Bild 1: Lärmschutz ist hier kein Thema
Für die Schallemission SE gilt allgemein:
| SE = f( PV(t), OP, SK ) | |
|---|---|
| SE | = Schall-Leistung |
| PV(t) | = zeitabhängiger Prozessverlauf |
| OP | = Objektparameter |
| SK | = Stoffkenngrößen |
Gleichung 1: SE-Funktion
| Schallemissionen treten bei Herstellung,
Nutzung, Beanspruchung und Schädigung eines Objektes auf. |
Für die abgestrahlte Schalleistung SE gilt:
Die SE ist abhängig vom Prozessverlauf,
Objektparametern
und von Stoffkenngrößen des erregten Stoffes.Bild 2: Stethoskop
Mit dem Stethoskop kann der Arzt Geräusche aus Herz und Lunge deutlich hören und analysieren. Die Geräusche die er über das Stethoskop aus dem Brustraum abhört, liefern ihm brauchbare Informationen über Erkrankungen von Herz, Atemwegen und Lunge.Das Stethoskop ist zu einem wichtigen diagnostischen Hilfsmittel der Medizin geworden.
Ein geübter Autoschlosser kann aus dem Motorengeräusch bereits viele Informationen über den Motorzustand gewinnen. Eine Verkäuferrin erfährt aus dem Anschlagen eines Glases und dem hierdurch entstehendem Klang, ob das Glas ohne Risse oder Kerben ist. Das Studium der Schallemission ist geeignet, beim Herstellungs- und Nutzungsprozess eines Objektes, Hinweise auf dessen Zustand zu liefern. (Buch [3])
| Die Schallemissionsanalyse (SEA) im engeren Sinne befasst sich mit den in einem Werkstoff bei Beanspruchung auftretenden Primärschallquellen. |
Bild 3: Nicht klingende Gläser verraten den Riss.
Die SEA erforscht die Ursachen der Schallquellen (SQ), um Auskünfte über den Werkstoffzustand zu erhalten. Die Möglichkeit des SE-Nachweises über größere Entfernungen, die vorhandenen Wertungs- und Ortungsmöglichkeiten sind hervorstechende Eigenschaften, die verschiedenste wissenschaftlich-technische Disziplinen veranlassten, die SE zur Lösung ihrer Probleme einzusetzen. Die Folge der breiten, fast isoliert verlaufenden Entwicklungen - bei der Werkstoffprüfung, der Physik, der Festkörperphysik, im Geräte- und Maschinenbau, der Kraftfahrzeugtechnik, der Energietechnik usw.- ist die Nutzung sehr unterschiedlicher Messgrößen und Meßmethoden, die nur selten hinreichend vergleichbar sind (Buch [4]). Die Seismologie untersucht im Infraschallbereich Erdbeben durch Messung von Infraschallwellen die durch diesen Prozess erzeugt wurden. Die Infraschallwellen sind als SE des Erdbebenprozesses aufzufassen. Somit wurden in der Seismologie bereits Methoden entwickelt, die formal in der SEA übernommen werden konnten. Auch aus der Schwingungsanalyse konnten weitgehende Erfahrungen übertragen werden. Hier waren es Hauptsächlich die Methoden der Frequenzanalysen und der Darstellung einiger Schallparameter bei starker Variation der Objekte.
Frequenzbereiche der Schallemissionsanalyse definieren unterschiedliche Anwendungs- und Forschungsbereiche, die bisher relativ unabhängig voneinander, in selbstständiger Entwicklung entstanden sind und eigenständige Prüftechniken entwickelten. So fanden ähnliche Entwicklungen in manchen technischen Disziplinen statt, wie Maschinendiagnostik, Schwingungsprüfung, Bauteildiagnostik, Lärmbekämpfung, Werkstoffdiagnostik, Biodiagnostik, Molekulardiagnostik, usw..
Eine hervortretende Eigenständigkeit hat die SE bei der Werkstoffprüfung erreicht und hier zu sehr speziellen, revolutionierenden akustischen Meßmethoden geführt, weshalb der Begriff der Schallemissionsanalyse zunächst im engeren Sinne nur auf dieses Gebiet bezogen wurde. Kein anderes Verfahren der Werkstoffprüfung ist so alt und so jung wie die Schallemissionsprüfung (SEP)
Schon die Steinzeitmenschen warnte ein knackender Ast vor dem anstehenden Bruch und bereits vor 6000 Jahren erkannte man beim Abkühlen gebrannter Töpferware, dass knackende Geräusche mit Rissbildung verbunden waren. Bereits 1816 wurde von dem französischem Arzt Laennec das Stethoskop erfunden. Leckagen erkennt man noch heute vielfach am entstehenden Geräusch, das durch Ausströmen von Gasen oder Flüssigkeiten aus Gefäßen, Schläuchen, Armaturen oder Rohren erzeugt wird. Hörbares Knistern deutet auf unzulässige Entladungen in elektrischen Objekten hin.
Erst vor wenigen Jahrzehnten gelang es mit Mitteln der modernen Messtechnik, die äußerst schwachen Schallquellen im Ultraschallbereich bei Kristallisation, bei Rissbildung und Rissfortpflanzung in Metallen über weite Entfernungen zu registrieren. Förster und Scheil ( Artikel 1 ) führten bereits 1936 akustische Untersuchungen der Bildung von Martensitnadeln erfolgreich durch (Artikel 2 ). Erneut entdeckt wurde die akustische Methode von Kaiser (Artikel 3) bei der "Untersuchung über das Auftreten von Geräuschen beim Zugversuch". Zur Geschichte der Schallemissionsanalyse ist bei Morgner (Artikel 4) und Drouillard (Artikel 5) einiges zusammengefasst und veröffentlicht. Parallel zur Entwicklung der Computermesstechnik fand, durch diese gefördert, eine rasante Entwicklung der Schallemissionsanalyse in vielen Wissensbereichen statt. Der erhoffte Erfolg stellte sich jedoch, wegen der Vielzahl der auftretenden Schallquellen und den komplizierten Schallausbreitungsbedingungen in strukturierten Objekten, nicht so wie erwartet ein.
Die erste Euphorie über dieses elektronische, akustische Prüfverfahren ist vorüber. Wir müssen nun feststellen, dass es noch einen sehr weiten Weg bis zum vollständigen Verständniß dieser Sprache der Natur - der SE- zu überwinden gilt. Die SE-Forschung kann durch die Entdeckung genereller Eigenschaften der Schallentstehung bei induzierenden Prozessen zur allumfassenden Klammer werden und für eine sinnvolle gegenseitige Befruchtung in den unterschiedlichsten Wissensbereichen sorgen.
Die Schallemissionsprüfung (SEP) ergänzt die Aussagen bei vielen in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen erfolgreich eingesetzten Prüfverfahren. Sie trägt zum besseren Verständnis, zur Bereicherung und Erweiterung der unabhängig von einander entwickelten Prüfmethoden bei. Sie kann eine generelle Verallgemeinerung begünstigen. Entsprechend dem Titelbild wollen wir, wie mit einem Scheinwerfer die Schallquelle (Trompete) und deren Erregung (die Beanspruchung durch das Anblasen), sowie den Erreger (den Bläser) im Einzelnen betrachten und unter die Lupe nehmen.
Die folgende Tabelle 1(Schallbereiche induzierender Prozesse) zeigt die Frequenzbereiche von schallerzeugenden Prozessen, die technischen Anwendungsgebiete, die sich unabhängig von einander entwickelt haben. Sie befruchten sich gegenseitig und können den auftretenden Schall gemäß Gleichung 1(SE-Funktion) erfassen.
Tabelle 1: Schallbereiche induzierender Prozesse
| Schallbereich | f/Hz | {induzierender} Prozess | Forschungsgebiet |
| Hyperschall | 10^11 | physikalischer | Mikrophysik |
| " " " | 10^10 | chemischer | Mikrochemie |
| " " " | 10^9 | biologischer | Mikrobiologie |
| Ultraschall | 10^8 | elektrischer | Elektrotechnik |
| " " " | 10^7 | versetzungs | Werkstoffwissenschaften |
| " " " | 10^6 | Deformat. u. Transfrmations | " " " SE im engeren Sinn |
| " " " | 10^5 | makro | " " " |
| Hörschall | 10^4 | vibrations | Schwingungsanalyse |
| " " " | 10^3 | loseteilchen, siede | Akustik |
| " " " | 10^2 | reibungs, strömungs | Hydroakustik |
| Infraschall | 10^1 | mikroseismische | Erdbebenforschung |
| " " " | 10^0 | erschütterungs | " " " |
| " " " | 10^-1 | makroseismische | " " " |
Bücher:
[1] Millner, Rudolf, Prof.Dr.sc.nat.; Federführung, Wissensspeicher
Ultraschalltechnik; VEB Fachbuchverlag Leipzig ISBN 3-343-00205 1
[2] Günther; Hansen; Veit; Technische Akustik: ausgew. Kap. 3. Aufl. expert
verlag 1982 ISBN 3-88508-812-6 1
[3] Tietz, Horst, Dieter; Prof.Dr.sc.techn.; Ultraschall- Messtechnik; 2. Bearb.
Aufl. ; VEB Verlag Technik Berlin 1974 2
[4] Lenk, Arno; Prof.Dr.Ing.habil.; Rehnitz, Jürgen; Autorenkollektiv;
Schwingungsprüftechnik; VEB Verlag Berlin 1974 3 [5] Kraak, Wolfgang,
Prof.Dr.Ing.habil.; Weißing, Heinz, Dr.Ing. ; Schallpegelmesstechnik; VEB
Verlag Technik Berlin 1970 3
Artikel:
1 Förster, F.; Scheil, E.; Akustische Untersuchungen der Bildung von Martensitnadeln; Zeitschrift für Metallkunde,28,245-247,1936
2 Förster, F., Scheil, E. ; Messung der Bildungszeit der Martensitnadeln ; Die Naturwissenschaften, 25, 439-440, 1937
3 Kaiser, J. ; Untersuchungen über das Auftreten von Geräuschen beim Zugversuch; Dissertation TH München 1950
4 Morgner, W.; Zur Geschichte der Schallemissionsanalyse ; Wiss. Berichte TH Zittau 1240, 24, 1-5, 1990 3
5 Drouillard, T.F.; A History of Acoustic Emission ; Journal of Acoustic Emission, 14, 1-34, 1996
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