Design and development of a testing machine for compressive creep tests on polymers at elevated temperatures

Titel in Übersetzung: Design und Entwicklung eines Prüfstandes für Druckkriechversuche bei erhöhten Temperaturen an Polymeren

Silvia Brunbauer

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

Aufgrund ihrer vielseitigen und maßgeschneiderten Eigenschaften haben sich Kunststoffe in den vergangenen Jahren immer mehr als Konstruktionsmaterialien wie beispielsweise Dichtkomponenten im Kompressor Bereich, etabliert. Abhängig vom mechanischen Lastfall und eventuellen thermischen Beanspruchungen kann im Bauteil verschieden starkes Kriechen auftreten. Um für Materialien mit erhöhter Kriechneigung dennoch Aussagen über das Langzeitverhalten und die Einsatzfähigkeit der Komponente treffen zu können, muss das zeitabhängige Verhalten des verwendeten Materials untersucht werden. Im Zuge dieser Arbeit wurde daher ein Kriechprüfstand entwickelt, um das Langzeitverhalten von Polymeren unter Druckbeanspruchung und bei erhöhten Temperaturen untersuchen zu können. Es wird eine schrittweise Erarbeitung des Designs, eine umfassende Kalibration der verwendeten Sensoren sowie eine Messsicherheitsanalyse präsentiert. Um die vorhandene Infrastruktur bestmöglich nutzen zu können wird ein modulares, kompaktes Testsystem entwickelt, mit dem zur Zeitersparnis mehrere parallele Messungen in einem bereits vorhandenen Ofen durchgeführt werden können. Es können Lasten im Bereich von 0 bis 2000 N bei einer Temperatur von bis zu 200°C aufgebracht werden. Die Lastaufbringung erfolgt, aufgrund der limitierten Platzsituation im Ofen, mit einem Pneumatiksystem, das, mit einem Proportionalventil gesteuert, Druckluft auf einen in einem Zylinder geführten Kolben aufbringt. Die vom Kolben komprimierte Probe wird mit einem Probenhalter auf einer Kraftmessdose positioniert, um den aufgebrachten Druck überprüfen zu können. Die Wegmessung erfolgt durch ein Messsystem, das an dem Kolben fixiert ist. Mit der derzeit implementieren Sensorkalibrierung kann ein maximaler Messweg von 1 mm erreicht werden. Es kann gezeigt werden, dass durch die Lastaufbringung mit Druckluft mehrere simultane Messungen realisiert werden können, und eine konstante Last im System über die Zeit, sowie ein kontrolliertes Be- und Entlasten auch bei erhöhten Temperaturen möglich ist. Weiteres konnte mit einer umfassenden Kalibrierung der verwendeten Wegsensoren die Genauigkeit der Wegmessung signifikant verbessert werden. Durch eine Kalibrierung der Wegsensoren bei erhöhter Temperatur mit einem eigens entwickelten Kalibrierungswerkzeug kann die Zuverlässigkeit der Sensoren auch bei hohen Temperaturen untersucht werden. Mit den kalibrierten Wegsensoren kann die Nachgiebigkeit des Messsystems unter Druck bei Raumtemperatur und bei erhöhter Temperatur bestimmt werden. Im Anschluss an die Kalibrierung aller Sensoren wird eine Messsicherheitsanalyse für das gesamte Messsystem vorgestellt. Die Zeit, Last und Temperaturabhängigkeit des Systems wird schrittweise untersucht. Unter Berücksichtigung der Hauptfehlerquellen aufgrund der Datenerfassung, der Kalibrierung und der Eigendynamik des Messsystems kann eine Genauigkeit der Wegmessung von 1% des maximalen Messweges und eine Genauigkeit der Kraftmessung von 0.2% realisiert werden.
Titel in ÜbersetzungDesign und Entwicklung eines Prüfstandes für Druckkriechversuche bei erhöhten Temperaturen an Polymeren
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Kaufmann, Andreas, Mitbetreuer (extern)
  • Pinter, Gerald, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung21 Okt. 2016
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2016

Bibliographische Notiz

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Schlagwörter

  • kriechen
  • Druck
  • Polymer
  • Prüfstand

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