CH636961A5 - Verfahren zur ermittlung von anrissen an pruefkoerpern bei der dynamischen werkstoffpruefung. - Google Patents

Description

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein gat- Bei dem in Fig. 2 schematisch dargestellten Hydropulser ist tungsgemässes Verfahren zur Anrissermittlung zu schaffen, das 45 das Gehäuse eines Arbeitszylinders 1 mit 10 bezeichnet, der im mit vergleichsweise geringem messtechnischen Aufwand und Arbeitszylinder 1 angeordnete Arbeitskolben mit 21. Über den grosser Sicherheit auch bei hohen Prüftemperaturen angewen- Arbeitskolben 21 wird auf einen als Feder dargestellten Prüf-

det werden kann. Dabei soll sowohl Stromdurchgang durch den körper 13 die dynamisch wechselnde Prüfkraft aufgebracht. Ein

Prüfkörper als auch optische Abtastung vermieden sein. elektrohydraulisches Servoventil 3 steuert den Ölzufluss zum

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss vorge- 50 Arbeitszylinder 1, der die am Prüfkörper 13 verlangte Prüfkraft schlagen, dass der Prüfkörper während der Prüfung zusätzlich erzeugt. Diese Prüfkraft wird in einer Kraftmessdose 14 gemes-zur Prüffrequenz in seiner Eigenfrequenz angeregt wird und ein sen und in einem Messverstärker 24 in eine der Prüfkraft proauftretender Anriss aus einer Änderung der Eigenfrequenz ge- portionale elektrische Spannung umgeformt. Diese Spannung schlössen wird. wird in einem Regelverstärker 27 mit der von einem Sollwertge-Dieses erfindungsgemässe Verfahren geht von der Erkennt- 55 ber 12 kommenden Führungsgrösse verglichen. Bei einer Diffe-nis aus, dass es sich bei üblichen servohydraulischen Werkstoff- renz zwischen Soll- und Istwert wird im Regelverstärker 27 mit Prüfmaschinen (=Hydropulser), auf denen üblicherweise die Hilfe von Netzwerken und einem Leistungsverstärker der zum Anrissermittlung durchgeführt werden muss, um sogenannte Betätigen des Servoventils erforderliche elektrische Strom er-2-Masseschwinger handelt. Der Prüfkörper ist dabei die Feder zeugt. Die Elemente 3,1,13,14,24 und 27 bilden einen gémit der Federsteif igkeit C und der Arbeitskolben einerseits und 60 schlossenen Regelkreis. Ein Hydraulikaggregat mit den Ele-das Gehäuse bzw. der Rahmen der Prüfmaschine andererseits menten 4 bis 8 dient zur Energieversorgung. Erfindungsgemäss sind die 2 Massen. Dieses 2-Massesystem besitzt verschiedene soll nun entweder über das Servoventil 3 oder über ein zusätzli-Eigenfrequenzen. Dabei ist die Grundeigenfrequenz f0 nur von ches hochfrequentes Servoventil 22 oder über einen elektroma-der Federsteifigkeit des Prüfkörpers abhängig, da die Massen gnetischen Schwinger 31, der am Arbeitskolben 21 angeschlos-der Prüfmaschine (Arbeitskolben und Gehäuse) konstant blei- «5 sen ist, das System zusätzlich in seiner Eigenfrequenz angeregt ben. Tritt nun bei der dynamischen Prüfung eines Prüfkörpers werden.

ein Anriss auf, so ändert sich dadurch die Federsteifigkeit und es Die Einstellung dieser Erregerfrequenz und die Registrie-

stellt sich eine neue Eigenfrequenz Fx ein. Erfindungsgemäss rung einer Änderung in der Eigenfrequenz wird mittels eines

Regelkreises gemäss Fig. 1 bewerkstelligt. Der Prüfkörper ist in diesem Regelkreis wieder mit 13, die Hochfrequenzanregung mit 22 bzw. 31, die Kraftmessdose mit 14 und ein der Kraftmessdose nachgeschalteter Messverstärker mit 24 bezeichnet. Mit Hilfe des Regelverstärkers 27, der ein Resonanzverweilsystem einschliesst, wird die ihm aus dem Verstärker 24 zugeführte tatsächliche Frequenz mit der ihm vom Sollwertgeber zugeführten Sollfrequenz verglichen. Der Soll-Istwert-Vergleich dient also der genauen Einstellung der Eigenfrequenz des Prüfkörpers 13, bzw. des 2-Massesystems. Die aus dem Regelverstärker austretende Steuerspannung wird über einen Amplitu-

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denregler 29 und einen weiteren Verstärker 30 dem Hochfrequenzsteuerelement (entweder das hydraulische Servoventil 22 oder ein elektromagnetischer Schwinger 31) zugeführt.

s Bei Auftreten eines Anrisses am Prüfkörper 13 ändert sich die Eigenfrequenz, was von einem Überwachungsgerät 25 registriert wird. Dieses Überwachungsgerät 25 kann sehr feinfühlig eingestellt werden, so dass bereits bei geringem Abfall der ihm aus dem Verstärker 24 zugeführten Frequenz ein Folgesignal io von ihm abgegeben wird, was z.B. zum Abschalten des Hydro-pulsers verwendet wird oder zu Registrierzwecken.

C

1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

636 961 2 PATENTANSPRÜCHE wird die Eigenfrequenzänderung A f = fo - f ! als Mass für den

1. Verfahren zur Ermittlung von Anrissen an Prüfkörpern Rissbeginn bzw. die Rissgrösse verwendet. Die Eigenfrequenz bei der dynamischen Werkstoffprüfung, dadurch gekennzeich- ist als Resonanzfrequenz aufgrund der grossen Amplitudenver-net, dass der Prüfkörper während der Prüfung zusätzlich zur hältnisse (Anregungsamplitude zur Überhöhungsamplitude) Prüffrequenz in seiner Eigenfrequenz angeregt wird und ein 5 leicht erkennbar.

auftretender Anriss aus einer Änderung der Eigenfrequenz ge- Die Messung der sich einstellenden Eigenfrequenz soll vor-

schlossen wird. zugsweise bei immer gleichen Vorspannverhältnissen des Prüf-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, körpers erfolgeilj so dass Fehler durch unterschiedliche Aus-dass die Messung der Eigenfrequenz bei immer gleichen Vor- gangsverhältnisse mit Sicherheit ausgeschlossen sind, spannverhältnissen des Prüfkörpers erfolgt. io Besonders vorteilhaft ist es, die Messung der sich einstellen-

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, den Eigenfrequenz jeweils beim Null-Durchgang der Prüflast dass die Messung der Eigenfrequenz beim Null-Durchgang der vorzunehmen. Es kann jedoch auch eine Messung beim Null-Prüflast erfolgt. Durchgang der Dehnung des Prüfkörpers erfolgen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn- Eine besonders vorteilhafte Art, den Prüfkörper in der zeichnet, dass die Anregung des Prüfkörpers in seiner Eigenfre- 15 Eigenfrequenz anzuregen, besteht darin, dass die Anregung un-quenz durch Aufgabe dieser Erregerfrequenz über das Servo- mittelbar über das Servoventil der dynamischen Werkstoffprüfventil der dynamischen Werkstoffprüfmaschine erfolgt. maschine erfolgt. Diese Art der Anregung empfiehlt sich vor

5. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekenn- allem dann, wenn es sich um relativ grosse Massen und relativ zeichnet, dass die Anregung des Prüfkörpers in seiner Eigenfre- kleine Federkonstanten beim 2-Massesystem handelt (niedrige quenz mittels eines elektromagnetischen Schwingers erfolgt, der 20 Eigenfrequenz)

auf den Arbeitskolben der dynamischen Werkstoffprüfmaschine Liegen dagegen relativ kleine Massen und relativ grosse Fe-

wir^t- dersteifigkeit vor, so ist es vorteilhaft, neben dem Servoventil,

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn- das dje puisation der dynamischen Werkstoffprüfmaschine steu-zeichnet, dass die Anregung des Prüfkörpers in seiner Eigenfre- ert) zusätzlich ein hochfrequentes Servoventil vorzusehen und quenz mittels eines zusätzlichen hochfrequenten Servoventils 25 über dieses das Schwingungssystem mit der Eigenfrequenz an-erfolgt, welches der Prüffrequenz des Arbeitskolbens die Eigen- ZUregen frequenz überlagert. _ Die Anregung des Prüfkörpers kann jedoch auch in vorteil-Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung hafter Weise mittels eines elektromagnetischen Schwingers er-von Anrissen an Prüfkörpern (Proben oder Bauteile) bei der folgen, der auf den Arbeitskolben der dynamischen Werkstoffdynamischen Werkstoffprüfung. 30 Prüfmaschine wirkt. Diese Art der Anregung ist dann besonders

Bei der dynamischen Festigkeitsprüfung von Materialproben ^nsti wenn mit sehr hohen Frequenzen angeregt werden oder Bauteilen wird bei der Ermittlung der niederfrequenten rnuss

Kurzzeitermüdung (LÇF=Low cycle fatile) ausser der Bruch- Anhand der beigefügten Zeichnungen soll das erfindungsge-

lastwechselzahl auch die Annsslastwechselzah gefordert. Be- mässe Verfahren näher erläutert werden.

sonders die Bestimmung der Annsslastwechselzahl bereitet so- 35 , , Zeichnuneen 7e'pt wohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhter Umgebungs- Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Regelkreises zur Einstellung temperato Schwierigkeiten. Meistens ist der Anriss optisch nur der Erregerfrequenz und Registrierung der Eigenfrequenz bei dann erkennbar, wenn er bereits grossere Abmessungen ange- einem sich ^ ejner dynamischen Werkstoffprüfmaschine befin-

nommen hat. Andere bekannte Methoden zur Rissprufung, wie denden Prüfköroer etwa mittels Ultraschall oder mittels Stromdurchgang durch die 40 2 eine 'nständliche schematische servohydraulische

Probe erfordern beträchtlichen messtechmschen Aufwand und Werkstoffprüfmaschine (Hydropulser), an der das erfindungs-

sind dann nur sehr begrenzt einsetzbar, wenn che Prufung bei gemässe Verfahren durchgeführt werden kann.

erhöhter Temperatur durchgeführt werden soll.