Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IISMit GiantEye nimmt am Standort Fürth Anfang 2027 ein weltweit einzigartiges Hochenergie-CT-System den Betrieb auf. Das Gantry-System erlaubt die zerstörungsfreie 3D-Untersuchung und Digitalisierung von Objekten bis zur Größe eines 20-Fuß-Seefrachtcontainers. Anders als bei dem Vorgängersystem werden Prüfobjekte in »Straßenlage« gescannt. Industriekunden steht das System für einzelne Messungen oder ganze Messkampagnen zur Verfügung. Sie erhalten detaillierte 3D-Volumendaten auf Wunsch mit fachlicher Auswertung durch das Team des Entwicklungszentrums Röntgentechnik.
GiantEye – Hochenergie-CT für sehr große Objekte
Konventionelle CT stößt an Grenzen
Die zerstörungsfreie Prüfung mittels Computertomographie hat sich in den vergangenen Jahrzehnten zu einem unverzichtbaren Werkzeug der industriellen Qualitätssicherung und Schadensanalyse entwickelt. Sobald Prüfobjekte größer und komplexer werden, geraten klassische Anlagen an grundsätzliche physikalische Grenzen: Die Röntgenenergie reicht nicht mehr aus, um dichte Materialien wie Stahl oder komplexe Multimaterialstrukturen zuverlässig zu durchdringen. Genau in diesem Blindspot arbeitet das Entwicklungszentrum Röntgentechnik des Fraunhofer IIS seit über einem Jahrzehnt. Hochenergie-CT-Systeme im MeV-Bereich, betrieben mit Linearbeschleunigern (Linac) als Röntgenquelle, durchdringen Materialstärken von rund 20 Zentimetern Stahl oder 60 Zentimetern Aluminium. Die seit 2013 in Fürth betriebene XXL-CT-Anlage nutzt dieses Prinzip in einem sog. Turm-Aufbau: Eine 9-MeV-Linac-Quelle und eine vier Meter breite Detektorzeile bewegen sich synchron entlang einer acht Meter hohen Stahlfachwerk-Struktur, während das Prüfobjekt auf einem Drehteller mit drei Metern Durchmesser rotiert. Die Objekte werden dabei vertikal aufgestellt und so gescannt. Diese Methodik hat sich in zahlreichen Forschungs- und Industrieprojekten bewährt, bringt jedoch Einschränkungen und Nachteile mit sich: Flüssigkeiten verlagern sich in der Senkrechten, hochpräzise Messungen werden durch die veränderte Wirkung der Schwerkraft erschwert, und der Aufwand für Vorbereitung und Handhabung ist erheblich. GiantEye geht den nächsten Schritt.
Das XXL-CT System besteht im Wesentlichen aus einem Linearbeschleuniger, einem präzisen Drehteller und einem vier Meter breiten Zeilendetektor.
Was GiantEye anders macht
GiantEye ist ein Gantry-Hochenergie-CT-System, dessen Konstruktionsprinzip an klinische CT-Scanner angelehnt ist – jedoch in einem Maßstab, der industrielle Großobjekte aufnehmen kann. Bei diesem Aufbau bleibt das Prüfobjekt ortsfest in seiner natürlichen Lage stehen oder liegen, während sich Röntgenquelle und Detektor gemeinsam auf einer ringförmigen Struktur um das Objekt drehen. Die technische Auslegung der Anlage zielt konsequent auf großvolumige Industrieprüfungen:
| Parameter | Wert |
| Röntgenquelle | Linearbeschleuniger, 9 MeV |
| Maximale Objektgröße | 20-Fuß-Seefrachtcontainer (ca. 6,1 m Länge, 2,5m Höhe) |
| Räumliche Auflösung | bis ca. 400 μm Voxelgröße |
| Materialdurchdringung | bis ca. 20 cm Stahl bzw. 60 cm Aluminium |
| Bauprinzip | Gantry, rotierende Quelle und Detektor |
| Standort | Entwicklungszentrum Röntgentechnik des Fraunhofer IIS, Fürth |
Konzeptionell baut GiantEye auf einer Pilotanlage auf, die an der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität (RPTU) Kaiserslautern in Betrieb genommen wurde. Dort wird das System für die Untersuchung von Betonsäulen unter Lastbedingungen eingesetzt. Diese kleinere Schwesteranlage hat das Gantry-Prinzip im Hochenergiebereich industriell validiert; GiantEye in Fürth überträgt es in den Maßstab, der für Fahrzeuge und vergleichbar große Objekte erforderlich ist. Der praktische Mehrwert ergibt sich aus mehreren Punkten: Duch das verbleiben im betriebsnahen Zustand, verbessert sich die Aussagekraft metrologischer Auswertungen. Darüber hinaus eröffnet System die Hochenergie-Prüfung für Objekte, die sich grundsätzlich nicht aufrichten lassen – etwa befüllte Container, montierte Großstrukturen oder Baugruppen, in denen sich bewegliche Komponenten unter Schwerkrafteinfluss in definierter Position befinden müssen.
»Gulliver-CT« wurde 2024 an der TUK Kaiserslautern aufgebaut. Das einmalige System ist in der Lage, Betonträgerstrukturen unter Last zu prüfen.
Die Vorteile auf einen Blick
- Einzigartige Prüfkapazität: Objektgrößen bis zum 20-Fuß-Container und Materialdurchdringungen, die kein anderes industriell zugängliches CT-System derzeit erreicht.
- Prüfung in Originallage: Keine Verfälschung durch Umlagerung, Aufrichtung oder Demontage – Flüssigkeiten, bewegliche Komponenten und die Wirkung der Schwerkraft bleiben im betriebsnahen Zustand.
- Hohe Informationsdichte pro Scan: Eine einzelne Messung beantwortet typischerweise mehrere Fragestellungen unterschiedlicher Fachabteilungen gleichzeitig – von der Geometrie über die Werkstoffintegrität bis zur Lage einzelner Komponenten zueinander.
- Expertise des Entwicklungszentrums Röntgentechnik: Das Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik betreibt seit 2013 Hochenergie-CT für sehr große Objekte und hat in dieser Zeit ein einzigartiges methodisches und auswertetechnisches Know-how aufgebaut.
- Flexible Nutzung: Einzelmessungen, mehrteilige Messreihen entlang eines Lebenszyklus oder begleitende Prüfungen zu Entwicklungs- und Erprobungsprogrammen sind gleichermaßen möglich.
Anwendungsfelder des GiantEye-Systems
Die folgenden Anwendungsfelder bilden den Schwerpunkt der angebotenen Dienstleistungen.
Automotive und Elektromobilität
Antreibsbatterie eines Elektrofahrzeugs.
Computertomographie eines Elektrofahrzeugs
Der Übergang zur Elektromobilität hat die Anforderungen an die Prüftechnik in der Automobilindustrie grundlegend verändert. Moderne Hochvoltspeicher bestehen aus unzähligen Zellen, die in komplexen Trägerstrukturen aus Metall und Kunststoff verbaut sind. Sicherheitsrelevante Eigenschaften wie die exakte Zellpositionierung, die Homogenität der Intercell-Schäume, die Unversehrtheit der Verbindungstechnik sind nach der Montage eines Packs nicht mehr direkt zugänglich. Gleichzeitig wachsen die Packs in Cell-to-Pack- und Cell-to-Chassis-Architekturen zu derart großen Baugruppen heran, dass eine zerstörungsfreie Komplettprüfung mit konventionellen CT-Anlagen nicht mehr möglich ist.
GiantEye adressiert dieses Spannungsfeld auf mehreren Ebenen. In der Crash- und Impact-Analyse lassen sich Eindringtiefen quantifizieren, Zellbeschädigungen lokalisieren und die strukturelle Integrität bewerten – einschließlich Effekten wie elastischer Rückfederung, die bei einer Demontage verloren gingen. So konnte an einem Batteriepack nach einem Überfahrtest nachgewiesen werden, dass ausschließlich die Absorberschicht deformiert war und die Zellen unbeschädigt blieben – unmittelbar verwertbar für Restsicherheitsbewertung und Simulationsvalidierung. Im Produktionsanlauf unterstützt GiantEye die Verifikation von Fertigungsprozessen: Porenstruktur von Intercell-Schäumen, Zelllage, Schweiß- und Klebeverbindungen lassen sich vollständig in 3D prüfen, ohne Stichproben zerstören zu müssen.
Im Lifecycle Testing ermöglicht die zerstörungsfreie CT Vorher-Nachher-Vergleiche über den gesamten Lebenszyklus. Ein Begin-of-Life-Scan dient als Referenz; nach Belastungen machen Varianzanalysen Veränderungen wie Zellschwellung oder Materialermüdung sichtbar und korrelierbar mit den applizierten Lastprofilen.
In der Prototypen- und Architekturphase erlaubt die Inspektion vollständiger Fahrzeuge in Straßenlage einen ganzheitlichen Blick: Soll-Ist-Vergleiche gegen CAD, Bauraumkonflikte, Generationsunterschiede und die Erzeugung digitaler Zwillinge werden in einer einzigen Messung möglich.
Luft- und Raumfahrt
XXL-CT-Aufnahme eines Helilopters.
In der Luft- und Raumfahrt treffen großvolumige Bauteile, sicherheitskritische Funktionen und exotische Werkstoffkombinationen aufeinander. Triebwerksgehäuse lassen sich vollständig auf Porosität, Risse oder Einschlüsse untersuchen, ohne sie zerlegen zu müssen. Bei additiv gefertigten Großbauteilen, deren interne Kanalstrukturen und Schichtbindungen nur volumetrisch prüfbar sind, macht GiantEye auch Komponenten zugänglich, die über die Bauraumgrenzen klassischer CT-Anlagen hinausgehen.
Strukturbauteile aus Verbundwerkstoffen können auf Delaminationen, Klebestellenfehler oder Stoßbeschädigungen untersucht werden. Im Bereich MRO ergänzt die Anlage etablierte Prüfverfahren um eine vollständige 3D-Zustandsbewertung großer Komponenten – nutzbar für Lebensdauerbewertung und Schadensgutachten. Auch Fahrwerkskomponenten mit komplexer Innengeometrie und hoher Materialdichte werden vollständig durchstrahlbar.
Kulturgut und Museumsobjekte
Das Schlüsselgerät SG-41 gilt als Nachfolger der Heeres-Enigma-Dechiffriergeräte.
CT-Scan eines T.rex-Schädels
Das Fraunhofer IIS hat den Raketenjäger Me 163 Messerschmitt mittels XXL-Computertomographie untersucht.
Computertomographie hat sich zu einem etablierten Werkzeug der musealen Forschung entwickelt. Im Gegensatz zur industriellen Anwendung steht die zerstörungsfreie Erschließung von Objekten im Vordergrund, die unter keinen Umständen beschädigt werden dürfen. CT macht das Innenleben sichtbar, ohne das Original zu verändern, liefert einen vollständigen digitalen Zwilling. Sobald Objekte größer werden, in dichten Materialien eingebettet sind oder aus stark unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, stoßen herkömmliche CT-Anlagen an ihre Grenzen. Hier hat sich die XXL-CT des EZRT als unverzichtbares Werkzeug etabliert – und mit GiantEye eröffnen sich durch die Gantry-Bauweise und Aufnahme in natürlicher Lage zusätzliche Möglichkeiten.
Drei Projekte illustrieren das Spektrum:
Im Projekt 3D-Cipher wurden mit dem Deutschen Museum rund 60 historische Chiffriergeräte gescannt und als Open Data zugänglich gemacht – die Verschlüsselungsmechanik wurde erstmals dokumentiert, ohne die Exponate zu öffnen. Beim römischen Schienenpanzer von Kalkriese wurde ein 500 kg schwerer Erdblock mit Hochenergie-CT in 1.500 Einzelaufnahmen durchstrahlt. Das Ergebnis: der älteste erhaltene Schienenpanzer dieses Typs, dessen Qualität bisherige Annahmen zur römischen Rüstungstechnik grundlegend revidierte.
Im T-rex-Projekt wurde für das Naturalis Biodiversity Center ein 66 Millionen Jahre alter, in Sandstein eingebetteter Schädel vor der Präparation tomographiert. Die Daten ermöglichten anatomische Erfassung, machten verborgene Bruchstellen sichtbar und erlaubten originalgetreue 3D-Druck-Reproduktionen.
Auch großvolumige technikgeschichtliche Objekte fallen in dieses Feld: Die Aufnahme einer fast sechs Meter langen Messerschmitt Me 163 machte konstruktive Details sichtbar, die bei Demontage verloren wären. Mit GiantEye wird erstmals die Aufnahme in natürlicher Lage möglich – relevant für Objekte mit beweglichen Komponenten oder druckempfindlichen Materialien