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Kraftmessung in Autoklaven: Zuverlässiges, robustes System für den DMS-Einsatz ohne Medienkontakt

Kurzfassung

Erstmals ist ein zuverlässiges und robustes System für die Kraftmessung während der Werkstoffprüfung im Autoklaven verfügbar.
Dabei kommen DMS zum Einsatz, die sich zwar außerhalb des Medienraums, trotzdem aber im direkten Kraftfluss und nahe der Probe befinden.

Hintergrund

Um bei der Prüfung von Werkstoffen die späteren Einsatzbedingungen zu berücksichtigen oder auch um Materialalterung unter Belastung zu simulieren, werden Werkstoffprüfungen häufig in temperierbaren Autoklaven unter bestimmten Medien und hohem Druck durchgeführt. Die aggressiven Betriebsbedingungen in einem solchen Autoklaven erfordern entweder Unempfindlichkeit der Messsensorik gegenüber Temperaturen und aggressiven Medien oder ihre Anbringung außerhalb des Behälters.

Problemstellung

Eine sehr zuverlässige und vergleichsweise einfache Methode zur Kraftmessung ist der Einsatz sog. Dehnungsmessstreifen (DMS). Es handelt sich dabei um einen elektrischen Widerstand, der meist direkt auf der Probe angebracht/geklebt wird und so dessen Formänderung an der Oberfläche erfasst. Durch die Längenänderung ändert sich der elektrische Widerstand des DMS, was sehr genaue Rückschlüsse auf die entstehenden Spannungen (durch Dehnung oder Stauchung) in der Probe zulässt, selbst bei dynamischer Belastung. In Autoklaven ist der Einsatz dieser Technik allerdings sehr aufwendig. Je nach Medium ist ihr Einsatz gar nicht möglich oder extrem fehleranfällig. Die direkte Messung über Kraftmessdosen ist ebenso unzuverlässig, da die Kraftmessung außerhalb des Autoklaven erfolgt und an den Dichtungen des Autoklaven Reibung entsteht. Diese Reibkraft verfälscht die Messung, da eine Diskrepanz von gemessener und tatsächlich an der Probe anliegender Kraft vorliegt.

Lösung

Das an der Universität Stuttgart entwickelte Messsystem entkoppelt erstmals Medien- und Messraum voneinander, indem der Sensor in einem speziell gedichteten Verformungsglied angebracht wird. Ein Hohlzylinder dient dabei als Probenhalter und ragt mit einem Ende bis in den Medienraum. An seiner inneren Wandung können DMS sowie andere Sensoren für bspw. Temperatur beliebig positioniert und problemlos befestigt werden. Die äußere Wandung dient als Dichtfläche. So dient der Zylinder gleichzeitig der Probenbefestigung und als Kraftmesselement. Durch seine Einfachheit und Kompaktheit ist das System sehr robust gegen Biegebeanspruchung, sowie Temperatur- und Druckschwankungen. Es ermöglicht erstmals die zuverlässige Kraftmessung im direkten Kraftfluss und nah an der Probe, selbst in anspruchsvollsten Szenarien. Hierzu gehört beispielsweise die Ermittlung der Schwingfestigkeit einer Probe unter hohem Wasserstoffdruck und bei extremen Temperaturen. Dabei können der Aufbau und die Positionierung der Sensoren je nach Anforderung optimiert werden, bspw. durch mehrere schmale Bohrungen im Zylinder oder durch die Einbringung von zusätzlicher Isolierung und Führungen.

Prinzip-Skizze einer möglichen Ausführung der mediengetrennten Messeinrichtung mit DMS.
Prinzip-Skizze einer möglichen Ausführung der mediengetrennten Messeinrichtung mit DMS.

Vorteile

  • DMS-Einsatz ohne Kontakt zu Medien
  • Keine Kabeldurchführung
  • Kein Korrosionsverschleiß
  • Keine Messungenauigkeit durch Reibung
  • Messeinheit robust gegenüber Biegung, Temperatur- und Druckschwankungen
  • Zuverlässig bei extremen Temperaturen
  • Aufbau für aggressive Medien und hohen Druck geeignet

Anwendungsbereiche

Kraftmessung zur Werkstoffprüfung im Autoklaven, bzw. unter schwierigen Bedingungen.

Exposé
Kontakt
Dipl.-Ing. Emmerich Somlo
TLB GmbH
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe | Germany
Telefon +49 721-79004-0
somlo(at)tlb.de | www.tlb.de
Entwicklungsstand
Prototyp / TRL5
Patentsituation
DE 102017214107 erteilt
Referenznummer
17/032TLB
Service
Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwer­tung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.