Laser-TMA-Scanner - Versionsgeschichte

Loeffler-Kamann am 24. Oktober 2024 um 10:56 Uhr

2024-10-24T10:56:12Z

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	Bei dem mit 14 Reflektoren kodiertem Prüfkörper wurden die angussnahe Zone (Streifen 1–4, Magenta) und die angussferne Zone (Reflektor 11–14, Grün) ausgewertet, da diese die Extremfälle der [[Zugversuch Eigenspannungen Orientierungen\|Orientierung]] des Prüfkörpers darstellen. Bis zum Einsetzen des Schrumpfungsprozesses bei 62 °C (T<sub>S</sub>) erfährt dieser Prüfkörper eine Ausdehnung von 0,26 % bzw. 0,17 % (ε<sub>S</sub>), wobei die höher orientierte, angussnahe Zone den geringeren Wert aufweist. Im Bereich von 10 °C bis 55 °C liegt ein näherungsweiser linearer Kurvenverlauf infolge der thermischen Ausdehnung vor. Ab 62 °C tritt der Schrumpfungsprozess ein, der durch die höhere Molekülbeweglichkeit, zur Kontraktion des Prüfkörpers führt. Nach Erreichen des Temperaturmaximums von 75 °C wird die Temperierkammer wieder auf Raumtemperatur abgekühlt, um den neuen, entropisch günstigeren Zustand des Werkstoffes zu fixieren. Ab 70 °C erfolgt dann eine nahezu lineare Rückstellung der thermischen Ausdehnung, die im Endzustand einer Dehnung von –2,9 % (Schrumpf S) im niedrig orientierten Bereich entspricht. In der angussnahen hochorientierten Zone ist der Schrumpf mit –2,3 % deutlich geringer.		Bei dem mit 14 Reflektoren kodiertem Prüfkörper wurden die angussnahe Zone (Streifen 1–4, Magenta) und die angussferne Zone (Reflektor 11–14, Grün) ausgewertet, da diese die Extremfälle der [[Zugversuch Eigenspannungen Orientierungen\|Orientierung]] des Prüfkörpers darstellen. Bis zum Einsetzen des Schrumpfungsprozesses bei 62 °C (T<sub>S</sub>) erfährt dieser Prüfkörper eine Ausdehnung von 0,26 % bzw. 0,17 % (ε<sub>S</sub>), wobei die höher orientierte, angussnahe Zone den geringeren Wert aufweist. Im Bereich von 10 °C bis 55 °C liegt ein näherungsweiser linearer Kurvenverlauf infolge der thermischen Ausdehnung vor. Ab 62 °C tritt der Schrumpfungsprozess ein, der durch die höhere Molekülbeweglichkeit, zur Kontraktion des Prüfkörpers führt. Nach Erreichen des Temperaturmaximums von 75 °C wird die Temperierkammer wieder auf Raumtemperatur abgekühlt, um den neuen, entropisch günstigeren Zustand des Werkstoffes zu fixieren. Ab 70 °C erfolgt dann eine nahezu lineare Rückstellung der thermischen Ausdehnung, die im Endzustand einer Dehnung von –2,9 % (Schrumpf S) im niedrig orientierten Bereich entspricht. In der angussnahen hochorientierten Zone ist der Schrumpf mit –2,3 % deutlich geringer.

			==Siehe auch==
			*[[Laserextensometrie#Laserextensometrie – Gerätesysteme\|Laserextensometrie – Gerätesysteme]]
			*[[Thermische Dehnungs-Analyse\|Thermische Dehnungs-Analyse (TDA)]]
			*[[Thermische Spannungs-Analyse\|Thermische Spannungs-Analyse (TSA)]]


	'''Literaturhinweise'''		'''Literaturhinweise'''

	* [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (~~2015~~)~~, 3~~. Auflage S. ~~534−539,~~ ISBN 978-3-446-~~44350~~-1; E-Book: ISBN 978-3-446-~~44390~~-7; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18		* [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2024) 4. Auflage, S. 516–521 (ISBN 978-3-446-44718-9; E-Book: ISBN 978-3-446-48105-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 23)
	* [https://www.researchgate.net/profile/Wolfgang-Grellmann Grellmann, W.], [[Bierögel,_Christian\|Bierögel, C.]]: Laserextensometrie anwenden. Einsatzmöglichkeiten und Beispiele aus der Kunststoffprüfung Materialprüfung 40 (1998) 11–12, 452–459		* [https://www.researchgate.net/profile/Wolfgang-Grellmann Grellmann, W.], [[Bierögel,_Christian\|Bierögel, C.]]: Laserextensometrie anwenden. Einsatzmöglichkeiten und Beispiele aus der Kunststoffprüfung Materialprüfung 40 (1998) 11–12, 452–459
	* Sirch, C., Bierögel, C., [https://de.wikipedia.org/wiki/Wolfgang_Grellmann Grellmann, W.]: Wirkung von Eigenspannungen auf die lokale Dehnung von Kunststoffen. In: Langer, B., Rödel, T. (Eds.): Polymerwerkstoffe. Tagungsband PolyMerTec 2014, CD-ROM, Merseburg (2014) 556–561		* Sirch, C., Bierögel, C., [https://de.wikipedia.org/wiki/Wolfgang_Grellmann Grellmann, W.]: Wirkung von Eigenspannungen auf die lokale Dehnung von Kunststoffen. In: Langer, B., Rödel, T. (Eds.): Polymerwerkstoffe. Tagungsband PolyMerTec 2014, CD-ROM, Merseburg (2014) 556–561

Loeffler-Kamann am 8. Juli 2024 um 06:32 Uhr

2024-07-08T06:32:34Z

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	* [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015), 3. Auflage S. 534−539, ISBN 978-3-446-44350-1; E-Book: ISBN 978-3-446-44390-7; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18		* [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015), 3. Auflage S. 534−539, ISBN 978-3-446-44350-1; E-Book: ISBN 978-3-446-44390-7; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18
	* Grellmann, W., [[Bierögel,_Christian\|Bierögel, C.]]: Laserextensometrie anwenden. Einsatzmöglichkeiten und Beispiele aus der Kunststoffprüfung Materialprüfung 40 (1998) 11–12, 452–459		* [https://www.researchgate.net/profile/Wolfgang-Grellmann Grellmann, W.], [[Bierögel,_Christian\|Bierögel, C.]]: Laserextensometrie anwenden. Einsatzmöglichkeiten und Beispiele aus der Kunststoffprüfung Materialprüfung 40 (1998) 11–12, 452–459
	* Sirch, C., Bierögel, C., Grellmann, W.: Wirkung von Eigenspannungen auf die lokale Dehnung von Kunststoffen. In: Langer, B., Rödel, T. (Eds.): Polymerwerkstoffe. Tagungsband PolyMerTec 2014, CD-ROM, Merseburg (2014) 556–561		* Sirch, C., Bierögel, C., [https://de.wikipedia.org/wiki/Wolfgang_Grellmann Grellmann, W.]: Wirkung von Eigenspannungen auf die lokale Dehnung von Kunststoffen. In: Langer, B., Rödel, T. (Eds.): Polymerwerkstoffe. Tagungsband PolyMerTec 2014, CD-ROM, Merseburg (2014) 556–561
	* Sirch, C., Bierögel, C., Grellmann, W.: Wirkung von Eigenspannungen auf die lokale Dehnung von Kunststoffen. In: Christ, H.-J. (Hrsg.): Fortschritte in der Werkstoffprüfung für Forschung und Praxis. Tagungsband Werkstoffprüfung 2013, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf (2013) 181–186 (ISBN 978-3-514-~~60806~~-9; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter M 26)		* Sirch, C., Bierögel, C., Grellmann, W.: Wirkung von Eigenspannungen auf die lokale Dehnung von Kunststoffen. In: Christ, H.-J. (Hrsg.): Fortschritte in der Werkstoffprüfung für Forschung und Praxis. Tagungsband Werkstoffprüfung 2013, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf (2013) 181–186 (ISBN 978-3-514-00806-9; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter M 26)
	* Grellmann, W., Bierögel, C., Sirch, C., Oluschinski, A.: Thermische Spannungs- und Dehnungsanalyse an Kunststoffen. In: Pohl, M. (Hrsg.): Konstruktion, Werkstoffentwicklung und Schadensanalyse. Tagungsband Werkstoffprüfung 2010, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf (2010) 365–370 (ISBN 978-3-514-00778-9; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter M 18)		* Grellmann, W., Bierögel, C., Sirch, C., Oluschinski, A.: Thermische Spannungs- und Dehnungsanalyse an Kunststoffen. In: [https://de.wikipedia.org/wiki/Michael_Pohl_(Metallurg) Pohl, M.] (Hrsg.): Konstruktion, Werkstoffentwicklung und Schadensanalyse. Tagungsband Werkstoffprüfung 2010, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf (2010) 365–370 (ISBN 978-3-514-00778-9; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter M 18)
			* Grellmann, W., Bierögel, C., König, S.: Evaluation of Deformation Behaviour of Polyamide using Laserextensometry. Polymer Testing 16 (1997) 225–240, DOI: [https://doi.org/10.1016/S0142-9418(96)00044-X https://doi.org/10.1016/S0142-9418(96)00044-X]

	[[Kategorie:Laserextensometrie]]		[[Kategorie:Laserextensometrie]]

Oluschinski am 13. August 2019 um 05:50 Uhr

2019-08-13T05:50:13Z

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	== Funktionsprinzip ==		== Funktionsprinzip ==

	Der Laser-TMA-Scanner ist ein [[Laserextensometrie\|Laserextensometer]], welches im Reflexionsmodus arbeitet und für die [[Thermische Spannungs-Analyse\|Thermische Spannungs-(TSA)]] bzw. [[Thermische Dehnungs-Analyse\|Dehnungs (TDA)-Analyse]] entwickelt wurde. Dieses Messsystem stellt eine spezielle Variation des Flächenscanners der Fa. Fiedler Optoelektronik GmbH Lützen dar, welches wiederum eine Variante des [[Laser-Parallel-Scanner]]s P50 ist. Dieses Laserextensometer wurde mit einem über Schrittmotor oder Magnet verstellbaren Spiegel erweitert, der die Möglichkeit zur horizontalen Verschiebung des vertikal scannenden Laserstrahls bietet ('''Bild 1'''). Dadurch ergeben sich in Breitenrichtung bis zu 250 Messpositionen für den hoch fokussierten Laserstrahl in Vertikalrichtung, wobei sich hier jedoch ein erheblicher Zeitversatz zwischen dem ersten und 250-zigsten Vertikalscan ergeben kann. Für den Laser-TMA-Scanner wurden deshalb die möglichen Scanpositionen auf maximal 20 beschränkt, wodurch bei langsamen [[Prüfgeschwindigkeit]]en oder rein thermischen Beanspruchungen der zeitliche Versatz der Scans nahezu vernachlässigbar ist. Diese 20 Scanpositionen werden äquidistant über der Breite verteilt. Durch die Mittelwertbildung über die 20 lokalen Vertikalscans kann eine Verminderung der Einflüsse von Kantenkonturrauigkeit oder Laststrangdejustierungen und damit eine Erhöhung der messtechnischen [[Auflösung Laserextensometer-Gerätesysteme\|Auflösung]] erreicht werden. Diesem Zweck dient auch die Applikation einer Vakuumröhre, welche direkt vom Sender des Laserstrahls durch die Temperierkammer bis zum eingespannten [[Prüfkörper]] führt und Änderungen der [[Brechzahl]] infolge von Turbulenzen minimiert. Mit diesen Maßnahmen wird eine messtechnische Auflösung von 0,05 µm erreicht, die für die Erfassung der thermischen Längenänderung (siehe: [[Thermischer Ausdehnungskoeffizient]]) infolge Ausdehnungs- und Schrumpfungseffekten (siehe [[Schrumpfversuch]]) erforderlich ist. In Abhängigkeit von der applizierten Anzahl n von Reflektoren auf der [[Oberfläche]] der Prüfkörper entstehen n-1 lokale Dehnungs-Zeit-Diagramme x 20 Breitenscans, die nachfolgend durch die Mittelwertbildung wieder auf n-1 Diagramme reduziert werden.		Der Laser-TMA-Scanner ist ein [[Laserextensometrie\|Laserextensometer]], welches im Reflexionsmodus arbeitet und für die [[Thermische Spannungs-Analyse\|Thermische Spannungs-(TSA)]] bzw. [[Thermische Dehnungs-Analyse\|Dehnungs (TDA)-Analyse]] entwickelt wurde. Dieses Messsystem stellt eine spezielle Variation des Flächenscanners der [http://www.foe.de\|Fa. Fiedler Optoelektronik GmbH Lützen] dar, welches wiederum eine Variante des [[Laser-Parallel-Scanner]]s P50 ist. Dieses Laserextensometer wurde mit einem über Schrittmotor oder Magnet verstellbaren Spiegel erweitert, der die Möglichkeit zur horizontalen Verschiebung des vertikal scannenden Laserstrahls bietet ('''Bild 1'''). Dadurch ergeben sich in Breitenrichtung bis zu 250 Messpositionen für den hoch fokussierten Laserstrahl in Vertikalrichtung, wobei sich hier jedoch ein erheblicher Zeitversatz zwischen dem ersten und 250-zigsten Vertikalscan ergeben kann. Für den Laser-TMA-Scanner wurden deshalb die möglichen Scanpositionen auf maximal 20 beschränkt, wodurch bei langsamen [[Prüfgeschwindigkeit]]en oder rein thermischen Beanspruchungen der zeitliche Versatz der Scans nahezu vernachlässigbar ist. Diese 20 Scanpositionen werden äquidistant über der Breite verteilt. Durch die Mittelwertbildung über die 20 lokalen Vertikalscans kann eine Verminderung der Einflüsse von Kantenkonturrauigkeit oder Laststrangdejustierungen und damit eine Erhöhung der messtechnischen [[Auflösung Laserextensometer-Gerätesysteme\|Auflösung]] erreicht werden. Diesem Zweck dient auch die Applikation einer Vakuumröhre, welche direkt vom Sender des Laserstrahls durch die Temperierkammer bis zum eingespannten [[Prüfkörper]] führt und Änderungen der [[Brechzahl]] infolge von Turbulenzen minimiert. Mit diesen Maßnahmen wird eine messtechnische Auflösung von 0,05 µm erreicht, die für die Erfassung der thermischen Längenänderung (siehe: [[Thermischer Ausdehnungskoeffizient]]) infolge Ausdehnungs- und [[Schrumpfung\|Schrumpfungseffekten]] (siehe auch: [[Schrumpfversuch]]) erforderlich ist. In Abhängigkeit von der applizierten Anzahl n von Reflektoren auf der [[Oberfläche]] der Prüfkörper entstehen n-1 lokale Dehnungs-Zeit-Diagramme x 20 Breitenscans, die nachfolgend durch die Mittelwertbildung wieder auf n-1 Diagramme reduziert werden.

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			Die erzeugten Dehnung-Zeit-Verläufe können in Abhängigkeit von der Temperatur dargestellt werden, wodurch der [[Thermischer Ausdehnungskoeffizient\|thermische Ausdehnungskoeffizient]] α<sub>Th</sub> und der prozentuale Prüfkörperschrumpf S = f(T) ermittelbar ist. Bei der [[Thermische Spannungs-Analyse\|Thermischen Spannungs Analyse (TSA)]] wird der [[Prüfkörper]] beidseitig eingespannt und durch eine stetig steigende Temperatur belastet, wobei die Schrumpfkraft F und die lokalen Dehnungen infolge von Umlagerungsprozessen ermittelt werden. Die lokale [[Schrumpfung]] wird an einem einseitig eingespannten Prüfkörper bei stetig zunehmender Temperatur mittels [[Thermische Dehnungs-Analyse\|thermischer Dehnungs Analyse (TDA)]] bestimmt. Die Temperatur ist in einem weiten Bereich stufenlos regelbar und wird mittels zweier Thermoelemente kontrolliert. Die Messdaten sind als 2D- oder 3D-Diagramme darstellbar ('''Bild 2''').
	Die erzeugten Dehnung-Zeit-Verläufe können in Abhängigkeit von der Temperatur dargestellt werden, wodurch der [[Thermischer Ausdehnungskoeffizient\|thermische Ausdehnungskoeffizient]] α<sub>Th</sub> und der prozentuale Prüfkörperschrumpf S = f(T) ermittelbar ist. Bei der [[Thermische Spannungs-Analyse\|Thermischen Spannungs Analyse (TSA)]] wird der [[Prüfkörper]] beidseitig eingespannt und durch eine stetig steigende Temperatur belastet, wobei die Schrumpfkraft F und die lokalen Dehnungen infolge von Umlagerungsprozessen ermittelt werden. Die lokale Schrumpfung wird an einem einseitig eingespannten Prüfkörper bei stetig zunehmender Temperatur mittels [[Thermische Dehnungs-Analyse\|thermischer Dehnungs Analyse (TDA)]] bestimmt. Die Temperatur ist in einem weiten Bereich stufenlos regelbar und wird mittels zweier Thermoelemente kontrolliert. Die Messdaten sind als 2D- oder 3D-Diagramme darstellbar ('''Bild 2''').

	[[Datei:Laser_TMA_2.jpg\|500px]]		[[Datei:Laser_TMA_2.jpg\|500px]]
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	'''Literaturhinweise'''		'''Literaturhinweise'''

	* Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015), 3. Auflage S. 534−539, ISBN 978-3-446-44350-1; E-Book: ISBN 978-3-446-44390-7; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18		* [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015), 3. Auflage S. 534−539, ISBN 978-3-446-44350-1; E-Book: ISBN 978-3-446-44390-7; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18
	* Grellmann, W., Bierögel, C.: Laserextensometrie anwenden. Einsatzmöglichkeiten und Beispiele aus der Kunststoffprüfung Materialprüfung 40 (1998) 11–12, 452–459		* Grellmann, W., [[Bierögel,_Christian\|Bierögel, C.]]: Laserextensometrie anwenden. Einsatzmöglichkeiten und Beispiele aus der Kunststoffprüfung Materialprüfung 40 (1998) 11–12, 452–459
	* Sirch, C., Bierögel, C., Grellmann, W.: Wirkung von Eigenspannungen auf die lokale Dehnung von Kunststoffen. In: Langer, B., Rödel, T. (Eds.): Polymerwerkstoffe. Tagungsband PolyMerTec 2014, CD-ROM, Merseburg (2014) 556–561		* Sirch, C., Bierögel, C., Grellmann, W.: Wirkung von Eigenspannungen auf die lokale Dehnung von Kunststoffen. In: Langer, B., Rödel, T. (Eds.): Polymerwerkstoffe. Tagungsband PolyMerTec 2014, CD-ROM, Merseburg (2014) 556–561
	* Sirch, C., Bierögel, C., Grellmann, W.: Wirkung von Eigenspannungen auf die lokale Dehnung von Kunststoffen. In: Christ, H.-J. (Hrsg.): Fortschritte in der Werkstoffprüfung für Forschung und Praxis. Tagungsband Werkstoffprüfung 2013, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf (2013) 181–186 (ISBN 978-3-514-60806-9; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter M 26)		* Sirch, C., Bierögel, C., Grellmann, W.: Wirkung von Eigenspannungen auf die lokale Dehnung von Kunststoffen. In: Christ, H.-J. (Hrsg.): Fortschritte in der Werkstoffprüfung für Forschung und Praxis. Tagungsband Werkstoffprüfung 2013, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf (2013) 181–186 (ISBN 978-3-514-60806-9; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter M 26)

Reincke am 18. Dezember 2017 um 10:26 Uhr

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	* Grellmann, W., Bierögel, C.: Laserextensometrie anwenden. Einsatzmöglichkeiten und Beispiele aus der Kunststoffprüfung Materialprüfung 40 (1998) 11–12, 452–459		* Grellmann, W., Bierögel, C.: Laserextensometrie anwenden. Einsatzmöglichkeiten und Beispiele aus der Kunststoffprüfung Materialprüfung 40 (1998) 11–12, 452–459
	* Sirch, C., Bierögel, C., Grellmann, W.: Wirkung von Eigenspannungen auf die lokale Dehnung von Kunststoffen. In: Langer, B., Rödel, T. (Eds.): Polymerwerkstoffe. Tagungsband PolyMerTec 2014, CD-ROM, Merseburg (2014) 556–561		* Sirch, C., Bierögel, C., Grellmann, W.: Wirkung von Eigenspannungen auf die lokale Dehnung von Kunststoffen. In: Langer, B., Rödel, T. (Eds.): Polymerwerkstoffe. Tagungsband PolyMerTec 2014, CD-ROM, Merseburg (2014) 556–561
	* Sirch, C., Bierögel, C., Grellmann, W.: Wirkung von Eigenspannungen auf die lokale Dehnung von Kunststoffen. In: Christ, H.-J. (Hrsg.): Fortschritte in der Werkstoffprüfung für Forschung und Praxis. Tagungsband Werkstoffprüfung 2013, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf (2013) 181–186		* Sirch, C., Bierögel, C., Grellmann, W.: Wirkung von Eigenspannungen auf die lokale Dehnung von Kunststoffen. In: Christ, H.-J. (Hrsg.): Fortschritte in der Werkstoffprüfung für Forschung und Praxis. Tagungsband Werkstoffprüfung 2013, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf (2013) 181–186 (ISBN 978-3-514-60806-9; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter M 26)
	* Grellmann, W., Bierögel, C., Sirch, C., Oluschinski, A.: Thermische Spannungs- und Dehnungsanalyse an Kunststoffen. In: Pohl, M. (Hrsg.): Konstruktion, Werkstoffentwicklung und Schadensanalyse. Tagungsband Werkstoffprüfung 2010, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf (2010) 365–370		* Grellmann, W., Bierögel, C., Sirch, C., Oluschinski, A.: Thermische Spannungs- und Dehnungsanalyse an Kunststoffen. In: Pohl, M. (Hrsg.): Konstruktion, Werkstoffentwicklung und Schadensanalyse. Tagungsband Werkstoffprüfung 2010, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf (2010) 365–370 (ISBN 978-3-514-00778-9; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter M 18)

	[[Kategorie:Laserextensometrie]]		[[Kategorie:Laserextensometrie]]

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{{PSM_Infobox}}
Laser-TMA-Scanner
__FORCETOC__
== Funktionsprinzip ==

Der Laser-TMA-Scanner ist ein [[Laserextensometrie|Laserextensometer]], welches im Reflexionsmodus arbeitet und für die [[Thermische Spannungs-Analyse|Thermische Spannungs-(TSA)]] bzw. [[Thermische Dehnungs-Analyse|Dehnungs (TDA)-Analyse]] entwickelt wurde. Dieses Messsystem stellt eine spezielle Variation des Flächenscanners der Fa. Fiedler Optoelektronik GmbH Lützen dar, welches wiederum eine Variante des [[Laser-Parallel-Scanner]]s P50 ist. Dieses Laserextensometer wurde mit einem über Schrittmotor oder Magnet verstellbaren Spiegel erweitert, der die Möglichkeit zur horizontalen Verschiebung des vertikal scannenden Laserstrahls bietet ('''Bild 1'''). Dadurch ergeben sich in Breitenrichtung bis zu 250 Messpositionen für den hoch fokussierten Laserstrahl in Vertikalrichtung, wobei sich hier jedoch ein erheblicher Zeitversatz zwischen dem ersten und 250-zigsten Vertikalscan ergeben kann. Für den Laser-TMA-Scanner wurden deshalb die möglichen Scanpositionen auf maximal 20 beschränkt, wodurch bei langsamen [[Prüfgeschwindigkeit]]en oder rein thermischen Beanspruchungen der zeitliche Versatz der Scans nahezu vernachlässigbar ist. Diese 20 Scanpositionen werden äquidistant über der Breite verteilt. Durch die Mittelwertbildung über die 20 lokalen Vertikalscans kann eine Verminderung der Einflüsse von Kantenkonturrauigkeit oder Laststrangdejustierungen und damit eine Erhöhung der messtechnischen [[Auflösung Laserextensometer-Gerätesysteme|Auflösung]] erreicht werden. Diesem Zweck dient auch die Applikation einer Vakuumröhre, welche direkt vom Sender des Laserstrahls durch die Temperierkammer bis zum eingespannten [[Prüfkörper]] führt und Änderungen der [[Brechzahl]] infolge von Turbulenzen minimiert. Mit diesen Maßnahmen wird eine messtechnische Auflösung von 0,05 µm erreicht, die für die Erfassung der thermischen Längenänderung (siehe: [[Thermischer Ausdehnungskoeffizient]]) infolge Ausdehnungs- und Schrumpfungseffekten (siehe [[Schrumpfversuch]]) erforderlich ist. In Abhängigkeit von der applizierten Anzahl n von Reflektoren auf der [[Oberfläche]] der Prüfkörper entstehen n-1 lokale Dehnungs-Zeit-Diagramme x 20 Breitenscans, die nachfolgend durch die Mittelwertbildung wieder auf n-1 Diagramme reduziert werden.

[[Datei:Laser_TMA_1.jpg|400px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 1''':
|width="600px" |Schematische Darstellung der Funktion des Laser-TMA-Scanners
|}

Die erzeugten Dehnung-Zeit-Verläufe können in Abhängigkeit von der Temperatur dargestellt werden, wodurch der [[Thermischer Ausdehnungskoeffizient|thermische Ausdehnungskoeffizient]] αTh und der prozentuale Prüfkörperschrumpf S = f(T) ermittelbar ist. Bei der [[Thermische Spannungs-Analyse|Thermischen Spannungs Analyse (TSA)]] wird der [[Prüfkörper]] beidseitig eingespannt und durch eine stetig steigende Temperatur belastet, wobei die Schrumpfkraft F und die lokalen Dehnungen infolge von Umlagerungsprozessen ermittelt werden. Die lokale Schrumpfung wird an einem einseitig eingespannten Prüfkörper bei stetig zunehmender Temperatur mittels [[Thermische Dehnungs-Analyse|thermischer Dehnungs Analyse (TDA)]] bestimmt. Die Temperatur ist in einem weiten Bereich stufenlos regelbar und wird mittels zweier Thermoelemente kontrolliert. Die Messdaten sind als 2D- oder 3D-Diagramme darstellbar ('''Bild 2''').

[[Datei:Laser_TMA_2.jpg|500px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 2''':
|width="600px" |Funktionsweise des Laser-TMA-Scanners zur Ermittlung der lokalen Längsdehnung
|}

== Technische Daten ==

* Halbleiterlaser-Diode 670 nm mit 4 bis 6 mW konstante Leistung
* Scanner: Prismen-Rotationsscanner
* Messrate = 200 Hz (selbstkalibrierend)
* [[Auflösung Laserextensometer-Gerätesysteme|Auflösung]] TSA-TDA-Scanner = 0,05 – 0,1 μm
* Objektabstand 100 bis 300 mm, vorzugsweise 200 mm
* Messbereich TSA-TDA-Scanner Längs = 50 mm
* Messbereich TSA-TDA-Scanner Quer = 20 mm
* Reflektoranzahl = 2 bis 63, Reflektorabstand frei wählbar, minimal 1 mm
* Applikation mit Folienmaske, Siebdruck, Air Brush, Tampondruck o.a.
* Digitale Steuerverbindung zu FRANK-UPM

== Anwendung ==

Die Ergebnisse der [[Thermische Spannungs-Analyse|Thermischen Spannungs-Analyse]] sind im '''Bild 3''' exemplarisch für einen ausgewählten PVC-Prüfkörper dargestellt, der in der Temperierkammer mit 1 K/min 10 °C bis 75 °C aufgeheizt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt wurde. Da die Prüfkörper beidseitig eingespannt sind, entsteht durch den Aufheizvorgang zunächst eine thermische Ausdehnung, die zu einer Druckspannung von ca. 0,2 MPa führt. Im Bereich von etwa 33 °C führt der beginnende Schrumpfungsprozess (siehe [[Schrumpfversuch]]) infolge zunehmender Molekülbeweglichkeit zu einer geringen Steigung im Kurvenverlauf und zu einem geringfügigen Ausknicken des Prüfkörpers. Mit zunehmender Temperatur in der Temperierkammer entsteht infolge der Behinderung der Schrumpfung eine Zugspannung, die ihr Maximum von ca. 0,55 MPa aber nicht am Umschaltpunkt der Temperaturregelung, sondern infolge von Wärmeleitprozessen verzögert erreicht. Bis zur Raumtemperatur wird die Zugspannung wieder abgebaut und es stellt sich ein neuer Gleichgewichtszustand ein, der wieder eine Druckspannung im Prüfkörper hervorruft ('''Bild 3'''). Die registrierten lokalen Dehnungen infolge der Umlagerungsprozesse sind teils positiv (Dehnung) als auch negativ (Stauchung), erreichen aufgrund der Einspannung jedoch nur vergleichsweise geringe absolute Beträge.

[[Datei:Laser_TMA_3.jpg|450px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 3''':
|width="600px" |Ergebnisse der [[Thermische Spannungs-Analyse|Thermischen Spannungs-Analyse (TSA)]] für PVC
|}

Das Dehnungs- bzw. Schrumpfverhalten der PVC-Prüfkörper bei einer Temperaturerhöhung von 10 °C bis auf 75 °C ist anhand von Untersuchungen an einem Prüfkörper dargestellt ('''Bild 4''').

[[Datei:Laser_TMA_4.jpg|450px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 4''':
|width="600px" |Ergebnisse der [[Thermische Dehnungs-Analyse|Thermischen Dehnungs-Analyse (TDA)]] für PVC
|}

Bei dem mit 14 Reflektoren kodiertem Prüfkörper wurden die angussnahe Zone (Streifen 1–4, Magenta) und die angussferne Zone (Reflektor 11–14, Grün) ausgewertet, da diese die Extremfälle der [[Zugversuch Eigenspannungen Orientierungen|Orientierung]] des Prüfkörpers darstellen. Bis zum Einsetzen des Schrumpfungsprozesses bei 62 °C (TS) erfährt dieser Prüfkörper eine Ausdehnung von 0,26 % bzw. 0,17 % (εS), wobei die höher orientierte, angussnahe Zone den geringeren Wert aufweist. Im Bereich von 10 °C bis 55 °C liegt ein näherungsweiser linearer Kurvenverlauf infolge der thermischen Ausdehnung vor. Ab 62 °C tritt der Schrumpfungsprozess ein, der durch die höhere Molekülbeweglichkeit, zur Kontraktion des Prüfkörpers führt. Nach Erreichen des Temperaturmaximums von 75 °C wird die Temperierkammer wieder auf Raumtemperatur abgekühlt, um den neuen, entropisch günstigeren Zustand des Werkstoffes zu fixieren. Ab 70 °C erfolgt dann eine nahezu lineare Rückstellung der thermischen Ausdehnung, die im Endzustand einer Dehnung von –2,9 % (Schrumpf S) im niedrig orientierten Bereich entspricht. In der angussnahen hochorientierten Zone ist der Schrumpf mit –2,3 % deutlich geringer.

'''Literaturhinweise'''

* Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015), 3. Auflage S. 534−539, ISBN 978-3-446-44350-1; E-Book: ISBN 978-3-446-44390-7; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18
* Grellmann, W., Bierögel, C.: Laserextensometrie anwenden. Einsatzmöglichkeiten und Beispiele aus der Kunststoffprüfung Materialprüfung 40 (1998) 11–12, 452–459
* Sirch, C., Bierögel, C., Grellmann, W.: Wirkung von Eigenspannungen auf die lokale Dehnung von Kunststoffen. In: Langer, B., Rödel, T. (Eds.): Polymerwerkstoffe. Tagungsband PolyMerTec 2014, CD-ROM, Merseburg (2014) 556–561
* Sirch, C., Bierögel, C., Grellmann, W.: Wirkung von Eigenspannungen auf die lokale Dehnung von Kunststoffen. In: Christ, H.-J. (Hrsg.): Fortschritte in der Werkstoffprüfung für Forschung und Praxis. Tagungsband Werkstoffprüfung 2013, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf (2013) 181–186
* Grellmann, W., Bierögel, C., Sirch, C., Oluschinski, A.: Thermische Spannungs- und Dehnungsanalyse an Kunststoffen. In: Pohl, M. (Hrsg.): Konstruktion, Werkstoffentwicklung und Schadensanalyse. Tagungsband Werkstoffprüfung 2010, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf (2010) 365–370

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