Entwicklung eines automatisierten Systems zur Messung temperaturabhängiger Elastizitätsmodule

Bachelorarbeit

BACHELORARBEIT
für die Prüfung zum
Bachelor of Engineering
des Studienganges Maschinenbau
an der DHBW Lörrach
von Heiko Heckendorn
 

Kurzfassung
Das Produktspektrum des Automobilzulieferers Mahle  umfasst insbesondere im Bereich Ventiltrieb eine Vielzahl an Komponenten die im Betrieb hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Um deren Betriebsverhalten voraussagen und bewerten zu können, arbeitet Mahle eng mit seinen Kunden zusammen und führt eine Vielzahl an Festigkeitsberechnungen durch. Neben der Kenntnis der Festigkeitskennwerte auf der einen Seite müssen dabei auch die elastischen Konstanten eines Werkstoffes bekannt sein. Andererseits entwickelt Mahle eigens für seine Kunden neue Werkstoffe, für die die erwähnten Kennwerte bestimmt werden müssen.

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wird  ein System zur Messung temperaturabhängiger Elastizitätsmodule entwickelt. Mittels diesem wird Mahle zukünftig in der Lage sein seine Werkstoffentwicklung zu optimieren und auf schnelle und wirtschaftliche Weise diesen wichtigen Werkstoffkennwert zu bestimmen. Neben einer ausführlichen Einarbeitung in den theoretischen Hintergrund und der Darstellung verschiedener Verfahren zur Bestimmung des E-Moduls liefert diese Bachelorarbeit eine ausführliche Beschreibung zur Konzeption und Umsetzung eines vollständigen Messsystems. Die Basis zur Leistungserstellung legt dabei die ASTM E 1876 99. Das Messprinzip beruht auf der Anregung, Aufnahme und Auswertung des akustischen Signals einer Probenschwingung, d.h. auf der sog. Resonanzanalyse. Zusammengefasst lässt sich das Gesamtsystem in eine Vielzahl an Einzelkomponenten zerlegen, die es  zu konzipieren und aufeinander abzustimmen gilt. So werden neben der Signalanregung, -aufnahme und -auswertung die Probengeometrie und -lagerung, sowie ein System zur Herstellung verschiedener Temperaturzustände ausgelegt und umgesetzt. Anschließend wird das aufgebaute System durch Versuchsreihen, eine Fehlerrechnung und den Nachweis der Messmittelfähigkeit validiert. Ergänzend wird das Messverfahren außerdem auf die Messung temperaturabhängiger Schubmodule erweitert und verifiziert. Somit ist die Firma Mahle Zell i.W. in Zukunft in der Lage die zwei bzw. drei elastischen Konstanten E-Modul, Schubmodul (G-Modul) und Querkontraktionszahl isotroper, homogener Werkstoffe zu bestimmen. 

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