger Schuhe für Prüfungen zerstört werden müssen. Zerstörungsfreie Prüfungen eröffnen die Perspektive bisherige Stichprobenumfänge zu reduzierten Kosten zu erhöhen, so dass Hersteller und Handel fundiertere Aussagen zur Qualitätslage der entsprechenden Merkmale treffen können. Die Möglichkeit, diese Prüfungen damit auch als 100 % Prüfung wichtiger Qualitätsparameter durchführen zu können, bewirkt neben der Kosteneinsparung durch reduzierte Reklamationszahlen einen Reputationsgewinn durch höhere Prüfabdeckung und bessere Qualitätssicherung. Weiter ist die Erschließung eines neuen Marktfeldes, im Bereich der Schuh- und Lederwaren, für Hersteller von entsprechender Luftultraschall-Prüftechnik ein Nutzen, den das Projekt liefert. In Deutschland gibt es derzeit vier Hersteller von Luftultraschall-Prüfsystemen, alle vier Unternehmen sind KMU. Daneben werden auch Impulse für Hersteller von Automatisierungstechnik und Sondermaschinenbau erwartet, die meist ebenfalls im Bereich der KMU zu finden sind.

Ergebniszusammenfassung:

Im Forschungsvorhaben konnten zahlreiche Erfahrungen für die Anwendung von (Luft-) Ultraschallmessungen im Bereich von Materialien der Schuhindustrie erzielt werden. Diese Materialien zeichnen sich durch ihr ausgesprochen hohes Dämpfungsverhalten gegenüber Ultraschallwellen aus. Daher konnten bei weitem nicht alle Materialien zuverlässig untersucht werden.

Die geplante Entwicklung und Erprobung einer halbseitig wasserangekoppelten Prüfmethode, bei der mittels tieffrequentem Ultraschallwandler in Wasser auf die Probe eingeschallt wird und auf der anderen Seite mittels Luftschallwandler das Signal detektiert wird. Der große Signalgewinn führt zu einer Erweiterung der prüfbaren Materialklassen, wie zum Beispiel explizit der Prüfung von Sohlenrohlingen. Diese Methode kann zukünftig auch bei anderen Prüfaufgaben zur Anwendung kommen, bei denen eine Wasserankopplung auf der einen Seite jedoch auch die relativ tiefen Frequenzen des Luftultraschalls notwendig sind.

In Anbetracht des geringen Platzbedarfs wurde die Schallumlenkung mittels Schallspiegel untersucht. Die Messergebnisse sind vergleichbar zu denen, ohne Schallumlenkung, so dass es hier nicht zum Verlust von Signalstärke oder räumlicher Auflösung kommt. Diese Messmethode kann auf alle anderen Prüfaufgaben angewandt werden, bei der es bautechnische Einschränkungen des Platzes für Prüfköpfe gibt. Hier konnte auch der erfolgreiche Einsatz an einer Rohrprüfung gezeigt werden.

Die Kombination vieler Materialien, wie sie im Schuhbereich üblich sind stellten sich als größte Herausforderung dar. Hier konnten bis zum Ende des Vorhabens keine wesentlichen Verbesserungen erzielt werden. Zu groß ist der Einfluss der Schalldämpfung und zwangsläufig vorhandener Grenzflächen.

Alternativ zum ursprünglichen Vorhaben wurde die halbseitig angekoppelte Prüfung dazu verwendet, um die Wassereindringung in Materialien zu untersuchen. Das Ultraschallsignal reagiert sehr sensitiv auf die einseitige Wassereindringung.