Röntgen muss nicht teuer sein
Wie sich die Kosten der digitalen Radiographie und Computertomographie senken lassen
Digitale Radiographie (DR) und Computertomographie (CT) sind etablierte Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung und liefern wertvolle Informationen über innere Strukturen von Bauteilen. Dennoch werden Röntgensysteme häufig als kostenintensiv wahrgenommen. Diese Einschätzung ist nachvollziehbar, greift heute jedoch zunehmend zu kurz. Technologische Fortschritte, veränderte Marktbedingungen und neue Systemkonzepte ermöglichen leistungsfähige Röntgenlösungen zu deutlich geringeren Kosten – insbesondere dann, wenn Systeme gezielt auf konkrete Prüfaufgaben zugeschnitten werden.
Es sind zahlreiche universelle DR- und CT-Systeme verfügbar, die ein breites Anwendungsspektrum abdecken. Sie sind darauf ausgelegt, eine große Vielfalt an Bauteilgrößen, Materialien und Prüfanforderungen mit einem einzigen System zu bedienen. Diese Flexibilität erfordert leistungsstarke oder hochauflösende Röntgenquellen, großflächige oder hochsensitive Detektoren, hochpräzise Manipulatoren sowie umfangreiche Software-Lösungen für Rekonstruktion, Auswertung und gegebenenfalls Automatisierung der Prüfung.
Ein weiterer Kostenfaktor neben den Fixkosten für die Anschaffung ergibt sich zudem aus den variablen Kosten für Wartung und Instandhaltung sowie Bedienpersonal. Zudem bieten die Systeme Anwendern ein hohes Maß an Komfort und Planbarkeit.
Für viele industrielle Prüfaufgaben geht dieser umfassende Funktionsumfang jedoch über die tatsächlich benötigten Anforderungen hinaus und es wird teilweise die Entscheidung gegen eine Anschaffung getroffen – und damit gegen eine effektive Prüftechnologie.
Was kostet nun ein Röntgensystem?
Die Investitionskosten für Röntgensysteme liegen typischerweise zwischen 250.000 und 1.500.000 Euro. Für Einbringung, Installation und Schulung fallen zusätzlich etwa 5 bis 10 Prozent des Anschaffungspreises an. Die jährlichen Kosten variieren je nach Komplexität und Nutzung sowie der notwendigen Fach-Bediener
Dabei ist der prinzipielle Aufbau der verfügbaren Systeme herstellerübergreifend weitestgehend sehr ähnlich und erstreckt sich von Tischgeräten bis hin zu raumfüllenden Großsystemen aufbauend auf Hartgestein-Manipulationssystemen mit externem Strahlenschutzgehäuse. Die Systeme sind für Kleinstbauteile mit Durchmessern von wenigen Zentimetern und Auflösungen im einstelligen µm-Bereich ebenso geeignet wie für mehrere Zentimeter große Bauteile, etwa Aluminium-Motorbauteile oder -komponenten aus noch dichteren Materialien. Die Röntgenquellen arbeiten typischerweise in kV-Bereichen von 90 bis 450 beziehungsweise bis 600 kV bei Brennfleckgrößen zwischen 1 und 400 µm.
Auf Detektorseite kommen überwiegend Flächendetektoren mit Pixelgrößen von 50 × 50 µm bis 200 × 200 µm bei Flächen von 500 × 500 bis 8.000 × 4.000 Pixel zum Einsatz. In den vergangenen Jahren sind außerdem die Zahl der Hersteller von Röntgenquellen und -detektoren und die Variantenvielfalt deutlich gestiegen.
Spezielle aufgabenangepasste Systeme sind günstiger
In der Praxis zeigt sich, dass viele Prüfaufgaben klar definierte Anforderungen haben. Werden diese Anforderungen gezielt adressiert, lassen sich Röntgensysteme deutlich kompakter und natürlich kosteneffizienter realisieren. Aufgabenangepasste Systeme verzichten bewusst auf universelle Flexibilität und konzentrieren sich auf definierte Bauteilgeometrien, Materialien und Prüfziele.
Durch vereinfachte oder sogar feste Geometrien, optimal ausgesuchte Röntgendetektoren und Röntgenquellen sowie optimierte und reduzierte Software-Funktionalität sinken sowohl die Anschaffungs- und die damit einhergehenden Integrationskosten als auch die auf das Produkt umzulegenden „Total Costs of Ownership“.
Unterstützend kommt hinzu, dass sich der Röntgenmarkt in den letzten Jahren stark weiterentwickelt hat und die Zahl von Herstellern von Komponenten und Variationen gewachsen ist. Diese Entwicklungen ermöglichen wirtschaftliche DR- und CT-Lösungen, ohne Abstriche bei der für die jeweilige Aufgabe notwendigen Bildqualität machen zu müssen.
Kosteneffizientes CT-system für die Praxis
Ein Beispiel für eine erfolgreich umgesetzte, aufgaben- und kostenbewusste CT-Lösung ist das Promex CT vom Messtechnikhersteller Ascona. Das in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IIS, Entwicklungszentrum Röntgentechnik, entstandene System wurde gezielt für wiederkehrende und klar definierte Prüfaufgaben entwickelt. Einerseits ergänzt sie bestehende Lösungen und ersetzt bestehende und fehleranfällige Vorbereitungsschritte. Andererseits erweitert sie das Prüfspektrum im bestehenden Segment durch Computertomographie. So lassen sich dünnwandige, weiche oder hochkomplexe Mikroprofile ohne eine aufwendige Probenvorbereitung präzise vermessen – während traditionelle Verfahren mit Schneiden und Entgraten diese Profile stark deformieren und unmessbar machen würden.
Hervorzuheben ist zudem, dass es sich um eine vollautomatische Lösung handelt. Das System wird mit allen notwendigen Software-Bausteinen geliefert, von der Datenerfassung bis zur Auswertung, und benötigt kein Inhouse-Expertenwissen. Weiterhin ist das System wartungsarm.
Fraunhofer IIS „DIY“-Bausteine
Das Entwicklungszentrum Röntgentechnik des Fraunhofer IIS erforscht und entwickelt in Ergänzung hierzu modulare „DIY“-Bausteine für Röntgen- und CT-Systeme. Ziel ist es, den Einstig in die Röntgentechnik so schnell, einfach und kostensensitiv wie möglich zu realisieren. Hierfür werden Anwendern und Systemintegratoren flexible, offene Komponenten bereitgestellt, mit denen sich maßgeschneiderte Systeme realisieren lassen.
Dazu gehören neben Beratung rund um Komponenten wie Röntgenquellen, Detektoren und Mechanik, Software-Bausteine für die Systemsteuerung, Geometriekalibrierung und CT-Rekonstruktion. Ergänzt werden diese durch anwendungsspezifische Algorithmen für die automatisierte Auswertung der Daten. Es liegt auch ein Fokus auf KI-Lösungen, die eine schnelle und einfache Parametrierung ermöglichen. Durch diesen Baukastenansatz können Systeme exakt auf Prüfaufgaben zugeschnitten und bei Bedarf schrittweise erweitert werden.
Fazit
Röntgenbasierte DR- und CT-Prüfungen müssen heute nicht mehr teuer sein. Während universelle Systeme weiterhin ihre Berechtigung haben, bieten aufgabenangepasste Lösungen und modulare Konzepte erhebliche wirtschaftliche Vorteile. Insbesondere können diese Lösungen nicht nur direkt auf die Anwendung, sondern auch auf den optimalen Einsatzort (zum Beispiel in der Fertigungslinie) integriert werden: Beispiele wie das Promex CT zeigen, dass leistungsfähige und zugleich kosteneffiziente Röntgensysteme realisierbar sind, und neue Perspektiven für die industrielle zerstörungsfreie Prüfung eröffnen.
