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, um diese dann bei der Bauteildimensionierung berücksichtigen zu können.

Bei der Bohrlochmethode zur Eigenspannungsermittlung wird in die Oberfläche des Messobjektes eine kleine Bohrung von Ø 1,6 mm eingebracht und mittels Dehnungsmessstreifen die dabei eintretenden Dehnungsänderungen gemessen.

SINT Technology, Partner von HBM, bietet eine komplette Messkette an, mit deren Hilfe dieses Verfahren einfach durchzuführen ist. Zur Erzeugung der Bohrung dient ein mit 300000 U/min 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.

Die gesamte Signalverarbeitung erfolgt digital. Das Software-Paket beinhaltet neben der Steuerung des Systems vier verschiedene Auswerte-Algorithmen.

Der gesamte Messvorgang ist PC-gesteuert. Dies gewährleistet eine hohe Messsicherheit sowie optimale Reproduzierbarkeit.

SINT Technology

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 eine geeignete Maßnahme 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 stehen wiederum zwei Verfahren zur Verfügung:

  • Das integrale Verfahren. Das Ergebnis des integralen Verfahrens ist der Mittelwert der Eigenspannungen über die gesamte Bohrtiefe.
  • Das High Speed Drilling-Verfahren. Für das High Speed Drilling-Verfahren bietet der HBM-Technologiepartner SINT Technology das System MTS3000 an. Zur Erzeugung des Bohrlochs dient ein mit 300.000 U/min rotierender Fräser, dessen Vorschub durch einen Schrittmotor erfolgt. Die beim schrittweisen Einbringen der Bohrung im Messobjekt entstehenden Dehnungsänderungen werden mit einer speziell für das Verfahren entwickelten Rosette erfasst.

Technologie-Partner von HBM

Eigenspannungsermittlung nach dem Bohrlochverfahren