Artikelserie: Messgenauigkeit in der experimentellen Spannungsanalyse –Teil 1

Über Jahrzehnte wurde die Dehnungsmessstreifen-Technologie mit ihren vielfältigen Fehlerkompensationsmöglichkeiten optimiert. Dennoch gibt es Einflüsse, die Messungen mit Dehnungsmessstreifen beeinträchtigen können. Ziel des Beitrags ist es, auf die zahlreichen (oft auch vermeidbaren) Fehlerquellen bei der Nutzung von Dehnungsmessstreifen in der experimentellen Spannungsanalyse hinzuweisen und eine Hilfestellung bei der Abschätzung der Messunsicherheit bereits in der Planungsphase zu geben.

Grundsätzliche Fragen

Die Erfahrungen der Autoren sollen hier in einigen Betrachtungen zusammengefasst werden, die  im Vorfeld einer Messung mit Dehnungsmessstreifen in der experimentellen Spannungsanalyse sinnvoll erscheinen. Von substanzieller Bedeutung für die notwendigen Maßnahmen (z. B. beim Messstellenschutz) und die erzielbare Messunsicherheit sind folgende Fragen:

  • Wie lange soll die Messstelle funktionieren?
  • Wie hoch werden die Dehnungen sein?
  • Treten Temperaturwechsel auf? Wenn ja, wie groß und wie schnell sind diese?
  • Werden besondere Umwelteinflüsse (Wasser, Feuchtigkeit, ...) auf die Messstelle wirken?
  • Auf welchem  Material (inhomogen, anisotrop, stark hygroskopisch, ...) wird installiert?
  • Gibt es die Möglichkeit, den Nullpunkt bei Bedarf neu zu justieren?


Der erfahrene Versuchsingenieur wird bereits im Rahmen seiner Analyse der Messaufgabe (lange bevor der erste Dehnungsmessstreifen installiert ist) die Antworten suchen. Die Antwort auf die letzte Frage entscheidet darüber, ob es sich um eine nullpunktbezogene oder eine nicht- nullpunktbezogene Messung handelt.

Nullpunktbezogene Messungen

Unter nullpunktbezogenen Messungen werden allgemein solche verstanden, bei denen über Wochen, Monate oder gar Jahre die aktuellen Messwerte mit den Messwerten zu Beginn verglichen werden. Ein zwischenzeitliches „Nullsetzen“ der Messkette ist ausgeschlossen. Nullpunktbezogene Messungen sind weitaus kritischer als nicht-nullpunktbezogene Messungen, weil Nullpunktdriften (durch Temperatur- und andere Umwelteinflüsse) voll in das Messergebnis eingehen.

Bei kleinen Dehnungswerten sind Nullpunktabweichungen besonders gefährlich, weil bezogen auf den Messwert sehr große relative Abweichungen entstehen. Dehnungen, die an Maschinenteilen und Bauwerken auftreten, betragen oft nicht einmal 100 µm/m, weil viel Sicherheit „eingebaut“ ist. Eine Nullpunktdrift von 100 µm/m erzeugt in diesem Fall eine Messabweichung von 100 %.

Weil eine Dauermessung zur Überwachung eines Bauwerks fast immer eine nullpunktbezogene Messung ist, ist ganz besonderes Augenmerk auf den Schutz der Dehnungsmessstreifen vor Umwelteinflüssen zu legen. Die Messstelle muss langzeitstabil sein. Da mit großen Temperaturschwankungen zu rechnen ist, müssen die  Temperatureinflusskoeffizienten klein sein. Geringe Messsignalamplituden an sehr großzügig dimensionierten Bauteilen können leicht durch Effekte überlagert werden, deren Ursache in einer mangelhaften Installation der Dehnungsmessstreifen liegen. Die Messelektronik reagiert auf jede Widerstandsänderung mit einer Anzeigeänderung.

Die Ursache kann jedoch neben der Änderung der gesuchten Größe auch in eingedrungenen Wassermolekülen zu finden sein. Der Messwert selbst, als Summensignal aller Dehnungsanteile am Dehnungsmessstreifen, lässt keine Unterscheidung in gesuchte und fälschliche Dehnungsanteile zu.

Nicht-nullpunktbezogene Messungen

Unter nicht-nullpunktbezogenen Messungen versteht man Messaufgaben, bei denen Nullpunktjustagen zu bestimmten Zeitpunkten ohne Informationsverlust möglich sind. Es ist nur die  Änderung  der  Messgröße nach dem „Nullsetzen“ von Belang.  (In modernen Personenwaagen erfolgt ein Tariervorgang nach jedem Einschalten automatisch und ohne Informationsverlust.) Bei einmaligen Belastungstests (häufig in Form von Kurzzeitmessungen) ist ein „Nullsetzen“ meist möglich, so dass Nullpunktdriften völlig bedeutungslos sind.

Bei zerstörenden Tests treten sehr große  Dehnungen auf, sodass Dehnungsmessstreifen mit entsprechenden Messbereichen benötigt werden. Es ist kostspielig und peinlich wenn nach wochenlangen Vorbereitungen festgestellt werden muss, dass die verwendeten Dehnungsmessstreifen vor dem Bauteil versagt haben.

Messungen in Labors und Versuchshallen gelten als eher unkritisch, weil die Umgebungsbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit) moderat sind.

Kritisch sind  dagegen Feldmessungen und Messungen in Klimakammern bei hoher Feuchte und großen Temperaturgradienten.

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Mehr zu diesem Thema lesen Sie in Teil 2 unserer Artikelserie „Messgenauigkeit in der experimentellen Spannungsanalyse“.

Zu Teil 2


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