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Extensometer sind seit Jahrzehnten im Einsatz und bilden die Basis für eine präzise Dehnungsmessung in werkstoffmechanischen Versuchen. Jedoch ist die Temperaturstabilität von Extensometern häufig noch nicht ausreichend beachtet worden, um Fehler verursacht durch Temperaturschwankungen zu minimieren. Dieses wird derzeit nicht nur in Deutschland, sondern auch international zunehmend diskutiert. Datenblätter von Extensometern sind teils unvollständig besonders hinsichtlich von Temperatureinflüssen. Extensometer für den Einsatz bei höheren Temperaturen sollen z.B. laut Normen für dehnungsgeregelte Ermüdungsversuche mit Luft oder Wasser aktiv gekühlt werden. Jedoch schreiben die Normen keine Temperatur-Toleranzen für Extensometer vor. Dehnungsfehler verursacht durch Temperaturschwankungen am Extensometer bleiben meist verborgen, da die Temperatur des Extensometers standardmäßig gar nicht gemessen wird. Die Ursache von Einflüssen zur Temperaturstabilität von Extensometern wird erläutert. Ein einfaches Rechenbeispiel zeigt die Empfindlichkeit von Extensometern gegenüber Temperaturschwankungen und die Auswirkungen auf den Dehnungsfehler. Lösungsmöglichkeiten zur Optimierung werden aufgezeigt. Der Anwender von Extensometern soll sensibilisiert werden, um der Temperaturstabilität von Extensometern sowohl hinsichtlich Herstellerspezifikationen als auch bei der Anwendung von Extensometern im Prüflabor mehr Aufmerksamkeit zu schenken, um letztlich die Qualität von Versuchsergebnissen zu verbessern. Empfehlungen an Extensometerhersteller werden formuliert. Dieses Thema wird zukünftig auch in Prüfnormen mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden. Es werden Maßnahmen zur Verbesserung der Temperaturstabilität von Extensometern Einzug in Prüfnomen finden, um letztlich verlässlichere Versuchsergebnisse zu erhalten. Es ist beabsichtigt, eine Verbesserung der Temperaturstabilität von Extensometern z.B. bei der nächsten Revision der Prüfnormen ISO 12106 und ISO 12111 für dehnungsgeregelte LCF- und TMF-Versuche zu berücksichtigen.
Extensometer werden seit langer Zeit erfolgreich für die Ermittlung von werkstoffmecha-nischen Kennwerten eingesetzt. Allerdings wurden in den letzten Jahren immer wieder durch Temperaturschwankungen bedingte Drift an Extensometern festgestellt, die be-sonders in Langzeitversuchen zu Problemen führen können. Es wurden Ursachen für die thermische Drift von Extensometern aufgezeigt. Anhand von einem Beispiel wurde gezeigt, wie sich Temperaturschwankungen an einem Extensometer auf die Ergebnisse von werkstoffmechanischen Ermüdungsversuchen auswirken können. An einem weiteren Beispiel wurde beschrieben, dass der durch Temperaturschwankungen verursachte Dehnungsfehler eines Extensometers stark von der Höhe der Temperaturschwankung und von der Dehnungsschwingbreite abhängt und, je nach Anwendungsfall größer als 1% werden kann. Es wurde verdeutlicht, dass bisherige nach Norm vorgeschriebene Maß-nahmen oft nicht ausreichen, um Einflüsse von Temperaturschwankungen am Extenso-meter zuverlässig zu unterbinden. Vorschläge wurden aufgezeigt, um die Temperatursta-bilität von Extensometern zu verbessern. Das gesamte Temperaturmanagement von Raumtemperatur, Kühlwassertemperatur, Temperaturmessung am Extensometer etc. sollte von Grund auf neu betrachtet werden, um Verbesserungen bei der Temperatur-konstanz von Extensometern zu erlangen. Ferner wurde vorgeschlagen, Extensometer in temperaturkompensierter Ausführung zu entwickeln und zu verkaufen. Dieses sollte Ret-rofits für existierende Extensometer miteinschließen. Konkrete Maßnahmen zur Imple-mentierung in Materialprüfungsnormen müssen weiter diskutiert werden.
Thermal fluctuations do exist at extensometers but they remain quite often unknown because the temperature of the extensometer is not measured, recorded and assessed in strain controlled tests. The temperature fluctuation leads to thermal expansion of the gauge length of the extensometer resulting in force fluctuations as a materials response of the material tested in a strain controlled test. The thermal expansion leads to an error of the strain range applied.
A case study was conducted to calculate the strain range error when the strain range was varied as well as the thermal fluctuation of the extensometer. The most important outcome of the study is that the strain range error can exceed the allowed limits if the thermal fluctuation of the extensometer is too high. Sources of thermal fluctuation of the extensometer were analyzed and identified. Suggestions are given to reduce the thermal fluctuation of the extensometer.
Extensometer für Hochtemperatur-Ermüdungsversuche sind vielfach aus Aluminium gebaut, an dem Glas- oder Keramikstangen befestigt sind, die in den heißen Bereich des Versuches hineinragen. In einer physikalischen Betrachtung wird die Wärmeausdehnung von Aluminium berechnet und der relative Fehler aus der thermischen Drift ermittelt. Der Fehler ist stark von der thermischen Fluktuation abhängig. Ferner steigt der Fehler besonders bei kleinen Dehnungen stark an. Es wird deutlich, dass bei kleinen Dehnungen die erlaubte Temperaturschwankung im Bereich von 0,5 – 1K betragen darf, um den nach Norm (z.B. ISO 12106) erlaubten Fehler von maximal 1 % nicht zu überschreiten.
In dehnungsgeregelten Ermüdungsversuchen äußert sich die Temperaturschwankung am Extensometer in Kraftschwankungen an der geprüften Probe. Daher bewirkt eine Konstanthaltung der Temperatur eine Verbesserung der Versuchsergebnisse. In der Praxis sind jedoch Temperaturmessungen am Extensometer nicht üblich. Von daher kann der thermisch bedingte Fehler aufgrund von Temperaturschwankungen am Extensometer gar nicht ausgewertet werden. Für eine Verbesserung der Qualität von Versuchsergebnissen wird generell eine Messung der Temperatur am Extensometer vorgeschlagen.