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Spektroskopie: Ein vielseitiges Analyseverfahren - Wie Sie die Methode für Ihre Instandhaltung nutzen

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Instandhaltung
Urheber: Boggy | Fotolia

Von Werner Böckler,

Bei Ihrer Arbeit müssen Sie immer wieder die Eigenschaften bestimmter Bauteile analysieren. Neben primären physikalischen Größen wie Temperaturen, Geometrien, Drehzahlen oder Kräften gibt es aber auch eine Vielzahl komplexer Phänomene. Hier kann in vielen Fällen die Spektroskopie helfen, die es in zahlreichen Ausprägungen gibt. Doch was verbirgt sich überhaupt hinter diesem Begriff?

Bei der Spektroskopie geht es nicht um die Erfassung einer einzelnen physikalischen Größe, sondern – wie der Name es sagt – um ein ganzes Spektrum.

Über das Verhältnis der Einzelwerte ergibt sich eine spezifische Information. Diese Informationen sind häufig sehr komplex und mit herkömmlichen Messgeräten für die Basisgröße nicht erfassbar.

Beispiel – spezifische Spektren werden erkennbar: Ein einzelner, reiner Ton wird durch periodische sinusförmige Luftdruckänderungen hervorgerufen und das periodische Ereignis als Frequenz gemessen. Wir können über die Frequenz einer Einzelschwingung zwar die Tonhöhe ermitteln, sie aber keiner Schallquelle zuordnen. Eine reale Schallquelle, z. B. eine menschliche Stimme oder ein Instrument, erzeugt immer eine Vielzahl von Frequenzen (Spektrum). Über das spezifische Verhältnis der Einzelfrequenzen können wir die Schallquelle identifizieren.

Die unterschiedlichen Arten von Spektren

Ein Spektrum besteht immer aus

  • der Anzahl der Einzelgrößen (z. B. welche Frequenzen gibt es?) und
  • dem Verhältnis der Einzelwerte (wie groß sind deren Absolutwerte?).

Doch welche Einzelwerte kann es dabei geben?

Besonders häufig finden Sie die Spektralanalyse im Bereich der mechanischen Wellen (Akustik, Schwingungsanalyse). Daneben gibt es zahlreiche Analyseverfahren, die direkt oder indirekt das Spektrum elektromagnetischer Wellen analysieren:

  • sichtbares Licht
  • Röntgenstrahlung
  • Infrarotlicht 
  • Mikrowellen
  • Gammastrahlung

Außerdem existieren auch Messverfahren, die das Spektrum anderer physikalischer Größen wie der Masse analysieren. Durch diese Vielfalt bietet die Spektroskopie zahlreiche Analysemöglichkeiten in den unterschiedlichsten Bereichen.

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Einsatzgebiete für Ihre Instandhaltungsaufgaben

Bei der Instandhaltung wird die Spektroskopie nicht nur für die Schallanalyse, sondern auch immer häufiger für die Materialuntersuchung eingesetzt. Dabei kommen sehr häufig Laser zum Einsatz, die geringste Mengen des Materials verdampfen. Dabei entsteht ein Lichtspektrum, das direkte Rückschlüsse auf die enthaltenen Elemente zulässt.

Wird ein chemisches Element durch äußere Energie (z. B. einen Laserstrahl) angeregt, so strahlt es einen Teil der Energie in Form von Licht wieder ab. Dabei erzeugt jedes Element ein einzigartiges, charakteristisches Lichtspektrum. Auch wenn sich sehr viele dieser Elementspektren überlagern, können die einzelnen Urheber identifiziert werden.

Bundesanstalt für Materialforschung entwickelt neues mobiles Laser-Spektroskop

Um Schäden an Betonbauwerken feststellen zu können, werden aufwendige Materialuntersuchungen notwendig. Ein wichtiger Aspekt ist dabei die Chloridkonzentration. Chloride lösen korrosive Prozesse im Beton aus, wenn sie eindringen und mit der Metallarmierung in Berührung kommen. Ursächlich für die Chloride sind Salze, die z. B. als Streumittel in die Umgebung geraten.

Die Bundesanstalt für Materialforschung hat jetzt ein mobiles Gerät entwickelt, mit dem die Zusammensetzung der Betonoberfläche mobil untersucht werden kann. Das Gerät wird über Saugfüße am Bauteil befestigt.

Im Anschluss verdampft ein Laserstrahl kleinste Mengen des Betons, wobei ein Plasma entsteht. Die Analyse dieses Plasmas liefert genaue Aussagen über die Zusammensetzung des Materials. Das Ergebnis ist sofort vor Ort verfügbar.

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