Thermischer Ausdehnungskoeffizient - Versionsgeschichte

Loeffler-Kamann am 10. Juli 2024 um 08:39 Uhr

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	\|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)
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Oluschinski am 4. August 2023 um 10:13 Uhr

2023-08-04T10:13:44Z

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	\|Sirch, C., [[Bierögel, Christian\|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, Christian\|Bierögel, C.]], [https://www.researchgate.net/profile/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
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	\|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., [https://de.wikipedia.org/wiki/Wolfgang_Grellmann 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)
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	\|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)
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	\|Archodoulaki, V.-M., Seidler, S.: Thermomechanical Properties. In: Grellmann, W., Seidler, S.: Mechanical and Thermomechanical Properties of Polymers. Landolt-Börnstein. Volume VIII/6A3, Springer Verlag, Berlin (2014) 34–44, (ISBN 978-3-642-55165-9; siehe AMK-Büchersammlung unter A 16)		\|Archodoulaki, V.-M., Seidler, S.: Thermomechanical Properties. In: Grellmann, W., Seidler, S.: Mechanical and Thermomechanical Properties of Polymers. Landolt-Börnstein. Volume VIII/6A3, Springer Verlag, Berlin (2014) 34–44, (ISBN 978-3-642-55165-9; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 16)
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	[[Kategorie:Thermoanalytische Methoden]]		[[Kategorie:Thermoanalytische Methoden]]

Oluschinski am 13. August 2019 um 08:31 Uhr

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	==Bestimmungsmethoden für den thermischen Ausdehnungskoeffizienten==		==Bestimmungsmethoden für den thermischen Ausdehnungskoeffizienten==

	Der lineare Ausdehnungskoeffizient kann an sehr kleinen Prüfkörpern im Dilatometerverfahren oder mittels [[Thermomechanische Analyse\|Thermomechanische Analyse (TMA)]] [1] bestimmt werden oder an [[Vielzweckprüfkörper]]n mit der [[Thermische Dehnungs-Analyse\|Thermischen Dehnungs-Analyse (TDA)]] [2–4] ermittelt werden. Zu beachten ist dabei, dass der erste Heizlauf einer TMA oder TDA von der thermo-mechanischen Vorgeschichte des Prüfkörpers überlagert wird. Dabei können flüchtige Bestandteile entweichen oder der Abbau von [[Zugversuch Eigenspannungen Orientierungen\|Orientierungen und Eigenspannungen]] kann bei höheren Temperaturen initiiert werden und bei teilkristallinen Kunststoffen (siehe: [[Kristallinität]]) können Nachkristallisationsprozesse auftreten. Diese Prozesse bewirken eine Schrumpfung (siehe [[Schrumpfversuch]]) und verfälschen den Absolutbetrag des thermischen Ausdehnungskoeffizienten. In [[Duroplaste\|duroplastischen Kunststoffen]] können Nachhärtungsprozesse auftreten und in verstärkten oder gefüllten Kunststoffen bewirken Anisotropieeffekte infolge der Herstellung eine Richtungsabhängigkeit des Ausdehnungskoeffizienten.		Der lineare Ausdehnungskoeffizient kann an sehr kleinen Prüfkörpern im Dilatometerverfahren oder mittels [[Thermomechanische Analyse\|Thermomechanische Analyse (TMA)]] [1] bestimmt werden oder an [[Vielzweckprüfkörper]]n mit der [[Thermische Dehnungs-Analyse\|Thermischen Dehnungs-Analyse (TDA)]] [2–4] ermittelt werden. Zu beachten ist dabei, dass der erste Heizlauf einer TMA oder TDA von der thermo-mechanischen Vorgeschichte des Prüfkörpers überlagert wird. Dabei können flüchtige Bestandteile entweichen oder der Abbau von [[Zugversuch Eigenspannungen Orientierungen\|Orientierungen und Eigenspannungen]] kann bei höheren Temperaturen initiiert werden und bei teilkristallinen Kunststoffen (siehe: [[Kristallinität]]) können Nachkristallisationsprozesse auftreten. Diese Prozesse bewirken eine [[Schrumpfung]] (siehe auch: [[Schrumpfversuch]]) und verfälschen den Absolutbetrag des thermischen Ausdehnungskoeffizienten. In [[Duroplaste\|duroplastischen Kunststoffen]] können Nachhärtungsprozesse auftreten und in verstärkten oder gefüllten Kunststoffen bewirken Anisotropieeffekte infolge der Herstellung eine Richtungsabhängigkeit des Ausdehnungskoeffizienten.

	==Beispiel der Temperaturabhängigkeit des Ausdehnungskoeffizienten==		==Beispiel der Temperaturabhängigkeit des Ausdehnungskoeffizienten==
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	\|Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 319 ff., (ISBN 978-3-446-44350-1) (siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 319 ff., (ISBN 978-3-446-44350-1) (siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
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	\|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, Christian\|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
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{{PSM_Infobox}}
Thermischer Ausdehnungskoeffizient
__FORCETOC__
==Allgemeine Grundlagen==
Bei Erhöhung der Beanspruchungstemperatur tritt bei [[Kunststoffe]]n eine Längenausdehnung auf, die in der Regel wesentlich höher als bei metallischen Werkstoffen ist. 
Diese Wärmeausdehnung wird mit dem mittleren linearen (α) bzw. dem kubischen (β) Wärmeausdehnungskoeffizienten des Kunststoffes beschrieben und gibt gleichzeitig Informationen über wichtige Umwandlungserscheinungen beim Erwärmen.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient αTh, der auch als Wärmedehnzahl bezeichnet wird, beschreibt die Längenänderung ΔL eines Körpers bei einer Temperaturerhöhung von 1 °C und wird in K-1 angegeben [1].
In einem limitierten Temperaturintervall ergibt sich die lineare Längenausdehnung bei einer Temperaturerhöhung um ΔT nach Gl. (1).

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math>\Delta L_{Th} = \alpha _{Th} \ L \ \Delta T \!</math>
|width="50px" |(1)
|}

Über eine größeres Temperaturintervall können bei verschiedenen Kunststoffen Nichtlinearitäten auftreten, die von lokalen Bewegungen kleiner Molekülgruppen (Nebenrelaxation) und kooperativen Bewegungen ganzer Molekülteile (Hauptrelaxationen) hervorgerufen werden, wobei sich bei Erreichen von Umwandlungsgebieten die Ausdehnungskoeffizienten auch sprunghaft ändern können.

==Bestimmungsmethoden für den thermischen Ausdehnungskoeffizienten==

Der lineare Ausdehnungskoeffizient kann an sehr kleinen Prüfkörpern im Dilatometerverfahren oder mittels [[Thermomechanische Analyse|Thermomechanische Analyse (TMA)]] [1] bestimmt werden oder an [[Vielzweckprüfkörper]]n mit der [[Thermische Dehnungs-Analyse|Thermischen Dehnungs-Analyse (TDA)]] [2–4] ermittelt werden. Zu beachten ist dabei, dass der erste Heizlauf einer TMA oder TDA von der thermo-mechanischen Vorgeschichte des Prüfkörpers überlagert wird. Dabei können flüchtige Bestandteile entweichen oder der Abbau von [[Zugversuch Eigenspannungen Orientierungen|Orientierungen und Eigenspannungen]] kann bei höheren Temperaturen initiiert werden und bei teilkristallinen Kunststoffen (siehe: [[Kristallinität]]) können Nachkristallisationsprozesse auftreten. Diese Prozesse bewirken eine Schrumpfung (siehe [[Schrumpfversuch]]) und verfälschen den Absolutbetrag des thermischen Ausdehnungskoeffizienten. In [[Duroplaste|duroplastischen Kunststoffen]] können Nachhärtungsprozesse auftreten und in verstärkten oder gefüllten Kunststoffen bewirken Anisotropieeffekte infolge der Herstellung eine Richtungsabhängigkeit des Ausdehnungskoeffizienten.

==Beispiel der Temperaturabhängigkeit des Ausdehnungskoeffizienten==

Thermische Beanspruchungen sind in der Auslegung von [[Kunststoffbauteil]]en und deren Dimensionierung unbedingt zu berücksichtigen. Dies ist insbesondere dann zu berücksichtigen, wenn es sich um hybride Bauteile aus Kunststoffen und anderen Werkstoffen handelt, die stark unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Großflächige Kunststoffbauteile, wie Platten für Fassadengestaltung, können bei thermischen Beanspruchungen in Abhängigkeit von der Farbgebung sehr starken Verzug oder Verwerfungen der Geometrie zeigen, der in der Temperaturabhängigkeit der Wärmeausdehnung begründet ist ('''Bild 1'''). Tritt eine Behinderung der thermischen Ausdehnung infolge der Montagebedingungen auf, dann entstehen durch den inneren Spannungsaufbau sogenannte Wärmespannungen, die bei Überlastung zu [[Riss]]en oder zum Versagen des Bauteils (siehe [[Bauteilversagen]]) führen können. Je nach äußeren Temperaturunterschieden können dann Zug- oder Druckspannungen (siehe: [[Zugversuch]] und [[Druckversuch]]) insbesondere bei kraftschlüssigen oder auch formschlüssigen Verbindungen auftreten.

[[Datei:therm_Ausdehnung_1.jpg|400px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 1''':
|width="600px" |Wärmeausdehnungsverhalten und Ausdehnungskoeffizient von PMMA a) und PVC b) aus der [[Thermische Dehnungs-Analyse|Thermischen Dehnungs-Analyse (TDA)]]
|}

Eine umfassende Literaturanalyse von thermischen Ausdehnungskoeffizienten für zahlreiche [[Kunststoffe]] ist in [5] enthalten.

'''Literaturhinweise'''
{|
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|[1]
|Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 319 ff., (ISBN 978-3-446-44350-1) (siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
|-valign="top"
|[2]
|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
|-valign="top"
|[3]
|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
|-valign="top"
|[4]
|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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|[5]
|Archodoulaki, V.-M., Seidler, S.: Thermomechanical Properties. In: Grellmann, W., Seidler, S.: Mechanical and Thermomechanical Properties of Polymers. Landolt-Börnstein. Volume VIII/6A3, Springer Verlag, Berlin (2014) 34–44, (ISBN 978-3-642-55165-9; siehe AMK-Büchersammlung unter A 16)
|}

[[Kategorie:Thermoanalytische Methoden]]

Thermischer Ausdehnungskoeffizient - Versionsgeschichte

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