Laser-Quer-Einheit

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Laser-Quer-Einheit

Funktionsprinzip

Die Laser-Quer-Einheit QC30 der Fiedler Optoelektronik Lützen ist ein optionale Ergänzung für den Laser-Winkel- oder Parallel-Scanner, mit dem die Breitenänderung eines Prüfkörpers unter Zugbelastung gemessen werden kann, falls sich dieser im ebenen Spannungszustand (ESZ) befindet. Von dem Sender wird ein homogenes Strahlenbündel auf die Prüfkörperoberfläche emittiert. Im Zentrum des einstellbaren Messfensters befindet sich der Prüfkörper mit der Breite b. Unter Zugbeanspruchung entsteht eine Längsdehnung und aus der Breitenänderung kann die Querdehnung und auch die Poissonzahl µ als Quotient aus Quer- und Längsdehnung berechnet werden (Bild 1).

Bild 1:

Schematische Darstellung des Funktionsprinzips der Laser-Quer-Einheit

Das Messfenster kann in Größe und Position symmetrisch und asymmetrisch variiert werden, wodurch quasilokale Querkontraktionszahlen in Verbindung mit einem der beiden Laserextensometer ermittelt werden können. Nachteilig ist dann jedoch, dass mehrere Prüfkörper erforderlich sind, sinnvolle Messungen nur im Gebiet der Gleichmaßdehnung möglich sind und eine Applikation an eine Temperierkammer unmöglich ist.
Für den technisch interessanten Einsatzbereich vor Kunststoffen kann neben der Poissonzahl auch das wahre Spannungs-Dehnung-Diagramm ermittelt werden.

Technische Daten

• Analoges Schattenbildverfahren
• Empfängereinheit = Flächendiode
• Messfenster = 10 – 30 mm
• Messbereich = 0 – 2 mm
• Messrate = 50 Hz
• Manuelle Kalibrierung
• Auflösung Quer-Einheit = 0,05 – 0,15 μm
• Objektabstand 100 bis 300 mm, vorzugsweise 200 mm
• Messbereich Winkelscanner = 160 mm

Anwendung

Im konventionellen oder geregelten Zugversuch an Kunststoffen kann in Verbindung mit einem Laserextensometer mittels Querdehneinheit simultan die Breitenänderung bzw. Querkontraktion aufgezeichnet werden. Aus der erhaltenen Quer- und Längsdehnung kann dann die Poissonzahl in Abhängigkeit von der Prüfzeit oder der Längsdehnung dargestellt werden (Bild 2). Aufgrund der hohen messtechnischen Auflösungen ergeben sich bei Dehnungen nahe „Null“ Unstetigkeiten in der Poissonzahl, die erst bei höheren Dehnungswerten verschwinden. Infolge dieses Messeffekts wurde in der DIN EN ISO 527-1 die Ermittlung der Poissonzahl im Bereich von 0,3 % bis zur Streckgrenze ε_y vorgeschrieben.

Bild 2:

Längs- und Querdehnung sowie Poissonzahl eines PP-Werkstoffes

Literaturhinweise

• Grellmann, W., 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
• DIN EN ISO 527-1 (2019-12): Kunststoffe – Bestimmung der Zugeigenschaften – Teil 1: Allgemeine Grundsätze
• 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