Techniklexikon

Spannungsoptik

Verfahren zur Feststellung von Spannungszuständen an Modellen aus Glas oder transparenten Kunststoffen, die auf das sie repräsentierende Originalteil übertragen werden können. Dabei bedient man sich der Effekte polarisierten (Polarisation) Lichtes, das durch die unterschiedlichen Molekülabstände in einem verformten Körper wiederum unterschiedlich polarisiert wird. Beim Durchstrahlen des Körpers mit weißem oder anderem einfarbigem Licht entstehen Interferenzbilder (Interferenz), die die Spannungszustände ebenfalls widerspiegeln. In der Fotografietechnik: Prüf- und Meßverfahren der Material- und Geräteprüfung, mit dem im Bereich der Druck-und Spannungsprüfung von Werkstücken Stellen größter und minimaler Spannung oder Belastung dargestellt, fotografiert und vermessen werden. Das zu untersuchende Teil wird zu diesem Zweck als Modell (meist in verkleinertem Maßstab) aus einem transparenten Kunststoff angefertigt, der doppeltbrechende Kristalle enthält. Bei der Betrachtung des unter Belastung (Zug, Druck, Scherkräfte etc.) stehenden Modells in polarisiertem Licht durch einen Analysator (Polarisationsfilter) hindurch sind spektralfarbene Spannungslinien deutlich erkennbar. Sie werden fotografisch aufgezeichnet und ausgewertet und geben Aufschluß über die im Innern des Prüflings auftretenden Spannungsverhältnisse. Festkörperphysik, Elastooptik, Verfahren zur Darstellung mechanischer Spannungen in mechanischen Modellen aus durchsichtigem, spannungsdoppelbrechendem Material (Photoelastizität). Bei solchen, normalerweise isotropen, Stoffen tritt bei elastischer Verformung eine optische Anisotropie auf (siehe Abb. 1). Wird z.B. ein Glasstab durch Zug gedehnt, so nimmt der Abstand der Moleküle in Richtung der Dehnung zu und entsprchende die Brechzahl ab. In der Richtung senkrecht zur Dehnung wird dagegen der Abstand Moleküle durch Querkontraktion verkleinert, wodurch die Brechzahl in dieser Richtung wächst, was die optische Anisotropie hervorruft.

Zur Beobachtung spannungsoptischer Erscheinungen wird das zu untersuchende Objekt zwischen gekreuzte Polarisatoren gebracht (siehe Abb. 2). Bei Vorhandensein von Spannungen erfolgt infolge der Doppelbrechung im allgemeinen eine Aufhellung des Gesichtsfeldes. Nur in Gebieten, in denen die Hauptspannungsrichtungen (von denen es bei ebenen Problemen zwei gibt) mit den Schwingungsrichtungen von Polarisator und Analysator übereinstimmen, bleibt die Auslöschung erhalten. Die auf diese Weise entstehenden dunklen Linien, die Punkte gleicher Hauptspannungsrichtung kennzeichnen, werden als Isoklinen bezeichnet.

Mittels spannungsoptischer Untersuchungen können an Modellen aus Kunststoff Grösse und Richtung der Spannungen in belasteten Konstruktionsteilen bestimmt werden. Für räumliche Objekte stellt man Modelle her, die im Erweichungsgebiet des Kunststoffs belastet und dann unter Belastung abgekühlt werden. In Scheiben geschnitten können die Modelle auf ihre räumliche Spannungsverteilung hin untersucht werden.

Spannungsoptik 1: Optische Darstellung von Linien gleicher Spannung an einem belasteten Haken.

 

Spannungsoptik 2: a) Aufteilung der linear polarisierten Schwingung im doppelbrechenden Körper; b) spannungsoptische Modellmessung. 1 Lichtquelle, 2 Polarisationsebene (waagerecht), 3 Lichtschwingung (eben polarisiert), 4 Lichtschwingung (elliptische polarisiert), 5 Polarisationsebene (senkrecht), 6 Lichtschwingung, P: Polarisator, A: Analysator, s_1,2: Hauptspannungen.