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Verfahren zur Bestimmung der Eigenspannungen in einem Bauteil

Kurzfassung

Zerstörungsfreie Beurteilung der Eigenspannungen in einem Bauteil, sowohl in senkrechter als auch horizontaler Ebene, durch den Einsatz geziehlt angebrachter Markierungen.

Hintergrund

In Festkörpern und Bauteilen können sogenannte „Eigenspannungen“ auftreten, sowohl ungewollt (z.B. bei Schweißeigenspannungen) als auch gewollt (z.B. Autofrettage bei Hochdruck-Leitungen), da sie sich im Betrieb des Bauteils mit den Betriebslasten überlagern und so lokal die Beanspruchung erhöhen oder verringern können.

Insbesondere bei schwingender Beanspruchung eines Bauteils können Eigenspannungen die Lebensdauer signifikant beeinflussen, ohne dass dies an dem Bauteil optisch ersichtlich ist.

Problemstellung

Zur Ermittlung der Eigenspannungen über einen größeren Querschnitt lassen sich zum jetzigen Zeitpunkt nur zerstörende Verfahren einsetzen. Zum Beispiel die sogenannte „Konturmethode“. Hierbei wird ein sehr feiner Schnitt durch das Bauteil gelegt.

Nachteilig hieran ist, dass die Eigenspannungen damit nur senkrecht zur Schnittebene bestimmt werden können.

Lösung

Die erste entwickelte Lösung sieht vor den Schnitt so auszuführen, dass zusätzliche Rückschlüsse über Verformungen in der Ebene möglich sind. Dazu werden Markierungen in der Schnittebene eingebracht. Sie beruhen vorwiegend auf der Beeinflussung des Materialabtrags mit Hilfe verschiedener Parameter wie Stromstärke, Drahtdicke und Bewegung des Drahts. Der Spannungsverlauf wird dahingehend optimiert, dass dieser über die Schnittfläche hinweg möglichst stetig ist.

In einer zweiten Lösungsmöglichkeit wird der ebene Schnittverlauf weiter wie bei den bisherigen Methoden beibehalten (Querschnitt). Vor dem Trennen werden jedoch Bohrungen in das Bauteil eingebracht. Diese dienen als Markierungen, um die Verformungen in der Schnittebene sichtbar zu machen. Mit einer optischen Untersuchung können die Kanten der Bohrungen erfasst und Referenzpunkte gebildet werden, außerdem wird der Bohrungswinkel bestimmt. Durch Vergleich der Referenzpunkte vor und nach dem Trennvorgang werden die Verschiebungen in der Ebene messbar.

Vorteile

  • Genauere Vermessung der Eigenspannungen
  • Schubspannungen werden damit berechenbar
  • Möglichkeit, komplexere Auswertungen durchzuführen
  • Simulation vereinfacht

Anwendungsbereiche

 Bei allen Bauteilen, bei denen eine Eigenspannungen eine Rolle spielen und die überwacht werden sollen, z.B. bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, bei der Qualitätskontrolle oder dem Rapid Prototyping.

Exposé
Kontakt
Benjamin Schilling, M.Sc.
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Entwicklungsstand
TRL3
Patentsituation
DE 102018214436 B4 erteilt
Referenznummer
17/104TLB
Service
Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwertung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.