Entwicklung eines Messverfahrens zum Nachweis von Eigenspannungen in Kunststoffen mittels Laserextensometrie

Thermisch bedingte Dehnungen oder Spannungen durch behinderte Deformation infolge inhärenter Eigenspannungen werden von den Herstellern von Kunststoffbauteilen bisher kaum beachtet und selbst bei Bauteilen, deren Nutzungsbedingungen thermische Belastungen beinhalten, wenig untersucht. Die formgebungsbedingte Deformation des Makromolekülverbandes führt in Abhängigkeit von den Spritzgussparametern zur Veränderung der Molekularanordnung. Die Folge sind innere Spannungen energie- und entropieelastischer Art, sowie Ausrichtungseffekte von Strukturelementen, die als Orientierungen bezeichnet werden. Besteht innerhalb der Prozesszeit des Formgebungsverfahrens keine Möglichkeit, durch Relaxation derartige Ungleichgewichtszustände abzubauen, dann Frieren diese im Kunststoff ein, und die Rückstellkräfte energieelastischer Art führen zu Eigenspannungen. Der derzeitige Stand der messtechnischen Charakterisierung des von der Orientierung abhängigen Eigenspannungszustandes ist durch die Verwendung integraler Dehnmesstechniken geprägt, weshalb in der thermischen Dehnungsanalyse (TDA) nur die Dehnung zwischen zwei Messpunkten ermittelt und bei der thermischen Spannungsanalyse (TSA) nur die entstehende Kraft registriert wird. Es ist jedoch hinreichend bekannt, dass selbst bei den für diese Untersuchungen verwendeten Prüfkörpern über der Prüfkörperlänge ein unterschiedlicher Orientierungs- und damit auch Eigenspannungszustand vorliegt, der demzufolge eine lokale Beschreibung der Dehnung (Schwindung und Schrumpfung) für die TDA und TSA zwingend erfordert. Das Ziel der Methode, die thermisch bedingten Deformationen mittels eines Laserextensometers zu bewerten, kann nur mit einem umfangreichen Umbau eines herkömmlichen Lasermesssystems erreicht werden, da die in diesen Experimenten auftretenden Verformungen im Vergleich zum Zugversuch sehr klein sind. Die infolge thermischer Beanspruchung auftretenden Schwindungen und Schrumpfungen müssen deshalb mit einer wesentlich verbesserten messtechnischen Auflösung registriert werden. Um die Eigenschaftsbewertung sinnvoll durchzuführen, ist die Ableitung eines geeigneten Kennwertes notwendig, der reproduzierbar die Heterogenität der durch Eigenspannungen hervorgerufenen Dehnungen beschreibt. Damit liegen Ergebnisse vor, die grundlegend für die weiteren Dehnfeldanalysen unter verschiedenen temperaturgeregelten Untersuchungen zum Nachweis von thermisch bedingten Deformationen und des Eigenspannungs- sowie Orientierungszustandes am Kunststoffbauteil sind.