Jetzt wird’s heiß: Dehnungsmessstreifen für den Hochtemperaturbereich

Anforderungen an die Hochtemperatur-Dehnungsmesstechnik

In der Dehnungsmesstechnik spricht man ab einem Temperaturbereich von zirka 200 °C vom Hochtemperaturbereich. Hierzu zählen beispielsweise Anwendungen in der Nähe von Wärmequellen wie Motoren, Auspuffe oder Heizkreisläufe, Rohrleitungen in Kraftwerken oder Messungen an Dampfturbinen und Triebwerken, aber auch Brandversuche oder Schraubenprüfungen.

Spezielle Dehnmessstreifen notwendig

Bei Hochtemperaturanwendungen bei denen die DMS verklebt werden sollen, sind spezielle Dehnmessstreifen notwendig, um den hohen Anforderungen gerecht zu werden. Für die Auswahl des richtigen DMS sind zusätzlich das Material des Systems beziehungsweise Bauteils, die Einsatzdauer sowie die zyklische Beanspruchung entscheidend. Dehnungsmessstreifen des Herstellers TML, zum Beispiel QF-Serie (bis 200 °C) und ZF-Serie (bis 300 °C) eignen sich ideal für diese Anwendungen. Die gleichen Anforderungen gelten natürlich auch für den passenden Klebstoff. Ab einer Temperatur von mehr als 300 °C ist das Kleben von DMS nicht mehr sinnvoll. Hier besteht das Risiko, dass der Kleber nicht mehr zuverlässig hält oder Lötverbindungen sich lösen. Passende Klebstoffe für Temperaturen zwischen 200-300 °C sind beispielsweise NP-50B (bis 300 °C), EB-2 (bis 200 °C) oder C-1 (bis 200 °C). Doch Vorsicht: Klebstoffe für Hochtemperatur-Anwendungen sind in der Regel gemäß Verordnung (EG) Nr. 1907/2006 als Gefahrstoff eingeordnet. Somit sind Kauf und Versand oft nicht ohne größeren Aufwand möglich. Planen Sie gegebenenfalls rechtzeitig eine längere Lieferzeit in Ihr Messprojekt ein.

Vorversuche zur Klebung und Aushärtung

Um die richtige Kombination von Dehnungsmessstreifen und Klebstoff zu ermitteln, sind in einigen Fällen vor dem tatsächlichen Einsatz Vorversuche zur Klebung und Aushärtung oder der Bau einer Applikationshilfe sinnvoll. DMS sind empfindlich und werden bei falscher Anwendung schnell unbrauchbar. Daher empfiehlt es sich, solche Projekte von speziell geschulten Mitarbeitern im Bereich Messtechnik planen und durchführen zu lassen – dies spart in der Regel Zeit und Kosten.
Anbieter entsprechender Dienstleistungen sind Althen oder TÜV Rheinland.

Anschweißbare Dehnungsmesstreifen

Ab einer Temperatur von mehr als 300 °C sollte nach Möglichkeit auf anschweißbare Dehnungsmessstreifen, sogenannte Hochtemperatur- beziehungsweise HT-DMS, zurückgegriffen werden. Der große Vorteil dieser HT-DMS ist der erweiterte Temperaturbereich bis kurzfristig 800 °C. Damit sind auch Anwendungen im Bereich der Energietechnik (z. B. Kesseltechnik) und Luft- und Raumfahrt (z. B. Turbinen) möglich. Dehnungsmesstreifen aus der Serie AWH-16 von TML lassen sich gut an konkave/konvexe Bauteilgeometrien anpassen und durch ein Punktschweißgerät befestigen. So können auch Installationen unter widrigen Bedingungen fachgerecht und zügig durchgeführt werden. Einige dieser Hochtemperatur-Dehnungsmesstreifen (wie AWMD-5, AWMD-8, AWH-4, AWH-8, AWU-5 und AWHU-8) lassen sich direkt in Vollbrückenschaltung an gängige DMS-Messverstärker anschließen. Althen bietet hier eine große Auswahl an DMS-Messverstärkern für verschiedenste Anwendungsbereiche.

Messung von zyklisch betriebenen Komponenten

Bei der Messung von zyklisch betriebenen Komponenten im Hochtemperaturbereich kommt es meist zu großen Temperaturschwankungen. Hier ist, im Gegensatz zu typischen Folien-DMS-Anwendungen, viel mehr Sorgfalt auf die Messgröße „Scheindehnung“ (auch als Temperaturgang bezeichnet) zu legen. Dies ist beispielsweise bei verfahrenstechnischen Apparaten, Rückschlagklappen an Dampfleitungen oder Komponenten von Kraftwerksanlagen der Fall. Auch bei Monitoring-Anwendungen, bei denen aufgrund des Platzmangels oder anderer Einschränkungen keine Druck- oder Kraftaufnehmer in Frage kommen, können Dehnungsmessstreifen zum Einsatz kommen, beispielsweise zur indirekten Messung des Innendrucks oder zur Bestimmung von Zusatzkräften.

Da neben dem recht großen Temperaturgang auch der K-Faktor (Empfindlichkeit) temperaturabhängig ist, muss also zum Zwecke der Kompensation bei den Bauteilmessungen auch die Metalltemperatur im Bereich des Sensors miterfasst werden.
Werden HT-DMS bei sehr hohen Temperaturen (> 450 °C, dem sogenannten Zeitstandbereich metallischer Bauteile) und sehr langen Zeiten (wie mehrere Monate oder Jahre) eingesetzt, dann wird die „Drift“ des Sensors eine weitere bestimmende Größe, beispielsweise bei der Messung des Zeitstandverhaltens von Kraftwerksrohrleitungen mit Drücken von mehr als 200 bar und Temperaturen über 500 °C. Der Anwender muss entscheiden, wie er experimentell oder analytisch den Einfluss dieser Größe minimiert.

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Autoren: Dr. Ansgar Kranz, Business Development Manager, TÜV Rheinland Werkstoffprüfung GmbH und Christine Halfen, Marketing Managerin, Althen GmbH, Mess- & Sensortechnik