Posch am 14. Mai 2020 um 13:00 Uhr

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Oluschinski am 13. August 2019 um 09:33 Uhr

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	\|Bierögel, C.: Zugversuch an Kunststoffen. In: Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 117–137 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|[[Bierögel, Christian\|Bierögel, C.]]: Zugversuch an Kunststoffen. In: [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 117–137 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
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{{PSM_Infobox}}
 Zugversuch Regelung
__FORCETOC__
==Einflussfaktoren==
Das Kennwertniveau von [[Kunststoffe]]n hängt in hohem Maße von der [[Prüfgeschwindigkeit]] und der -temperatur ab, welches sich mit der [[Kriechen Kunststoffe|Kriech-]] und [[Relaxation Kunststoffe|Relaxationsneigung]] in den [[Viskoelastisches Werkstoffverhalten|viskoelastischen]] Eigenschaften äußert. Die Ursache ist in den Prüfbedingungen des konventionellen [[Zugversuch]] an Kunststoffen zu suchen, da hier die lokale und integrale [[Dehnrate Grundlagen|Dehnrate]] infolge zahlreicher Einflussfaktoren, wie der [[Zugversuch Eigenspannungen Orientierungen|Orientierung]] und dem inneren [[Zugversuch Eigenspannungen Orientierungen|Eigenspannungszustand]], nicht konstant sind. Dies wirkt sich auf das [[Deformation]]sverhalten und den Absolutwert der [[Kennwert]]e aus.
Vermeidbar oder minimierbar sind diese unvermeidbaren Einflussfaktoren durch die Nutzung geregelter [[Zugversuch]]e, die allerdings bei Kunststoffen im Gegensatz zur Prüfung metallischer Werkstoffe [1] nicht genormt sind. Dabei sind mit der Kraftregelung und der Dehnungsregelung zwei grundlegende Arten dieser geregelten Zugversuche bekannt. 
Bei der konventionellen Versuchsdurchführung mit konstanter [[Traversengeschwindigkeit]] muss der primäre Regelkreis die Konstanz der Traversengeschwindigkeit vT unabhängig von der aufgebrachten Prüflast garantieren. Im Fall der Regelung der Kraft oder der Dehnung dient die Traversengeschwindigkeit als Regelgröße zur Erzeugung eines konstanten Kraftanstiegs dF/dt oder einer konstanten Dehnrate dε/dt innerhalb der Fühlerlänge des Dehnmesssensors. Damit ist die Geschwindigkeit der [[Materialprüfmaschine|Prüfmaschine]] keine konstante Größe.

==Kraftregelung==

Im kraft- oder spannungsgeregelten Zugversuch ist der Vorgabe- oder Sollwert der Kraft- oder Spannungsanstieg pro Zeiteinheit dF/dt bzw. dσ/dt. Zur Ermittlung des Sollwerts wird ein konventioneller [[Zugversuch]] bis zu einem gewünschten Grenzwert ('''Bild 1''') durchgeführt, der die [[Streckspannung|Streckgrenze]] oder die [[Zugfestigkeit]] nicht überschreiten darf, da dann Instabilitäten im Regelkreis auftreten, die zum Abbruch des geregelten Versuchs führen.

[[Datei:Z_regelung_1.jpg|450px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 1''':
|width="600px" |Ermittlung des Sollwerts der Kraftregelung im [[Zugversuch]]
|}

Die Sekante vom Nullpunkt bis zum Grenzwert beschreibt durch ihren Anstieg den Sollwert dF/dt oder ΔF/Δt der Regelgröße und entspricht einer Rampenfunktion. Der geschlossene Regelkreis (Closed Loop) kann dabei mit einem analogen Funktionsgenerator ('''Bild 2a''') oder einem digitalen softwaregestütztem Regelsystem ('''Bild 2b''') realisiert werden. Der Istwert (Eingangsgröße) und der Sollwert können je nach verwendetem Sensor ([[Elektro-Mechanischer Kraftaufnehmer|Kraftmessdose]] oder '''Ansetzdehnungsaufnehmer''' (siehe: [[Zugversuch#Zugversuch, Wegmesstechnik|Zugversuch Wegmesstechnik]])) die Kraft oder Spannung sowie die Verlängerung oder die Dehnung sein. Die PID-Regler-Einstellung hängen dabei von der gewählten Dehn- oder Spannungsrate sowie dem [[Elastizitätsmodul]] des untersuchten Werkstoffes ab. Insbesondere zu kleine P-Werte (Proportionalverstärkung) führen zur Nichteinhaltung der Zielwerte oder zu große P-Werte erzeugen Regelkreisinstabilitäten.

[[Datei:Z_regelung_2.jpg]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 2''':
|width="600px" |Analoge (a) oder inkrementale (b) Kraft- oder Dehnungsregelung im Zugversuch
|}

==Dehnungsregelung==

Im verlängerungs- oder dehnungsgeregelten [[Zugversuch]] ist der Vorgabe- oder Sollwert der Anstieg der Verlängerung- oder der Dehnungsanstieg pro Zeiteinheit dΔL/dt bzw. dε/dt. Zur Ermittlung des Sollwerts wird ein konventioneller Zugversuch bis zu einem festgelegtem Grenzwert ('''Bild 3''') durchgeführt, der die [[Streckspannung|Streckgrenze]] oder die [[Zugfestigkeit]] nicht überschreiten darf, da dann Instabilitäten auftreten können.

[[Datei:Z_regelung_3.jpg|450px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 3''':
|width="600px" |Ermittlung des Sollwerts der Dehnungsregelung im Zugversuch
|}

Die gemessene Verlängerung bzw. Dehnung des Sensors im Messintervall L0 ist nur im Gebiet der [[Zugversuch Gleichmaßdehnung|Gleichmaßdehnung]] als Regelgröße verwendbar, es sei denn es werden lokal auflösende optische Dehnmesstechniken verwendet. Die Sekante vom Nullpunkt bis zum Grenzwert beschreibt durch den Anstieg den Sollwert dΔL/dt oder Δε/Δt der Regelgröße und entspricht einer Rampenfunktion. Der geschlossene Regelkreis (Closed Loop) kann dabei mit einem analogen Funktionsgenerator (siehe '''Bild 2a''') oder einem digitalen softwaregestütztem Regelsystem (siehe '''Bild 2b''') realisiert werden.

==Einfluss der Regelart auf die Spannungs-Dehnungs-Abhängigkeit==

Ein Vergleich der Zugversuche mit und ohne Regelung zeigt, dass der kraft- oder spannungsgeregelte Versuch einen konstanten Kraft- oder Spannungsanstieg unabhängig von den sonstigen Prüfbedingungen erzwingt und somit für den untersuchten [[Kunststoffe|Kunststoff]] die härteste Bedingung hinsichtlich der Geschwindigkeitsabhängigkeit dieser Werkstoffe darstellt. Aufgrund der veränderlichen [[Prüfgeschwindigkeit]] im geprüften Volumen liegt der konventionelle Zugversuch im Eigenschaftsniveau zwischen den spannungs- und dehnungsgeregelten Versuchen ('''Bild 4''').

[[Datei:Z_regelung_4.jpg|400px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 4''':
|width="600px" |Vergleich der Zugversuche mit verschiedenen Regelarten für einen unverstärkten Polypropylen ([[Kurzzeichen]]: PP)-Werkstoff
|}

Der dehnungsgeregelte [[Zugversuch]] berücksichtigt die Erfordernisse bezüglich des [[Relaxation]]s- und [[Kriechen|Kriechverhalten]] am besten, weshalb hier das geringste Spannungsniveau, aber die höchsten Dehnungen im Versuch registriert werden. Im konkreten Beispiel ist das unterschiedliche Spannungs-Dehnungs-Verhalten für ein Polyamid 6 mit 20 M.-% Kurzglasfasern dargestellt ('''Bild 5'''). In '''Bild 5a''' ist das Deformationsverhalten im konventionellen Zugversuch mit konstanter [[Traversengeschwindigkeit]] bzw. nomineller [[Dehnrate Grundlagen|Dehnrate]] von 1 %/min zu sehen. Die mit einem '''Ansetzdehnungsaufnehmer''' registrierte normative Dehngeschwindigkeit zeigt starke Veränderungen während des Zugversuchs und erreicht die geforderte Dehnrate nur zu einem Zeitpunkt bei ca. 2 % der Dehnung. Der Zugversuch mit integraler Regelung der normativen Dehnrate zeigt erwartungsgemäß im Messintervall eine Konstanz der normativen Dehnung ('''Bild 5b''').

[[Datei:Z_regelung_5.jpg]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 5''':
|width="600px" |Vergleich der Spannungs-Dehnungs-Diagramme und der normativen [[Dehnrate Applikationen|Dehnraten]] für PA6-GF 20 für a) den konventionellen und b) den dehnungsgeregelten [[Zugversuch]]
|}

Aus '''Bild 5''' wird ersichtlich, das im geregelten Versuch infolge der günstigeren [[Relaxation Kunststoffe|Relaxationsbedingungen]] ein geringeres Spannungsniveau erreicht wird und durch das [[Kriechen Kunststoffe|Kriechen]] während des Zugversuches eine größere Bruchdehnung auftritt. Diese Effekte sind auch mit einer geringen Streuung der [[Kennwert]]e des [[Zugversuch]]es verbunden [2].

'''Literaturhinweise'''
{|
|-valign="top"
|[1]
|DIN EN ISO 6892-1 (2017-02): Metallische Werkstoffe – Zugversuch – Teil 1: Prüfverfahren bei Raumtemperatur
|-valign="top"
|[2]
|Bierögel, C.: Zugversuch an Kunststoffen. In: Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 117–137 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
|}

[[Kategorie:Zugversuch]]

Zugversuch Regelung - Versionsgeschichte

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