Dehnung ist die Verformung von Materialien infolge einer aufgebrachten Kraft und wird anhand der Längenänderung gemessen. Es kann sich dabei um Zug- oder Druckdehnung handeln. Ein Dehnungsmessstreifen ist ein Gerät, dessen elektrischer Widerstand sich proportional zur Dehnung ändert. Dehnung kann durch eine Reihe von internen oder externen Einflüssen verursacht werden, darunter Druck, Temperatur oder strukturelle Veränderungen. Die am häufigsten verwendeten Dehnungsmessstreifen sind geklebte metallische Dehnungsmessstreifen, die aus feinem Draht oder Folie bestehen, die in einem Gittermuster angeordnet sind. Das Gitter wird auf die Probe geklebt und erfasst Längenänderungen, die bei Belastung auftreten. Dies führt zu einer Änderung des Widerstands, die durch einen Stromkreis gemessen wird. Inhomogene Materialien können zahlreiche Komplexitäten bei der Ermittlung genauer Dehnungsmessungen mit sich bringen.
Eigenschaften inhomogener Materialien
Bis vor kurzem wurden Dehnungsmessungen überwiegend an Metallen wie Stahl und Aluminiumlegierungen durchgeführt. Der aktuelle Trend, Metalle durch Polymere und Verbundwerkstoffe zu ersetzen, hat zu einer wachsenden Zahl von verstärkten Kunststoffen mit deutlich unterschiedlichen mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften geführt. Ein wesentlicher Unterschied in den physikalischen Eigenschaften von Metallen und Polymeren besteht im Elastizitätsmodul. Ein Verbundwerkstoff mit einer Polymer- oder Kunststoffmatrix kann je nach den verwendeten Materialien und dem Verstärkungsvolumen einen Elastizitätsmodul aufweisen, der mehr als doppelt so hoch ist wie der von Metallen. Infolgedessen sind die Dehnungsmessungen für diese inhomogenen Materialien erheblich größer als für Metalle und erfordern in der Regel spezielle Techniken zum Anbringen und Verdrahten von Dehnungsmessstreifen.
Die Wärmeleitfähigkeit von Verbundwerkstoffen mit Polymermatrix kann um bis zu zwei Größenordnungen geringer sein als die von Metallen. Wenn sich die Probe und der Messstreifen verformen, ändert sich der Widerstand des Messstreifens in Abhängigkeit von der Dehnung und erzeugt einen kalibrierten Spannungsversatz. Dehnungsmessstreifen mit einem höheren Widerstand führen zu einer geringeren Erwärmung für die erzeugte Spannung. Polymermatrix-Verbundwerkstoffe leiten jedoch Wärme nicht gut und können zu einer Wärmeansammlung im Messstreifen führen. Dieser Temperaturanstieg verursacht einen Anstieg des Widerstands und in der Folge einen Fehler bei der Dehnungsmessung. In einigen Fällen kann dies eine Temperaturkompensation erforderlich machen.
Einige inhomogene Materialien sind hygroskopisch und können sich bei Änderungen des Feuchtigkeitsgehalts ausdehnen oder zusammenziehen. Diese Maßschwankungen werden nicht von der Wärmeabgabe unterschieden und führen zu falschen Dehnungsmessungen. Kunststoffverbundmatrizen unterscheiden sich erheblich in ihren hygroskopischen Eigenschaften. Beispielsweise neigt Acrylkunststoff stark dazu, Feuchtigkeit aufzunehmen, während Polyethylen praktisch keine Feuchtigkeit aufnimmt. Holz ist ein weiteres inhomogenes Material, das dazu neigt, Feuchtigkeit aufzunehmen. Holz dehnt sich bei atmosphärischen Veränderungen aus und zieht sich zusammen. Außerdem ist die Schrumpfung, die während des Trocknens auftritt, in Richtung parallel zur Maserung geringer als in Richtung quer zur Maserung. Dies unterstreicht die Notwendigkeit einer geeigneten Probenauswahl für die Kompensation von Dehnungsmessstreifen sowie die Bereitstellung gleichbleibender atmosphärischer Bedingungen für die aktiven und kompensierenden Messstreifen.
Messstreifenlänge für inhomogene Materialien
Die Messstreifenlänge ist definiert als der empfangsbereite Bereich des Gitters. Lötfahnen und Endschlaufen werden aufgrund ihrer vergleichsweise großen Querschnittsfläche und ihres geringen elektrischen Widerstands nicht zum Dehnungsmessbereich des Messstreifens gezählt. Die Länge der Dehnungsmessstreifen wird in der Regel anhand der Größe und Form der Probe sowie der zu erwartenden Dehnungsverteilung ausgewählt. Die Messlänge spielt auch eine wesentliche Rolle für die Genauigkeit der Dehnungsmessungen. Dehnungsmessstreifen von 0,125 Zoll oder mehr bieten in der Regel eine höhere Stabilität und einen größeren Messbereich. Darüber hinaus bieten größere Messstreifen eine bessere Wärmeableitung, da sie eine geringere Wattzahl pro Gitterflächeneinheit aufweisen.
Die Messlänge ist auch ein wichtiger Faktor bei Dehnungsmessungen für inhomogene Materialien wie verstärkte Kunststoffe und Beton. Die Länge sollte im Verhältnis zur Größe der Inhomogenitäten in der Probe groß sein, um Dehnungsmessungen zu ermöglichen, die für die Struktur repräsentativ sind. Bei der Messung inhomogener Materialien wird in der Regel eher eine durchschnittliche Dehnung ermittelt als die Unregelmäßigkeiten, die an den Rändern von Aggregat- und Matrixmaterialien auftreten.
Messmuster
Die Wahl des richtigen Messmusters ist für die Optimierung der Dehnungsmessungen von entscheidender Bedeutung. Das Messmuster bezeichnet die Konfiguration des Gitters und der Lötfahnen. Die Gitterbreite kann je nach Anwendung schmal oder breit sein. Eine schmale Gitterbreite minimiert den Mittelungsfehler für Dehnungsgradienten, die vertikal zum Messgerät ausgerichtet sind, während breitere Gitter die Wärmeableitung bei Proben mit schlechten Wärmeübertragungseigenschaften erleichtern. Die Konfiguration der Lötfahnen sollte mit der Größe und Position der Installation übereinstimmen und den Anschluss von Anschlussdrähten ermöglichen.
Häufig werden identische Messmuster mit unterschiedlichem Widerstand angeboten; am häufigsten sind 120 und 350 Ω. Der Widerstandsmesser mit höherem Widerstand wird meist bevorzugt, da er die erzeugte Wärme verringert und das Signalrauschen von Anschlussdrähten und anderen Quellen für Widerstandsänderungen reduziert.
Klebstoffe
TT300, SG401, SG496 Klebstoffe für Dehnungsmessstreifen Die Wahl des Klebstoffs kann die Leistung des Dehnungsmessstreifens beeinflussen, da er im Wesentlichen Teil des Messsystems wird. Daher ist es ratsam, die vom Hersteller des Messstreifens empfohlenen Klebstoffe zu verwenden. Epoxidklebstoffe, die bei Raumtemperatur aushärten, sind für die meisten inhomogenen Materialien, wie z. B. Verbundwerkstoffe, geeignet. Sie sind in verschiedenen Formulierungen erhältlich, deren Eigenschaften auf Schwankungen in Temperatur, Zeit und Dehnungsfähigkeit abgestimmt sind. Wenn Sie Epoxidharz zum Verkleben von Verbundwerkstoffplatten verwenden, ist das verwendete Epoxidharz auch eine gute Wahl für die Befestigung des Messstreifens. Um Kriechen zu minimieren, werden in der Regel ungefüllte Klebstoffe bevorzugt. Verbundmaterialien mit Materialien, die zu einer unregelmäßigen Oberfläche führen, können jedoch Schwierigkeiten beim Verkleben bereiten. In solchen Fällen kann ein teilweise gefüllter Klebstoff aufgetragen werden, um die Oberfläche zu glätten, bevor die Probe mit einem ungefüllten Klebstoff auf die Messvorrichtung geklebt wird.
Dehnungsmessstreifen für inhomogene Materialien
Der OMEGA® SGD-30/120-LY40 ist ein extra langer Dehnungsmessstreifen, der speziell für inhomogene Materialien entwickelt wurde. Sein Gitter misst 25 x 8 mm und der Träger 40 x 12 mm. Der Nennwiderstand beträgt 120 Ω und er endet mit Lötpads. Zur Bildung des Gitters wird Konstantanfolie verwendet, die in einem Polyimidträger versiegelt ist. Der SGD-30/120-LY40 von OMEGA ist flexibel und robust und ermöglicht hochpräzise statische und dynamische Messungen.
Der Dehnungsmessstreifen SGD-30/350-LY40 wird aus den gleichen hochwertigen Materialien wie der SGD-30/120-LY40 hergestellt. Seine Länge von 50 mm verbessert die Genauigkeit der Dehnungsmessungen bei inhomogenen Materialien. Das Gitter misst 30 x 3 mm und der Träger 36 x 5 mm. Der Nennwiderstand des SGD-30/350-LY40 beträgt 350 Ω. Dieser Dehnungsmessstreifen mit linearem Muster ist für die Messung der Dehnung in einer einzigen Richtung ausgelegt.
Fazit
Extra lange Dehnungsmessstreifen bieten mehrere Vorteile für die Dehnungsmessung in inhomogenen Materialien. Sie unterstützen einen größeren Messbereich, wodurch die Struktur des Materials besser dargestellt werden kann. Darüber hinaus erleichtert die größere Oberfläche die Wärmeableitung und sorgt so für stabilere Messungen.
DwyerOmega | Blog | Was ist ein Manometer?
Verfasst von: Dan Schultz
Aktualisiert am: 30. Oktober 2025
Was bedeutet „eigensicher“?
Written by: Dan Schultz
Updated on: March 30, 2026