Sauberkeitsanalysen sind in der Luft- und Raumfahrtindustrie von größter Bedeutung, da kleine Verunreinigungen, die mit bloßem Auge oft nicht zu erkennen sind, die Lebensdauer eines Systems verkürzen, Fehlfunktionen verursachen und sogar zu Ausfällen führen können. Dies ist besonders wichtig für Systeme, wie Turbinen, Kraftstoffleitungen und Kraftstofftanks, die sehr anfällig für Verunreinigungen sind. Um diese Risiken zu bewältigen, ist der mikroskopische Nachweis von Partikelverunreinigungen von gefertigten Luft- und Raumfahrtkomponenten zu einem grundlegenden Aspekt der Qualitätskontrolle geworden.

In diesem Blogartikel erfahren Sie mehr über die Standards und Prozesse der Sauberkeitsanalyse in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie über Lösungen, die den Prüfablauf erleichtern und gleichzeitig zu zuverlässigen Sauberkeit Daten führen.

Normen und Standards für die Technische Sauberkeit für die Luft- und Raumfahrt

Das Bewusstsein für potenzielle Leistungs- und Sicherheitsrisiken von Produkten hat zur Entwicklung strenger Standards für die technische Sauberkeit geführt, unternehmensspezifisch sowie international. Diese Normen und Standards fordern detaillierte Informationen über die Art und Menge der Partikel-Verunreinigung der hergestellten Komponenten.

Um dies zu erreichen, haben sich viele Hersteller von Luft- und Raumfahrtkomponenten für Mikroskopsysteme entschieden, die speziell für die Bewertung der technischen Sauberkeit entwickelt wurden. Diese Systeme unterstützen die Überwachung der technischen Sauberkeit in Produktionsumgebungen, um Produktionsausfallzeiten sowie Material- und Energieverschwendung zu minimieren.

Ein mikroskopbasiertes System für die technische Sauberkeit.

So wird die technische Sauberkeit von Luft- und Raumfahrtkomponenten geprüft

Der Prozess der Sauberkeitsanalyse beginnt häufig mit einer zufälligen Auswahl von Teilen aus der Produktionslinie. Von diesen Teilen wird eine Probe genommen, die ein Extraktionsverfahren umfasst, bei dem Partikel von der Oberfläche des Teils für die Analyse entfernt werden.

Das Prüfverfahren umfasst die folgenden Schritte:

• Teile werden gereinigt, sodass Partikel von einer Spülflüssigkeit aufgenommen werden
• Partikel werden gefiltert und auf einer Membran gesammelt
• Nach dem Trocknen wird die Membran gewogen, um den Grad der Verunreinigung der gespülten Bauteile zu ermitteln.

Es muss hierbei beachtet werden, dass das Wiegen der Membran nur begrenzte Informationen liefert. Um die Besonderheiten der Partikelverschmutzung, wie Art und Größe der Partikel, zu verstehen, wird eine Analyse mit einem Lichtmikroskop durchgeführt.

Die Ergebnisse dieser Analyse sind von entscheidender Bedeutung, da sie die Partikel nach internationalen Standards klassifizieren. Es werden detaillierte Berichte über die Beschaffenheit, einschließlich Form, Größenverteilung und des Verschmutzungsgrads für jede Partikelklasse, zu diesen Partikeln erstellt.

Erfassen von Informationen über metallische Partikel und andere Partikelarten

Informationen über die Art der Partikel sind ebenfalls von entscheidender Bedeutung, um zwischen Fasern und Nicht-Fasern sowie zwischen metallischen und nichtmetallischen Partikeln zu unterscheiden. Die Identifizierung metallischer Partikel ist in vielen Reinheitsanwendungen aus folgenden Gründen entscheidend:

• Metallische Partikel sind härter als nichtmetallische Partikel und möglicherweise schädlicher für die untersuchten Bauteile
• Metallische Partikel können erhebliche Auswirkungen auf die mechanischen und elektrischen Eigenschaften haben

Zum Beispiel verbrennen Metallpartikel in einem Verbrennungsmotor nicht. Mit der Zeit können sie die Lebensdauer der Komponenten verkürzen. Auch bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien stellen Metallpartikel aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeit metallischer Werkstoffe ein Risiko dar. Vor allem metallische Verunreinigungen, die während des Produktionsprozesses verursacht wurden, können einen Kurzschluss verursachen und zu einem Ausfall der Batterie führen.

Wenn die Ergebnisse der mikroskopischen Analyse zeigen, dass die Anzahl Partikel in einer dieser Klassen den zugewiesenen Grenzwert überschreitet, wird das Prüfteil die Sauberkeitsanalyse nicht bestehen.

Andere Probenahmetechniken für die Sauberkeitsanalyse von Komponenten in der Luft- und Raumfahrt

Bei Bauteilen, bei denen das Abspülen der Partikel unerwünscht oder unmöglich ist, können Prüfer in der Luft- und Raumfahrtindustrie alternative Probenahmeverfahren anwenden.

1. Abheben mit Klebeband von Komponenten in der Luft- und Raumfahrt

Ein Beispiel ist das Abheben mit Klebeband. Die in der Norm ASTM E1216-11 beschriebene Methode des Abhebens mit Klebeband bezieht sich auf das Anbringen eines druckempfindlichen Klebebands auf der Oberfläche einer Komponente, um Verunreinigungen aufzufangen. Diese extrahierten Partikel werden unter dem Mikroskop analysiert, um detaillierte Informationen über den Verunreinigungsgrad zu erhalten. Das Klebeband mit den anhaftenden Partikeln wird auf eine spezielle Halterung für Klebebandproben gelegt, wo die Partikel mit dem Mikroskop gezählt werden.

Klebebandprobe wird für die Sauberkeitsanalyse unter dem Mikroskop positioniert.

Die Anzahl der in der untersuchten Fläche gefundenen Partikel wird dann auf eine Fläche von 1000 cm² extrapoliert, um vergleichbare Werte zu erhalten. So kann die Anzahl der gefundenen Partikel auch als Reinheitsgrad oder als Oberflächenreinheitsindex (SCI) berechnet werden.

Beim SCI werden die Ergebnisse der Partikelmessung auf der Grundlage der Partikelgrößen gewichtet, da das Schadenspotenzial größerer Partikel viel größer ist als das kleinerer Partikel. Die Anzahl Partikel in allen Größenklassen wird mit diesem Gewichtungsfaktor multipliziert, um den SCI pro Größenklasse zu erhalten. Dann wird die SCI für jede Klasse addiert, um den SCI für die gesamte Prüfung zu erhalten (wie in der folgenden Abbildung dargestellt).

Ergebnisse der Sauberkeitsanalyse für eine Klebebandprobe, die mit dem Mikroskop erfasst wurde mit Oberflächenreinheitsindex.

2. Probenahme von Komponenten in der Luft- und Raumfahrt, die anfällig für Verunreinigungen sind

Ein weiteres Beispiel ist der Standard IEST-STD-CC1246E, in dem die Methoden zur Spezifizierung und Bestimmung des Reinheitsgrades von Oberflächen, die anfällig für Verunreinigungen sind, bei Komponenten in der Luft- und Raumfahrt definiert werden. Auch diese Norm bezieht sich auf eine Oberfläche von 1000 cm².

Bezüglich der Prüfung beschreibt die Norm, dass die Partikel zunächst von der Oberfläche des Objekts abgewaschen und mittels einer Membran gefiltert werden. Abweichend davon ist es möglich, die mit der Klebebandprobe von der Oberfläche entfernten Partikel anhand der Klassifizierung der Norm IEST-STD-CC1246E zu identifizieren.

Eine Kombination der verschiedenen Extraktionsmethoden und die Darstellung der Ergebnisse der Partikelanalyse ist möglich. Die Prüfung der technischen Sauberkeit kann so an die Qualitätsspezifikationen und technischen Bedingungen angepasst werden.

Automatisierung der technischen Sauberkeitsprüfung von Komponenten in der Luft- und Raumfahrt

Die Einführung schlüsselfertiger, automatisierter Lösungen vereinfacht die Sauberkeitsprüfung von Komponenten in der Luft- und Raumfahrt und führt gleichzeitig zu zuverlässigen Daten. Unser CIX100 Prüfsystem wurde z. B. entwickelt, um den gesamten Prozess, von der Probennahme bis zur professionellen und konformen Berichterstellung, zu rationalisieren.

Beispielbericht, der den Oberflächenreinheitsindex für eine Klebebandprobe gemäß der Norm ASTM E1216-11 zeigt.

Sobald der Bediener die Probe positioniert hat, nutzt das CIX100 System geführte Arbeitsabläufe und Automatisierung, um die Prüfung zu beschleunigen. Diese Funktionen ermöglichen bedienerunabhängige Messungen und verringern gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit einer Probenverunreinigung. In einem Prüfvorgang kann das System Verunreinigungen bis zu einer Größe von 2,5 µm erkennen und zwischen metallischen und nichtmetallischen Partikeln sowie Fasern unterscheiden.

Die Software optimiert auch den Prüfbereich und die Bildeinstellungen auf der Grundlage des Probentyps (Filtermembran, Klebebandprobe oder Partikelfalle). Die Software erstellt Ergebnisse und Berichte je nach Norm oder Standard, wodurch das System äußerst flexibel für unterschiedliche Prüfanforderungen in verschiedenen Branchen ist. Mit nur einem Klick wird ein professioneller Bericht erstellt.

In Branchen, in denen Datenintegrität und Rückverfolgbarkeit wichtig sind, sind Funktionen wie die Verwaltung von Benutzerrechten entscheidend. Diese Funktionen des CIX100 Systems verhindern, dass nicht alle Benutzer auf wichtige Parameter zugreifen können, beispielsweise:

• Kalibrierung
• Änderung der Prüfkonfiguration und -standards
• Anpassung von Berichtsvorlagen

Diese Beschränkungen sorgen für einen einfacheren Arbeitsablauf, sodass selbst unerfahrene Bediener zuverlässige und wiederholbare Sauberkeitsprüfungen nach geltenden Normen und Standards durchführen können. Wenn Sie sehen möchten, wie dieser optimierte Prozess, von der Probenahme bis zur Berichterstellung funktioniert, kontaktieren Sie noch heute unser Team für eine Demonstration.