Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Neuartige Wirbelstromsonde basierend auf flexiblen GMR-Sensor-Arrays zur Analyse von

Bauteilen komplexer Formen

Für die Defektprüfung an gekrümmten Geometrien mit flexiblen Sensoren werden aktuell sogenannte

Mehrkanalflexspulensysteme basierend auf der zerstörungsfreien Wirbelstromprüfung eingesetzt. Diese spulenbasierten

Systeme arbeiten technologisch bedingt nur in höheren Prüffrequenzen und demnach in geringen Eindringtiefen. Der

Nachfrage seitens der Industrie nach flexiblen Wirbelstromarrays für sensitive Anwendungen mit hoher Eindringtiefe von

1,5mm bis 10mm kann demnach aktuell nicht nachgekommen werden. Diese wird aber gerade in Bezug auf mittels

Additive Manufacturing hergestellter Freiformbauteile als auch durch den vermehrten Einsatz von geometrisch komplex

geformten Faserverbundkompositen immer größer.

Bei den konventionellen Systemen reduziert sich die Magnetfeldempfindlichkeit bei Verringerung der Messfrequenz ebenso

wie die laterale Auflösung. GMR-Sensoren als Empfängersysteme weisen hingegen den Vorteil einer

frequenzunabhängigen Magnetfeldempfindlichkeit auf und bieten daher die Option, eine höhere Diagnostiktiefe bei

gleichbleibend hoher Ortsauflösung zu erreichen. Darüber hinaus sind GMR´s aufgrund ihrer geringeren Abmaße und der

hohen Herstellungsreproduzierbarkeit als Arraysensoren prädestiniert. Der in diesem Projekt verfolgte Ansatz ermöglicht

zudem den Aufbau flexibler GMR-Sensoren für den Einsatz an Bauteilen mit komplexer Geometrie.

Das übergeordnete Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines innovativen flexiblen Wirbelstrom-GMR-Sensorarrays mit

verbesserter Empfindlichkeit, größerer Diagnostik-Eindringtiefe bis 10 mm bei einer Ortsauflösung 0,5 mm, um das

Mapping von elektrisch leitfähigen Bauteilen mit komplexen Formen zu ermöglichen.

Durch den entstehenden Zugang zu innovativen Prüfverfahren und deren Herstellungstechnologien erhalten KMUs

wichtige Vorteile bei Etablierung von eigenen Produkten. Es profitieren somit Hersteller der Prüfsysteme als auch

Prüfdienstleister, welche ihre Produktportfolios mit innovativen Lösungen erweitern.

Ergebniszusammenfassung:

Die erzielten Forschungsergebnisse schaffen die Voraussetzungen für die Entwicklung einer neuartigen flexiblen Wirbelstromsonde, die GMR-Sensoren anstelle von Empfängerspulen verwendet. Zu den wichtigsten Innovationen des Projekts gehören:

• Anpassung des GMR-Strukturabscheidungsverfahrens für flexible Substrate und die erfolgreiche Realisierung von funktionalen GMR-Sensoren und Sensor-Arrays (bis zu 100 Strukturen) auf flexiblen Polymersubstraten

• Erarbeitung modifizierter Layouts für den Tintenstrahldruck der Kontakte mit Zugdreiecken zur Vermeidung thermomechanischer Beschädigungen der gedruckten Strukturen beim Übergang vom rechteckigen Pad zur viel engeren Struktur während der Laserbehandlung

• Kombination von Inkjet-Druck und HDPL-Nachbearbeitung im Millisekundenbereich:

o Erzielung von Ag-Leiterbahnen mit vergleichbarem oder geringerem elektrischem Widerstand im Vergleich zu solchen, die durch Ofensintern hergestellt werden. Im Gegensatz zur Ofenbehandlung bietet die HPDL auch eine viel höhere Geschwindigkeit (Rolle zu Rolle kompatibel) und Energieeffizienz. Sie ermöglicht auch die Verwendung thermisch empfindlicherer Substrate

o Realisierung von Silberkontakten auf ultradünnen PET-Folien (2,5 und 6 µm), die für entstehende Technologien wie gedruckte und tragbare Elektronik relevant sind

o Sinterung der Silberkontakte direkt auf die GMR-Strukturen, ohne diese zu beschädigen die den Weg für eine wesentlich höhere Designfreiheit und Kostenreduzierung bei der Herstellung der innovativen flexiblen Wirbelstromsonden ebnet

• Entwicklung einer Falttechnologie zur physikalisch notwendigen Positionierung der GMR- Elemente in Bezug zum Bias- und Messfeld ohne aufwändige Fügeverfahren für Prüfradien bis 100 mm

• Validierung eines heterodynen Detektionsverfahrens für anspruchsvolle Sensorumgebungen (Eliminierung von externen Störfeldern im rauen Industrieumfeld)

• Validierung der Funktionalität der abgeschiedenen GMR-Sensoren an praxisrelevanten Testfehlern