nach oben
Meine Merkliste
Ihre Merklisteneinträge speichern
Wenn Sie weitere Inhalte zu Ihrer Merkliste hinzufügen möchten, melden Sie sich bitte an. Wenn Sie noch kein Benutzerkonto haben, registrieren Sie sich bitte im Hanser Kundencenter.

» Sie haben schon ein Benutzerkonto? Melden Sie sich bitte hier an.
» Noch kein Benutzerkonto? Registrieren Sie sich bitte hier.
Ihre Merklisten
Wenn Sie Ihre Merklisten bei Ihrem nächsten Besuch wieder verwenden möchten, melden Sie sich bitte an oder registrieren Sie sich im Hanser Kundencenter.
» Sie haben schon ein Benutzerkonto? Melden Sie sich bitte hier an.
» Noch kein Benutzerkonto? Registrieren Sie sich bitte hier.

« Zurück

Ihre Vorteile im Überblick

  • Ein Login für alle Hanser Fachportale
  • Individuelle Startseite und damit schneller Zugriff auf bevorzugte Inhalte
  • Exklusiver Zugriff auf ausgewählte Inhalte
  • Persönliche Merklisten über alle Hanser Fachportale
  • Zentrale Verwaltung Ihrer persönlichen Daten und Newsletter-Abonnements

Jetzt registrieren
Merken Gemerkt
26.07.2018

Berührungslose Messung von Dehnung

Videoextensometer und Bildkorrelationssystem können universell als Dehnungsmesssysteme bei der mechanischen Material- und Bauteilprüfung eingesetzt werden. Neben quasistatischen Anwendungen mit hochauflösenden Kameras und dynamischen Anwendungen mit Hochgeschwindigkeitskameras ist nun auch der effiziente Einsatz bei der Ermüdungsprüfung möglich.

Berührungslose Dehnungsmessung mit hochauflösenden Kamerasystemen auch bei Ermüdungsversuchen (© Limess)

Berührungslose Dehnungsmessung mit hochauflösenden Kamerasystemen auch bei Ermüdungsversuchen (© Limess)

Dehnungsverteilung zweier zusammengeklebter CFK-Platten (© Limess)

Die Ermüdungsprüfung spielt eine zunehmende Rolle bei der mechanischen Bauteilprüfung, da mit den gewonnenen Erkenntnissen Herstellungskosten und Lebenszeit eines Bauteils für reale Betriebsbedingungen optimiert werden können. Kamerabasierte Messsysteme von Limess, Krefeld, vereinfachen dabei laut Hersteller die Dehnungsmessung, liefern mehr Informationen als bisherige taktile Verfahren und können flexibel für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden.

Bei der Ermüdungsprüfung wird die Materialprobe einer schwingenden Belastung ausgesetzt. Aus dem zeitlichen Verlauf der gemessenen Bauteilverformung werden Materialparameter bestimmt, die das Ermüdungsverhalten des Materials bei wechselnder Belastung beschreiben. Mit diesen Materialparametern kann das in einer Maschine oder einem Fahrzeug eingesetzte Bauteil optimal ausgelegt werden und damit der Materialeinsatz und die Lebensdauer verbessert werden.

Die Dehnungsmessung bei Ermüdungsversuchen wird bislang meist mit punktuell messenden Dehnungsmessstreifen (DMS) durchgeführt. Diese müssen aufwendig durch einen Experten angebracht werden und liefern nur einen lokalen Messwert. Bei niedrigen Prüffrequenzen (Low Cycle Fatigue) kommen auch taktile Clip-on-Extensometer zum Einsatz. Diese können wegen ihrer Massenträgheit nicht für höhere Prüffrequenzen eingesetzt werden. Der Trend bei der Ermüdungsprüfung geht jedoch in Richtung höherer Frequenzen und Zyklenzahl, um die Prüfdauer und die Kosten der Versuche zu reduzieren.

Dehnungsmessung auch bei Ermüdungsversuchen

Mit den hochauflösenden Kamerasystemen des Herstellers ist nach eigenen Angaben die berührungslose Dehnungsmessung nun auch bei Ermüdungsversuchen bis ca. 250 Hz Prüffrequenz möglich (Bild 1). Dies wird durch die neu entwickelte mikroprozessorgesteuerte Triggerelektronik Maxtrigger erreicht. Diese synchronisiert die Kameras zeitlich sehr präzise auf die schwingende Belastung. Damit kann eine Messung z.B. jeweils am Kraftmaximum erfolgen, und der zeitliche Verlauf der Bauteildeformation wird präzise aufgelöst. Dafür waren bislang teure Hochgeschwindigkeitskameras erforderlich.

Die Mikroprozessorsteuerung kann auch der Amplitudenänderung des Kraftsignals bei einem Laststeigerungsversuch folgen. Bei Laststeigerungsversuchen wird die Belastung schrittweise während der Ermüdungsprüfung erhöht, und damit lässt sich die Lebensdauer des Bauteils in kürzerer Prüfzeit bestimmen.

Echtzeit-Dehnungssensor liefert Messwerte an den Controller

Das Videoextensometer RTSS misst die Probendehnung aus der Abstandsänderung zweier Linienmarkierungen, die einfach aufzubringen und praktisch masselos sind. Das System arbeitet als Echtzeit-Dehnungssensor mit einer Messrate bis 1 kHz und liefert die Messwerte direkt an den Controller der Prüfmaschine. Es können damit nach Firmenangaben Dehnungen von 0,002 bis 1000 % bei Ausgangsmesslängen ab ca. 5 mm gemessen werden.

Bildkorrelationssystem erfasst 3D-Deformation

Das Q400-Bildkorrelationssystem (Digital Image Correlation, DIC) misst die ortsaufgelöste Oberflächendehnung über die Mustererkennung (Korrelation) eines mittels Sprühfarbe aufgebrachten stochastischen Grauwertmusters (Bild 2). Das System ist meist mit zwei Kameras ausgestattet und erfasst damit die 3D-Deformation und Oberflächendehnung bei beliebigen Probengeometrien. Es erlaubt die Messung von komplexen Verformungszuständen und an inhomogenen Materialien.

Bei der Zugbelastung zweier zusammengeklebter CFK-Platten ergibt sich eine Scherdehnung in der Klebeschicht, die zum Versagen der Klebung führt. Das Bildkorrelationsverfahren visualisiert auch Mikrorisse, die im Kamerabild nicht sichtbar sind, und es lässt sich mit hoher Auflösung der zeitliche Verlauf des Risswachstums bestimmen.

Die präzise Kameratriggerung lässt sich auch bei der Schwingungsprüfung mit einem elektrodynamischen Shaker einsetzen. Damit ist im Bereich bis ca. 2 kHz eine flächenhafte Schwingungsmessung möglich, und es können dreidimensionale Bauteilbewegungen und Modalformen bei periodischer Anregung erfasst werden. Ein Q400-System ist dabei laut Hersteller viel kostengünstiger als ein Laservibrometer.

Das System ist bei allen Arten der mechanischen Material- und Bauteilprüfung flexibel einsetzbar. Das Verfahren liefert aufgrund seiner ortsaufgelösten Messwerte einen hohen Mehrwert gegenüber anderen Dehnungssensoren. Aufgrund der Kameratechnik können Bildfelder von ca. 10 mm × 10 mm bis 10 m × 10 m mit einem Standard-Q400-System erfasst werden. Mit dem Q400 µDIC wird der Messbereich auf weniger als einen Quadratmillimeter verringert, und es werden z.B. die Deformation und Ausdehnung von kleinsten Elektronikbauteilen unter Temperaturbelastung bestimmt.

Mechanische Prüfung von Bauteilen unter Betriebsbelastung

In der Forschung werden die Systeme überwiegend für die Materialprüfung von neuen Materialien oder Bauteilverbindungen eingesetzt. In der Industrie wird damit auch die mechanische Prüfung von Bauteilen unter Betriebsbelastung begleitet und mit FEM-Simulationen verglichen. So wird z.B. die Deformation von Querlenkern (Pkw) in Prüfständen unter realen Betriebslasten gemessen oder die Durchbiegung eines 10 m langen Segments eines Flugzeugflügels bei einem 4-Punkt-Biegeversuch.

Ralf Lichtenberger

Limess Messtechnik u.Software GmbH
www.limess.com

Unternehmensinformation

Limess Messtechnik u.Software GmbH

Gripswaldstr. 37
DE 47804 Krefeld
Tel.: 02151 36528-0
Fax: 02151 36528-9

Diese Beiträge könnten Sie auch interessieren
Newsletter

Sie wollen immer top-aktuell informiert sein? Dann abonnieren Sie jetzt den kostenlosen Newsletter!

Hier kostenlos anmelden

Beispiel-Newsletter ansehen