Residual stresses - measuring internal forces

MTS3000 - Die Messkette zur Eigenspannungsermittlung mit DMS nach dem Bohrlochverfahren

Eigenspannungen, die ohne sichtbare Anzeichen in Bauteilen vorhanden sind, beeinflussen deren Festigkeitsverhalten. Deshalb ist es sinnvoll, die in den Bauteilen vorhandenen Spannungen zu ermitteln. Bei der Bohrlochmethode zur Eigenspannungsermittlung wird in das Messobjekt eine kleine Bohrung von 1,6 mm Durchmesser eingebracht und mittels Dehnungsmessstreifen die dadurch verursachte Dehnungsänderung gemessen.

SINT Technology und HBM bieten sowohl das System MTS3000 als auch den erforderlichen Messverstärker QuantumX an, wodurch dieses Verfahren einfach durchzuführen ist. Das System setzt einen Schrittmotor mit 350.000 Umdrehungen pro Minute ein. Die beim schrittweisen Einbringen der Bohrung im Messobjekt entstehenden Dehnungsänderungen werden mit speziell für dieses Verfahren entwickelten DMS-Rosetten erfasst. 

Die gesamte Signalverarbeitung erfolgt digital. Zusätzlich zu den Funktionen für die Systemsteuerung bietet das Softwarepaket vier verschiedene Algorithmen für die Auswertung, mit deren Hilfe die mechanische Spannung aus der gemessenen Dehnung berechnet werden kann. Der gesamte Messvorgang ist PC-gesteuert. Dies gewährleistet eine hohe Messsicherheit sowie optimale Reproduzierbarkeit. 

Sehen Sie hier ein Video zu MTS3000:

Eigenspannungen: Innere Kräfte im Material ermitteln

Eigenspannungen entstehen durch innere Kraftwirkungen im Material ohne Einwirkung äußerer Kräfte. Eigenspannungen entstehen zum Beispiel durch ungleichmäßiges Abkühlen gegossener Bauteile, durch Schmieden oder Schweißen der Bauteile beziehungsweise durch mechanische Bearbeitungsvorgänge.

Zwei Technologien auf Basis von Dehnungsmessstreifen (DMS) werden häufig zur Ermittlung von Eigenspannungen herangezogen:

  • das Ringkernverfahren und
  • die Bohrlochmethode
  • Ring Core Method, Hole Drilling Method

Beiden Verfahren ist gemeinsam, dass nach der Installation der DMS-Rosette auf dem Werkstück der Eigenspannungszustand durch den mechanischen Vorgang des Bohrens/Kernbohrens gestört wird. Die Eigenspannungen lösen nach diesem Eingriff Dehnungen in der Werkstoffoberfläche aus, die mittels des DMS erfasst und anschließend zur Berechnung des Eigenspannungszustandes herangezogen werden. 

Beim Ringkernverfahren wird um den entsprechenden DMS eine kreisförmige Nut gefräst.

Beim Bohrlochverfahren wird mit einem Fräser ein Loch im Zentrum der DMS-Rosette gebohrt. Dafür steht eine bekannte Methode zur Verfügung:

  • Das High-Speed-Drilling-Verfahren: Für das High-Speed-Drilling-Verfahren bietet SINT Technology das System MTS3000 an. Zur Erzeugung des Bohrlochs dient ein mit 300.000 Umdrehungen pro Minute rotierender Fräser, dessen Vorschub durch einen Schrittmotor erfolgt. Die beim schrittweisen Einbringen der Bohrung im Messobjekt entstehenden Dehnungsänderungen werden mit einer speziell für dieses Verfahren entwickelten DMS-Rosette erfasst.

Sowohl das System MTS3000 als auch die Berechnung der Eigenspannungsergebnisse entsprechen den Anforderungen des Standards ASTM E837-13, der weltweit einzigen vollständigen Norm für Eigenspannungen.

Technologie-Partner von HBM

Eigenspannungsermittlung nach dem Bohrlochverfahren