Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Es wird der DIN-Arbeitsausschuss Ermüdungsprüfung und seine Aufgaben vorgestellt. Ferner wird über die Thematik der thermischen Drift von Extensometern und die daraus resultierenden Fehler berichtet. Darüber hinaus werden aktuelle Aspekte der dynamischen Temperaturmessung im thermo-mechanischen Ermüdungsversuch vorgestellt.
Investigations on the tensile testing procedure conducted within the European project TENSTAND
(2015)
The current presentation shows the intention of the former European TENSTAND project on computer controlled tensile testing of metals. The history of the tensile testing standards is explained. Some test results of the TENSTAND project are shown. The presentation is focused on criticism of Chinese delegates in ISO TC 164 SC1 WG4 who stated that the TENSTAND project which was finished about 10 years ago came to wrong conclusions and were misleading. This presentation points out misunderstandings of the Chinese delegation in the test program and the results of the TENSTAND project and the former development of the tensile testing standard ISO 6892-1. Some tests of the TENSTAND project were newly evaluated using the original test data. The evaluation showed again that the conclusions of the TENSTAND project are correct.
Bei den Normen ISO 15363 und EN 10275 handelt es sich um den hydraulischen Ringaufweitungsversuch, der in der Rohrprüfung in der Industrie genutzt wird. Auf Vorschlag von Salzgitter Mannesmann Forschung wurde im Arbeitsausschuss NA 062-01-53AA – Rohrprüfung - der Vorschlag eingebracht, beide Normen zu harmonisieren. Beide Normen sind fast identisch. Lediglich die verwendeten Symbole sind unterschiedlich. Daher soll in der ISO 15363 ein weiterer Anhang eingeführt werden, der eine Tabelle enthält, in der die Symbole der ISO 15363 und der EN 10275 gegenübergestellt werden. Die in der EN 10275 verwendeten Symbole entsprechen denen, die in Produktnormen für Stahlrohre verwendet werden. Der Normenharmonisierungsvorschlag, der unter dem Wiener Abkommen umgesetzt werden soll, wurde 2016 auf die Sitzung ISO TC 164 SC2 erfolgreich von deutscher Seite eingebracht.
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.
Es ist eine seit ca. 10 Jahren bestehende Politik des ISO Gremiums TC 164, für Normen von mechanischen Prüfverfahren einen Anhang zu entwickeln, der Angaben zur Berechnung der Messunsicherheit enthält. Bis auf wenige Ausnahmen enthalten heute ISO-Normen überwiegend informative Anhänge, die nur allgemeine Informationen zur Berechnung der Messunsicherheit enthalten. In dem Vortrag sollen die Nachteile einer solchen Vorgehensweise dargestellt werden. Es wird ein Vorschlag zur Verbesserung unterbreitet. Anhand von zwei einfachen Beispielen wird veranschaulicht, dass solche informativen Anhänge Messunsicherheiten erzeugen, die bei Erstellung durch unterschiedliche Prüflaboratorien nicht miteinander vergleichbar sind. Das ist nicht befriedigend. Von daher wird vorgeschlagen, einen normativen Anhang zu erstellen, der die Auftraggeber und Antragnehmer verpflichtet, eine Methode zur Berechnung der Messunsicherheit vertraglich auszuhandeln. Ferner wird in dem normativen Anhang darauf hingewiesen, dass beim Vergleich von Messunsicherheiten die Berechnungsgrundlage identisch sein muss. Ferner wird vorgeschlagen, einen informativen Anhang mit einem Beispiel zur Berechnung der Messunsicherheit einzuführen, um Auftraggebern und Auftragnehmern eine entsprechende Möglichkeit zur Berechnung an die Hand zu geben. Diese Methode ist ein pragmatischer Einstieg in die Entwicklung von Anhängen für ISO Normen, in denen die Messunsicherheit berechnet wird. Der Vorschlag enthält Mindestanforderungen. Eine Weiterentwicklung wird in der Zukunft angestrebt.
In dem Vortrag werden aktuelle Entwicklungen zum thermo-mechanischen Ermüdungsversuch aufgezeigt. In der Vergangenheit wurden ausschließlich dehnungsgeregelte TMF-Versuche durchgeführt. Zukünftig werden auch spannungsgeregelte TMF-Versuche eine Rolle spielen, besonders bei kleinen Belastungen und hohen Schwingspielzahlen. Daneben werden Rissfortschrittsmessungen bei TMF-Beanspruchung eine zunehmende Bedeutung zugemessen. Die Versuchstechnik hierzu ist noch nicht sehr verbreitet verfügbar und ist sehr anspruchsvoll. Es wird das Europäische Forschungsprojekt TEACH vorgestellt, welches beantragt, aber noch nicht bewilligt ist. Ferner wird der 3rd TMF-Workshop 2016 angekündigt, der bei der BAM in Berlin stattfinden wird.
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.
Der Vortrag gibt einen Überblick über die wichtigsten Aspekte der anstehenden Revision der Norm ISO 12111 aus deutscher Sicht. Ferner wird ein neues Normungsprojekt für eine ISO-Norm für den kraft-geregelten TMF-Versuch unter deutscher Leitung vorgestellt. Es wird ein Ausblick über Rissfortschrittsmessungen bei TMF-Beanspruchung gegeben. Ferner wird über die Problematik der thermisch bedingten Drift von Extensometern gesprochen. Der Vortrag schließt mit Betrachtungen zur Messunsicherheit ab, die in Normen einfließen.
Strategic aspects for the development of measurement uncertainty annexes for ISO testing standards
(2017)
The presentation shows an overview over the current situation of the development of measurement uncertainty annexes for ISO mechanical testing standards. The comparability of measurement uncertainty statements is not ensured. The utilization of ready calculated measurement uncertainty values remains unclear. Partly the measurement uncertainty values clash with existing product standards where minimum values e.g. for the materials strength are determined. A route forward is shown to solve the current problems.