Stauchversuche Die farblich Kennzeichnung der lokalen Faserausrichtung erfolgte durch Einteilung in Quantile. Pfeile wurden grün eingefärbt, wenn die Länge eines Pfeils zu den kürzesten 30% gehörten, wenn also die lokale Ausrichtung deutlich unterdurchschnitlich war. Pfeile wurden rot eingefärbt, wenn sowohl die lokale Ausrichtung schwach war und zudem die Abweichung von der durchschnittlichen Ausrichtung groß war. Es ist zu erkennen, dass sich im Bereich der Faltenbildung eine starke Faserorietierung in der Terahertz-Messung ergibt. In Bereichen, in denen sich keine Falten gebildet haben, weicht die gemessene Orietierung stärker ab und zudem wird eine weniger ausgeprägte Orientierung
Abb.: Probe aus Stauchversuch in CD mit lokaler Faserorientierung
D
ehnungsversu-che (plastisch) In der folgenden Abbildung ist Ausbildung der Orientierung durch Faltenbildung noch stärker zu erkennen. Die ursprüngliche vorangige Faserausrichtung liegt in MD, also parallel zur Ausrichtung des Pfeils. In Bereichen ohne Falten ist die ursprüngliche vorrangige Ausrichtung und die geringe Stärker der Ausrichtung klar erkennbar. In den Bereichen mit Falten dagegen zeigt sich eine deutlich Abweichung.
Abb.: Probe aus Stauchversuch in MD mit lokaler Faserorientierung
Neben den Stauchversuchen wurde auch Proben mit einer Zwick-Zugprüfanlage definiert gedehnt. Es wurden in CD Dehnungen von 2% und 5% eingestellt, für MD wurden ungedehnte Referenzproben und Proben mit 2% Dehnung untersucht. In der folgenden Abbildung zeigt sich, dass eine zunehmende Dehnung vor allem zur Spreizung der durchschnittlichen Winkel führt, allerdings lässt sich eine Änderung der durchschnittlichen Faserausrichtung aus den Messdaten nicht ablesen.
Abb.: Durchschnittliche Faserrichtung in Abhängigkeit der plastischen Dehnung
Dehnungsversuc he (plastisch + elastisch)
Unter Verwendung des THz-Versuchstandes mit integriertem Dehnungsversuch wurden Messungen entlang einer eintelnen Linie von 20 mm unternommen.
Dabei wurden die Proben in CD und MD schrittweise gedehnt. Die Ergebisse wurden wie bekannt aufbereitet.
Die 5 Linienmessungen in CD sind im Folgenden aufgezeigt. Darunter findet sich eine Einzelanalyse des Entwicklung von Beträgen, Winkeln und der Winkel-Varianz.
Abb.: Orientierung, Faserausrichtung und Varianz der Faserausrichtung über der Zugkraft in CD
Trotz des zusätzlichen elastischen Anteils der Verformung, der eine größere Änderung von Orientierung und Faserausrichtung erwarten ließ, konnten keine klaren Trends oder statistisch signifikante Ergebnisse gemessen werden.
3D-Formteile In der folgenden Abbildung ist das Ergebnis der Terahertz-Messung über der Zargen eines Ziehteils dargestellt. Bei deutlicher Vergrößerung zeigte sich, dass sich Bereiche mit Falten deutlich durch eine Verstärkung der Orientierung und einer Ausrichtung der gemessenen Oriertierung in Richtung der Falten auszeichneten.
Abb.: Ziehteil mit Messung der lokalen Faserausrichtung
Wie schon bei der Messung von Proben aus dem Stauchversuch festgestellt, konnten makroskopische Strukturveränderungen mit der Terahertz-Messung sucher erkannt werden. In der folgenden Abbildung wurden vom Druchschnitt deutlich abweichende Messwerte für Orientierung und Faserausrichtung markiert. Die Lage und Ausrichtung von Falten im Ziehteil konnte so detektiert werden. Die Falten sind in der Abbildung vornehmlich senkrecht ausgerichtet.
Der obere Rand des Messbereichs zeigt den oberen Zargenrand, wo mehr Material in Falten gelegt worden ist. Folglich ist die Dichte und Anzahl an Falten im oberen Bereich des Messfelds größer.
Abb.: Kennzeichnung der Brereiche mit abweichenden Faserabweichungen und Orientierungen
Es wurden Analysen der Terahertz-Messungen an Ziehteilen und Ersatzversu-chen durchgeführt. Es konnte die Vermutung der Erkennbarkeit der Falten in den Zargen von Ziehteilen bestätigt werden. Somit konnte ermittelt werden, dass die Erkenntnisse aus den Ersatzversuchen auf die Messungen an Ziehtei-len übertragbar sind. Die Erkennbarkeit von Falten in ZiehteiZiehtei-len lässt darauf schließen, dass auch andere makroskopische Veränderungen im Material durch die Messmethode detektierbar sein könnten. Daraus ergeben sich verschiedene Ansätze zur Erweiterung des Einsatzspektrums der Messmethode für Qualitäts-kontrollen
Literatur
[1] Scherger B. et al.: Paper terahertz wave plates, Optics Express 19, 24884–24889 (2011), DOI: 10.1364/OE.19.024884
[2] Reid M. und R. Fedosejevs: Terahertz birefringence and attenuation properties of wood and paper, APPLIED OPTICS, Vol. 45, No. 12, (2006)
[3] POLKA – Polarisations-Kamera, Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS, http://www.iis.fraunhofer.de/de/bf/bsy/produkte/polka.html
[4] Wilken, R.: Grundzüge der Papier- und Pappenherstellung, Sortenübersicht. In: Verfah-renstechnische Grundlagen der Papier-, Karton- und Pappenverarbeitung, PTS-PTI Semi-nar Unterlagen PV-SE 371 (1993)
[5] Doege, E., Meyer-Nolkemper, H. & Saeed, I.: Fließkurvenatlas metallischer Werkstoffe.
München: 1.Auflage Carl Hanser Verlag (1986)
[6] Doege, E., Walter, G., Kurz, G. & Meyer, T.: Umformen von Magnesiumfeinblechen mit temperierten Werkzeugen (2002)
[7] Possehn, T.: Segmentierte Niederhalter verhindern Risse - Werkzeugtechnische Maßnah-men beim Ziehen von Tailored Blanks. Industrieanzeiger, 120 (Heft 10), S. 32-33, (1998) [8] Rittmeier, S.: Systemunterstützte Umformung. Dissertation, Technische Universität
Dres-den (2007)
[9] Siegert, K. & Ziegler, M.: Pulsating blankholder force. Production Engineering, 5 (Heft 1) S. 27-30 (1998)
[10] Siegert, K., Knabe, E., Possehn, T. & Glassbrenner, B.: Optimierung des Ziehvorgangs beim Umformen gschweißter Bleche (Tailored Blanks). Werkstatttechnik, Band 87: S. 304-309 (1997)
[11] Sommer, N.: Niederhalterdruck und Gestaltung des Niederhalters beim Tiefziehen von Feinblechen. Dissertation, Universität Hannover (1986)
[12] Scherer, K.: Untersuchungen über Ziehfähigkeit und den Ziehvorgang von Pappe, Dres-den: Dissertation, Technische Hochschule Dresden (1932)
[13] Heinz, O.: Ungenügende Ziehqualität und ihre Ursachen. Papier und Druck, Issue Fachteil Buchbinderei und Papierverarbeitung 6, S.89-95 (1966)
[14] Heinz, O.: Ziehkraftdiagramme beim Ziehen von Karton und Pappe. Papier und Druck, Issue Fachteil Buchbinderei und Papierverarbeitung 9, S.136-139 (1967)
[15] Hesse, F. & Tenzer, H.-J.: Arbeitsverfahren der Papierverarbeitung, Grundlagen der Papierverarbeitung. Leipzig: Verlag für Fach- und Bibliothekswesen (1963)
[16] Tenzer, H.-J.: Leitfaden der Papierverarbeitungstechnik. Leipzig: VEB Verlag (1989) [17] Hauptmann, M., Lohse, H. & Enz, B.: Entwicklung und technische Umsetzung eines
Versuchsmoduls zum mehrdimensionalen Umformen von Papier und Karton, Dresden: Ab-schlussbericht zum AIF Vorhaben KF0013906PK7, Technische Universität Dresden (2009)