Rauschen in der Werkstoff- und Bauteilcharakterisierung

Rauschen bezeichnet in der Werkstofftechnik alle unerwünschten, stochastischen oder deterministisch überlagerten Signalkomponenten, die die präzise Erfassung von Werkstoff- oder Systemzuständen erschweren. Es tritt sowohl in Messsignalen (elektrisch, magnetisch, akustisch, optisch) als auch in makroskopisch wahrnehmbaren Phänomenen wie Quietschen, Brummen und Klappern (BSR) auf.

In der zerstörungsfreien Prüfung und Strukturüberwachung überlagert Rauschen den eigentlichen Nutzanteil eines Signals, z. B. bei Ultraschall-, akustischen Emissions- oder Wirbelstromverfahren. Die Rauschanalyse dient hier der Quantifizierung des Signal-Rausch-Verhältnisses, der Identifikation von Rauschquellen (Sensorik, Elektronik, Umgebung, Materialinhomogenitäten) und der Entwicklung geeigneter Filter- und Auswertealgorithmen.

Ein spezieller Fall ist das Barkhausen-Rauschen, das durch sprunghafte Domänenwandbewegungen in ferromagnetischen Werkstoffen entsteht. Die statistische Charakterisierung dieser Rauschsignale erlaubt Rückschlüsse auf Eigenspannungen, Textur und Mikrostruktur und wird zur Gefüge- und Spannungsanalyse eingesetzt.

Auf akustischer Ebene werden Geräusche wie Quietschen, Brummen und Klappern als Noise, Vibrations, Harshness-Phänomene betrachtet. Sie stehen oft im Zusammenhang mit Reibung, Dämpfung und Kontaktbedingungen von Bauteiloberflächen. Ihre Minimierung erfordert ein Verständnis der Wechselwirkung zwischen Werkstoffkennwerten (Steifigkeit, Dämpfung, Reibkoeffizient), Geometrie und Betriebsbedingungen.

Rauschreduktion umfasst sowohl hardwareseitige Maßnahmen (optimierte Sensorik, Schirmung, mechanische Entkopplung) als auch signalverarbeitungstechnische Ansätze (Filterung, Mittelung, spektrale und statistische Methoden), um aus verrauschten Daten robuste Werkstoffkennwerte und Zustandsgrößen abzuleiten.

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