GUSSFEHLER IM MOTORBLOCK

Konturtomographie für zerstörungsfreie Werkstoffprüfung

Die dreidimensionale Computertomographie gehört inzwischen zu den Standard­methoden der medizinischen Diagnostik. Ohne den Menschen aufzuschneiden, sehen Ärzte auf den Aufnahmen, wo sich im Innern des Schädels Adern verengen oder Ge­webe wuchern und können etwaige Eingriffe planen. Bei der Computertomographie fährt die Röntgenröhre um den Patienten herum und durchleuchtet ihn von allen Sei­ten. Aus der nichtabsorbierten Strahlung errechnet der Computer ein räumliches Bild der Dichte im Körper, auf dem Tumore und Anomalien sichtbar werden.

Für die Materialprüfung von Werkstücken der Industrie ist das aufwendige Verfahren jedoch viel zu teuer. Dabei besteht durchaus Bedarf an innerer Einsicht, gerade bei hochwertigen Werkstücken aus einem Guß. Bei der Motorenproduktion der Firma Por­sche werden zum Beispiel die Motorenblöcke als Ganzes gegossen. Zur Zeit muß je­der hundertste Motorblock aufgesägt werden, um Fehler zu entdecken. Dabei wird die­ser Motorblock natürlich zerstört. Mit der Konturtomographie könnte dagegen am Fließband jeder Motorblock überprüft werden, ohne daß er kaputtgeht.

Eine elegante, abgespeckte Version der dreidimensionalen Tomographie für die zerstörungsfreie Materialprüfung hat Prof. Dr. Peter Maaß von der Universität Potsdam entwickelt. Der junge Mathematiker be­schränkt sich auf das Wesentliche. ‚Wir ver­suchen nicht wie in der Medizin die gesam­te Dichte zu rekonstruieren, sondern wollen lediglich prüfen, ob die-Konturen im Inneren des Werkstücks Defekte aufweisen“, erklärt Maaß. Die Lösung für das Problem fanden Peter Maaß und Alfred Karl Louis von der Universität Saarbrücken schon im Jahr 1991. Damals entdeckten sie einen Algorithmus, mit dem sich Sprünge in der Dichte eines Materials charakterisieren lassen, die für Risse, Kanten und Lufteinschlüsse typisch sind. Seit 1996 haben Maaß und Louis die­sen Algorithmus patentiert.

Die dreidimensionale Rekonstruktion von inneren Konturen ist allerdings trotzdem kein einfaches Problem. Das Ergebnis der Rechnung hängt empfindlich von den Meß­daten ab, die selbst mit einem Fehler behaf­tet sind. Ändert sich nur ein Hauch an den Ausgangsdaten, so sieht das errechnete Bild völlig anders aus. Solche Probleme nannten Mathematiker zu Anfang des Jahr­hunderts„schlechtgestellt“. Erst in den 50er Jahren entdeckten sie, daß sich manche Fragen prinzipiell nicht besser stellen las­sen. Maaß und seine Mitarbeiter können mit solchen Problemen allerdings umge­hen, sie berechnen die Fehler und ermit­teln, wie zuverlässig das Ergebnis ist. Für die Innenansicht eines Maschinenteils re­konstruiert ihr Programm zunächst die gro­ben Strukturen, vergleicht das rekonstruier­te Bild mit den experimentellen Daten und fügt Feinheiten dazu. Je feiner die Struktu­ren, desto höher werden die Unsicherhei­ten. Ab einer bestimmten Grenze bricht daher die Rechnung ab.

Zusammen mit Dr. Hartmut Schachtzabel, der ebenfalls als Mathematiker an der Uni Potsdam arbeitet, gründete Maaß 1995 die Firma WiSenT GmbH(der Name steht für

Wissenschaft, Softwareentwicklung und Technologietransfer). Inzwischen hat die Firma WiSenT in Kooperation mit der B.O.S. GmbH(Berliner Oberspree Sondermaschi­nenbau) einen Prototyp eines Konturtomo­graphen gebaut. Neu daran ist vor allem die Steuerung der Röntgenröhre, die fest steht und nur den Röntgenstrahl hin- und her­schwenkt. So wird die teure Präzisionsme­Chanik eingespart, die in der Medizin zur dreidimensionalen Bewegung der Röntgen­röhre benötigt wird. Das Untersuchungs­objekt steht in einem Hohlraum von der Größe einer Umzugskiste und dreht sich während der Untersuchung. Durch die Kombination von Drehung und Strahl­bewegung tasten die Röntgenstrahlen das Objekt aus drei Raumrichtungen ab. Die

Das Röntgenbild eines aus einem Stück gegos­senen Motorblocks(Modell Boxster der Firma Porsche) zeigt die verschiedenen Luft- und Treibstoffzuleitungen. Durch solche Aufnahmen lassen sich innere Defekte ausfindig machen, ohne den Motor aufzusägen.

Aufnahme: Silke Wündrich

ersten Feuerproben an einem Motorblock des Modells BOXSTER von Porsche hat das Gerät bereits bestanden. Während sich Patienten für mindestens zehn Minuten durchstrahlen lassen müssen, gibt es vom Motorblock schon nach 30 Sekunden or­dentliche Bilder seines Innenlebens. Einen 3D-Konturtomographen könnte man also durchaus am Fließband aufstellen, wo er hochwertige Werkstücke auf Herz und Nie­ren prüfen könnte, bevor sie in die teure Weiterverarbeitung gehen. ar

PITT KOOPERIERT MIT US-EXPERTEN

Zu den Aufgaben des Potsdamer Innova­tions- und Technologie-Transfers(PITT), gehört das Patens-Marketing. Brian O’Ri­ordan von der Springbourne Consultancy, einer Beratergesellschaft aus Brecksville in Ohio(USA), hält seit zwei Jahren engen Kontakt zum PITT und gab wichtige Unter­stützung bei der Verbesserung des Ser­viceangebotes der Transferstelle im Be­reich Patentverwertung. Zuletzt unterstütz­te er die Antragstellung im EXIST-Wettbe­werb des Bundesforschungsministeriums.

Kürzlich informierte er in Potsdam über er­folgreiche Modelle des Transfers neuer Technologien und bei der Vermarktung von Patenten in den USA. Durch den Bayh-Dole Act, ein Gesetz aus dem Jahre 1980, wurden die Hochschulen in den USA in die Lage versetzt, von den Erlösen aus den Lizenzie­rung ihrer Patente und anderen gewerbli­chen Schutzrechten direkt zu profitieren.

Im Dezember überzeugte sich O’Riordan vor Ort von den Fortschritten bei der Ver­marktung gewerblicher Schutzrechte der

Brandenburgischen Hochschulen. So be­suchte der Gast aus den USA das Techno­logiezentrum Teltow und führte Gespräche im Wissenschaftsministerium Brandenburg und mit Erfindern der Region, darunter auch aus der Universität Potsdam sowie mit Vertretern des Netzwerkes der Brandenbur­ger Hochschultransferstellen(IQ Branden­burg Transfer).

An der Abschlußpräsentation der Ergebnis­se eines Projektes zum Behindertensport am Institut für Sportmedizin und Prävention der Uni nahm der Gast ebenso teil. Ge­meinsam mit körperlich Behinderten disku­tierten Studenten des Institutes mit Instituts­direktor Prof. Dr. Gernot Badtke und Projekt­leiter Dr. Dieter Lazik sowie Vertretern von Behinderteneinrichtungen und Landes­sportbund Ideen für neue Sportgeräte und technische Lebenshilfen speziell für diese Zielgruppe. Von diesem Projekt angetan zeigte sich auch Brian O’Riordan. Neue Patentideen und marktfähige Produkte nicht nur für Behinderte könnten seiner Meinung nach hierbei entstehen.

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PUTZ 1-2/99