Temperaturabhängige Bestimmung der lokalen Querkontraktionszahl an Kunststoffen mittels Laserextensometrie

In Zusammenarbeit mit der Polymer Service GmbH Merseburg (PSM) und der Fiedler Optoelektronik GmbH in Lützen werden die Messtechnik und die Messverfahren ständig weiter entwickelt, um tiefergehende Informationen über die untersuchten Kunststoffe und Kunststoffbauteile zu erhalten. Aus der bisherigen, fruchtbaren Zusammenarbeit mit beiden Firmen resultierte eine kontinuierliche Qualifizierung der Messmöglichkeiten und der Spezialausführungen der Laserextensometer.

Als modernstes Lasermesssystem aus dem Jahre 2011 steht ein Parallelscanner mit Temperierkammer und Lastrahmen zur Verfügung, der in der Lage ist, die Prüfkörperoberfläche abzurastern und lokale Informationen gemäß der beiden Verfahren der Thermischen Dehnungsanalyse (TDA) und der Thermischen Spannungsanalyse (TSA) zu registrieren. So existiert eine Palette verschiedener moderner Lasermesssysteme, die PSM zur Verfügung stehen und die gerätetechnische Voraussetzung für das Vorhaben darstellen. Die Weiterentwicklung der Lasermesssysteme in Bezug auf die zweidimensionale Abrasterung der Prüfkörperoberfläche in Verbindung mit einer geeigneten Reflexionsstreifenmarkierung ist die Grundvoraussetzung für die Messung der lokalen Querkontraktionszahl.

Der Kern der Innovation ist die Bestimmung der lokalen Querkontraktionszahl mit Hilfe des berührungslosen Messverfahrens der Laserextensometrie in Abhängigkeit von der Temperatur, wodurch struktursensible elastische Werkstoffkennwerte ermittelt werden können. Dabei kann der Temperaturbereich unabhängig vom installierten Lasermesssystem weitaus größer gewählt werden, als das bisher üblich ist. Außerdem ist es mit diesem Verfahren möglich, die Volumendehnung zu bestimmen, wodurch auf die zusätzliche Verwendung eines Volumendilatometers verzichtet werden kann. Um die Querdehnung neben der Längsdehnung messen zu können, werden die Reflektoren in einem definierten Winkel zur Horizontalen angebracht (Bild1). Basierend auf der Messung der Längsdehnung an zwei verschiedenen Messorten, kann aus dem Verhältnis von berechneter Querdehnung zu Längsdehnung die lokale und integrale Querkontraktionszahl in Abhängigkeit von der Messposition und der Temperatur bestimmt werden. Sie kann nun für die weitere Verarbeitung in Datensätzen und Auswertealgorithmen verwendet werden.