Funktionsweise

Die Ringkernmethode (ring core) ermöglicht eine genaue experimentelle Messung der Spannungen in einer größeren Untersuchungstiefe, als dies mit anderen traditionellen Methoden (Lochbohrung, Röntgen, usw.) möglich ist.

Das Verfahren gilt als zerstörungsfreie mechanische Methode zur Messung von Eigenspannungen mit Hilfe einer DMS-Rosette.

Das Ringnutverfahren basiert analog zu allen mechanischen Verfahren zur Messung von Eigenspannungen darauf, dass Material aus dem Bauteil entfernt wird, um die Spannungen abzubauen und damit den Gleichgewichtszustand der Eigenspannungen zu stören; das verbleibende Material des Bauteils verformt sich entsprechend, um das Gleichgewicht wieder herzustellen. Diese Dehnungen werden mit einer Dehnungsmessstreifen-Rosette erfasst: Durch mathematische Korrelationen werden die Dehnungen zur Neuberechnung der ursprünglich vorhandenen Eigenspannung verwendet.

Bei störungsfreien Techniken wird nur eine kleine Menge des Werkstoffs von einer Komponente entfernt, so dass die strukturelle Gesamtintegrität für weitere Tests, Reparaturen und/oder die Verwendung intakt bleibt.

Genauer gesagt besteht die Ringkernmethode darin, eine Ringnut mit Hilfe eines speziellen Elektromotors durchzuführen, um einen veränderten Spannungszustand zu induzieren, der zu einer Veränderung und Umverteilung der Spannungen innerhalb der Struktur führt. Diese Variation kann durch eine Rosette mit drei Dehnungsmessstreifen-Gittern gemessen werden, wobei die Daten erfasst und verarbeitet werden, um den Wert der Eigenspannungen zu erhalten.

In Anbetracht des Verhältnisses zwischen Kosten und Analysetiefe ist dies eine der effizientesten zerstörungsfreien Methoden zur Messung von Eigenspannungen: Durch die Herstellung eines Schlitzes mit einem Innendurchmesser von 14 mm und einem Außendurchmesser von 18 mm ist es möglich, Eigenspannungen bis zu einer Gesamttiefe von ca. 5 mm zu bewerten.

Ein typischer Komplett-Test mit der Ringkern-Methode wird in folgenden Schritten durchgeführt:

  • Installation einer Dehnungsmessstreifen-Rosette mit drei Gittern und Schutz der empfindlichen Elemente.
  • Positionierung der Bohreinrichtung in der Messzone, anschließende Durchführung der DMS-Rosettenkabel aus der Hohlwelle und Bestimmung der Nullposition durch elektrischen Kontakt.
  • Bohren einer Ringnut um die DMS-Rosette.
  • Messung von Dehnungen, die durch Materialentspannung entstehen.
  • Berechnung von Eigenspannungen aus gemessenen Dehnungen.

Die Ringkern-Dehnungsmessstreifen-Methode ist noch nicht weltweit genormt, aber es gibt mehrere, in zahlreichen industriellen Anwendungen anerkannte Verfahren (z.B. KWU-Methode) zur Bewertung von Eigenspannungen hauptsächlich innerhalb von Schmiedeteilen.

Die wichtigsten Vorteile dieser Methode sind:

  • Größere Untersuchungstiefe
  • Höhere Empfindlichkeit der Rosette
  • Geringerer Einfluss von möglichen Exzentrizitätsfehlern

Dank langjähriger Erfahrung auf dem Gebiet der DMS-Messungen, der mechanischen Planung und der Softwareentwicklung hat SINT Technology ein vollautomatisches System (MTS3000-Ringkern) zur Messung und Berechnung von Eigenspannungen mit dieser Methode entwickelt und patentiert.

Auch zur Bewertung von Eigenspannungen mit der Ringkernmethode gibt es zahlreiche wissenschaftliche Arbeiten und experimentelle Aktivitäten, die auf unterschiedlichen Berechnungsstrategien basieren. Insbesondere ist es möglich, ungleichmäßige Eigenspannungsfelder nach der Integral-Methode auszuwerten: In diesem Fall wurden dank der Zusammenarbeit mit renommierten Universitäten die numerischen Koeffizienten zur Ermittlung des Eigenspannungswertes aus den gemessenen Dehnungen mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) ausgewertet.