Wärmeprüfung

Strahlungsquelle und Prüfling aufeinander abstimmen

Wie stark sich ein Prüfling unter Bestrahlung erwärmt, hängt davon ab, welchen Anteil der auftreffenden Strahlung er aufnimmt und wie die Wärme weitergeleitet oder abgegeben wird. Unterschiedliche Materialien und Oberflächen können deshalb bei gleicher äußerer Belastung verschiedene Temperaturen erreichen.

Die Auslegung berücksichtigt die spektralen Eigenschaften der Quelle sowie Abstand, Einstrahlrichtung und bestrahlte Fläche. Bei räumlichen Bauteilen werden auch Abschattungen und unterschiedliche Oberflächenorientierungen betrachtet. So wird festgelegt, welche Bereiche gezielt belastet werden sollen.

Wichtige Auslegungsgrößen:

• Spektrale Eigenschaften der Strahlungsquelle
• Bestrahlungsstärke beziehungsweise eingestrahlte Leistungsdichte
• Größe und Lage der zu erwärmenden Flächen
• Abstand, Einstrahlrichtung und Prüflingskontur
• Wärmeaufnahme und Wärmeabfuhr des untersuchten Aufbaus

Zielgrößen und Regelstrategie eindeutig definieren

Für eine temperaturgeführte Prüfung wird festgelegt, welche Messstelle die maßgebliche Regelgröße liefert. Eine einzelne Oberflächentemperatur beschreibt nicht automatisch den Zustand des gesamten Prüflings. Ergänzende Messstellen können deshalb notwendig sein, um räumliche Unterschiede zu erfassen.

Je nach Aufgabe können ein festgelegter Strahlungsverlauf oder eine Regelung auf eine Zieltemperatur vorgesehen werden. Aufheizphasen, Haltezeiten und Abkühlbedingungen werden passend zum Untersuchungsziel definiert. Erreichbare Verläufe hängen auch von Wärmekapazität, Wärmeleitung und der verfügbaren Wärmeabfuhr ab.

Relevante Vorgaben für die Temperaturführung:

• Definierte Mess- und Regelpositionen
• Zieltemperaturen und zulässige Abweichungen
• Gewünschte Aufheizphasen und Haltezeiten
• Festgelegte Abkühlbedingungen zwischen den Belastungen
• Zusätzliche Grenzwerte für empfindliche Bereiche des Prüflings

Temperaturen passend zur Oberfläche und Fragestellung erfassen

Die Auswahl des Messverfahrens richtet sich nach Temperaturbereich, Oberfläche und Zugänglichkeit. Kontaktierende Sensoren benötigen eine geeignete Befestigung und können lokal durch die Bestrahlung beeinflusst werden. Ihre Anordnung wird deshalb gemeinsam mit dem Versuchsaufbau festgelegt.

Bei berührungslosen Verfahren sind unter anderem die Oberflächeneigenschaften und reflektierte Strahlung zu berücksichtigen. Werden verschiedene Messverfahren kombiniert, können lokale Temperaturverläufe und größere Flächen gemeinsam betrachtet werden. Die Messstrategie muss dabei auf den jeweiligen Prüfling abgestimmt sein.

Wichtige Mess- und Dokumentationsgrößen:

• Temperaturverläufe an definierten Messstellen
• Räumliche Temperaturverteilung entsprechend der Messaufgabe
• Befestigung und Position kontaktierender Sensoren
• Oberflächeneinstellungen und Messgeometrie berührungsloser Verfahren
• Zeitliche Zuordnung von Strahlerbetrieb, Temperatur und Funktionsdaten

Wärmestrahlung in den bestehenden Prüfaufbau einbinden

Die Bestrahlungsanlage wird mit Prüflingsaufnahme, Messsystem und gegebenenfalls weiteren Belastungseinrichtungen abgestimmt. Dabei werden die direkte Bestrahlung des Prüflings und die zusätzliche Erwärmung seiner Umgebung gemeinsam betrachtet.

BF Engineering plant die Strahlungsanordnung und die zugehörigen Schnittstellen passend zur Laborumgebung. Benötigte Freiräume für Sensorik und Prüflingswechsel werden ebenso berücksichtigt wie die Wärmeabführung und der Zugang für Wartungsarbeiten.

Für die Integration relevant:

• Mechanische Befestigung und Ausrichtung der Strahlungsquelle
• Prüflingsaufnahme und Zugang zur Messinstrumentierung
• Elektrische Versorgung und Wärmeabführung
• Steuerung, Temperaturüberwachung und abgestimmte Schutzfunktionen
• Zugänglichkeit für Umbauten, Wartung und Kontrollmessungen