DE102011055947A1

DE102011055947A1 - Test machine for testing creep and/or relaxation burden at specimen for service life assessment of materials of e.g. components, has actuator controlling rigidity of machine, and control and regulation unit providing actuating variable

Info

Publication number: DE102011055947A1
Application number: DE201110055947
Authority: DE
Inventors: Christian Klinger; Ralf Häcker; Dietmar Klingbeil
Original assignee: Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM
Current assignee: Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2013-06-06

Abstract

The machine (6) has an actuator e.g. mechanical actuator, for controlling rigidity of the machine. A clamping apparatus supports a specimen (5) at its two sides that lie against each other on an axle of the specimen. A force measuring device (82) measures force (F) applied on the specimen along the axle of the specimen. A length measuring device (83) measures length variation of the specimen along the axle. A control and regulation unit (8) provides an actuating variable (81) for controlling the actuator. An independent claim is also included for a method for testing materials under creep/relaxation burden.

Description

Technisches Gebiet Technical area

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Werkstoffprüfung und der Untersuchung der Zuverlässigkeit von Bauteilen und Konstruktionen, insbesondere auf dem Gebiet der Lebensdauerabschätzung unter Langzeitbelastung. The invention is in the field of materials testing and reliability testing of components and constructions, particularly in the field of longevity life-time estimation.

Vorbekannter Stand der Technik Prior art

Üblicherweise erfolgt die Abschätzung der Lebensdauer langzeitbelasteter Bauteile für den Versagensmechanismus des Kriechens/Relaxierens bisher auf der Basis von Laborversuchsergebnissen aus Zeitstand- und/oder Relaxationsversuchen. Diese Versuche werden im vorliegenden Zusammenhang als Zeitstandbelastung bzw. Relaxationsbelastung bezeichnet. The estimation of the lifetime of long-term loaded components for the failure mechanism of creep / relaxation is usually carried out on the basis of laboratory test results from creep and / or relaxation tests. These tests are referred to in the present context as camber stress or relaxation stress.

In realen Bauteilen treten unter Betriebsbelastungen im kritischen Querschnitt jedoch derartige Beanspruchungsänderungen auf, die weder mit einem Zeitstand- noch mit einem Relaxationsversuch an Proben im Labor realistisch nachgebildet werden können. However, in real components under operating loads in the critical cross section such stress changes occur which can not be simulated realistically neither with a creep test nor with a relaxation test on samples in the laboratory.

Dieser Situation versucht man üblicherweise mittels Übertragungsfaktoren zu begegnen, die nach entsprechenden Normen für den Zeitstandversuch und den Relaxationsversuch aus den Ergebnissen zahlreicher Laborversuche an Werkstoffproben und jeweiligen Bauteilen ermittelt werden. This situation is usually attempted by means of transfer factors, which are determined according to appropriate standards for the creep test and the relaxation test from the results of numerous laboratory tests on material samples and respective components.

Nachteile des Standes der Technik Disadvantages of the prior art

Einerseits führen auf die beschriebene Art ermittelte Übertragungsfaktoren zu unsicheren oder sehr konservativen Abschätzungen der Lebensdauer, wobei die Größe der Konservativität unbekannt ist. Andererseits sind die jeweils mittels Zeitstandversuch und mittels Relaxationsversuch abgeleitete Lebensdauer und Versagensverhalten von Werkstoffproben aufgrund der unterschiedlichen Versuchsführungen sehr unterschiedlich und geben damit Anlaß zu noch konservativeren Abschätzungen. On the one hand, transfer factors determined in the manner described lead to uncertain or very conservative lifetime estimates, with the magnitude of conservatism unknown. On the other hand, the lifetime and the failure behavior of material samples derived by means of the creep rupture test and the relaxation test are very different due to the different experimental procedures, giving rise to even more conservative estimates.

Problemstellung problem

Daraus ergibt sich das Erfordernis, die Übertragbarkeit der Aussagen von Zeitstandversuchen an Werkstoffproben auf die reale Belastungssituation betreffender Bauteile, die – ggf. bei erhöhten Temperaturen – unter einer Langzeitbelastung stehen, zu verbessern. This results in the need to improve the transferability of the statements of creep tests on material samples on the real load situation of relevant components that are - if necessary at elevated temperatures - under a long-term load.

Erfindungsgemäße Lösung Inventive solution

Die vorstehend benannte Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1. Weiterhin wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 8 gelöst. Weitere Ausführungsformen, Modifikationen und Verbesserungen ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche. The above-mentioned object is achieved by a device according to claim 1. Furthermore, this object is achieved by a method according to claim 8. Other embodiments, modifications and improvements will become apparent from the following description and the appended claims.

Figuren characters

Die beiliegenden Figuren veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. The accompanying figures illustrate various embodiments and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.

1 zeigt schematisch die Einbau- und Belastungssituation (links) eines Bauteils und ein entsprechendes Ersatzmodell dieser Situation (rechts). 1 schematically shows the installation and load situation (left) of a component and a corresponding replacement model of this situation (right).

2 zeigt schematisch die Belastungssituation einer in einer Prüfmaschine angeordneten Werkstoffprobe (links) und ein entsprechendes Ersatzmodell dieser Situation (rechts). 2 schematically shows the loading situation of a material sample arranged in a testing machine (left) and a corresponding substitute model of this situation (right).

3 zeigt schematisch die vorgeschlagene Prüfmaschine mit Stellglied (links) und ein entsprechendes Ersatzmodell (rechts). 3 schematically shows the proposed testing machine with actuator (left) and a corresponding replacement model (right).

4 zeigt schematisch die vorgeschlagene Prüfmaschine mit Änderung der Regelstrategie. 4 shows schematically the proposed testing machine with change of the control strategy.

5 zeigt schematisch eine in einem Lastrahmen gehaltene Probe. 5 schematically shows a sample held in a load frame.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen wird eine neue Versuchsmethodik, bzw. ein Verfahren zur Bauteilbewertung und eine entsprechend angepasste Prüftechnik, bzw. eine Vorrichtung und/oder Prüfmaschine vorgeschlagen. Deren Verwendung gestattet es, die Bauteilbedingungen hinsichtlich der Belastung und Umgebungsreaktion im Laborversuch realitätsnäher abbilden und umsetzen zu können, als das bisher mit konventionellen Prüfmaschinen und genormten Prüfverfahren möglich ist. Als Maßstab für die Anpassung der Versuchsbedingungen im Labor an die Beanspruchungsbedingungen in Bauteilbetrieb wird das sogenannte Steifigkeitsverhältnis Z gewählt, das die Steifigkeiten (oder auch Federkonstanten) von Probe und Prüfumgebung einerseits bzw. von kritischem gekerbtem Bauteilbereich und Bauteilumgebung andererseits ins Verhältnis zueinander setzt. According to various embodiments, a new experimental methodology, or a method for component evaluation and a correspondingly adapted testing technique, or a device and / or testing machine are proposed. Their use makes it possible to more closely map and implement the component conditions with regard to the load and ambient reaction in the laboratory test than was previously possible with conventional testing machines and standardized test methods. As a yardstick for the adaptation of the experimental conditions in the laboratory to the stress conditions in component operation, the so-called stiffness ratio Z is chosen, which sets the stiffnesses (or spring constants) of the sample and test environment on the one hand and of critical notched component area and component environment on the other hand in relation to each other.

Gelingt es bei der Langzeitprüfung von Werkstoffproben ein bauteilähnliches Steifigkeitsverhältnis herzustellen, dann können die im Laborversuch ermittelten Ergebnisse zutreffender auf das reale Bauteil übertragen werden. Daraus ergibt sich, dass die Sicherheit abgeleiteter Aussagen steigt. Eine weitere Präzisierung des Abbildens realer Belastungsbedingungen reduziert sich somit auf die realitätsnahe Gestaltung der äußeren klimatischen Faktoren, beispielsweise korrosive Medien, Temperatur, Feuchte bzw. deren Profile und/oder Zyklen. Diese äußeren klimatischen Faktoren sind mit Hilfe geeigneter Klimakammern bei der Laborversuchen einstellbar. If it is possible to produce a component-like stiffness ratio in the long-term testing of material samples, then the results determined in the laboratory test can be transferred more accurately to the real component. It follows that the Safety of derived statements increases. Further clarification of the mapping of real load conditions is thus reduced to the realistic design of the external climatic factors, such as corrosive media, temperature, humidity or their profiles and / or cycles. These external climatic factors are adjustable with the help of suitable climatic chambers in laboratory experiments.

Dem Fachmann sind verschiedene Verfahren zur Regulierung des Klimas und/oder zur Realisierung von Klimaprofilen (zeitabhängigen Klimaverläufen) in Prüfkammern und Schränken sowie Klimakammern und -Schränke mit einem einstellbar veränderlichen Klima bekannt. Nachfolgend sollen deshalb die Grundlagen des vorgeschlagenen Verfahrens und der zur Durchführung des Verfahrens angepassten Vorrichtung, bzw. einer Prüfmaschine mit angepasster oder geregelter Steifigkeit für die Zeitstand- und/oder für die Relaxationsbelastung von Proben erläutert werden. The person skilled in various methods for regulating the climate and / or for the realization of climate profiles (time-dependent climatic gradients) in test chambers and cabinets and climatic chambers and cabinets with an adjustable variable climate are known. Below, therefore, the principles of the proposed method and adapted for performing the method device, or a testing machine with adapted or controlled stiffness for the creep and / or relaxation stress of samples will be explained.

Im Rahmen des vorgeschlagenen Prüfverfahrens wird zunächst der kritische Bereich 1 im zu prüfenden Bauteil 2 identifiziert. Der kritische Bereich 1 im Bauteil 2 ist der Bereich, in dem Kriechen bzw. plastische Verformungen auftreten, z. B. um eine Bohrung 3 bzw. um eine Kerbe 3. Der Rest des Bauteils 2 stellt die Bauteilumgebung sowie dessen Einspannung z.B. in einem Rahmen 4 dar. As part of the proposed test procedure, the critical area will initially be 1 in the component to be tested 2 identified. The critical area 1 in the component 2 is the area where creep or plastic deformation occur, for. B. a hole 3 or a notch 3 , The rest of the component 2 provides the component environment as well as its clamping eg in a frame 4 represents.

Dabei wird die reale Formzahl des Bauteils an der Kerbe 3 (wie z. B. in FKM-Richtlinie „Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile“ 1998 definiert) zu Grunde gelegt. Der Bereich um eine Bohrung oder eine Kerbe wird zur Bestimmung des Formfaktors verwendet. Für die Laborversuche werden Proben 5 aus dem jeweiligen Bauteilwerkstoff gefertigt, die möglichst die gleiche Formzahl wie die des kritischen Bereichs 1 im Bauteil 2 aufweisen. Unter Praxisbedingungen kann als kritischer Bereich des Bauteils auch jener Bereich im Bauteil 2 um eine Kerbe herum betrachtet werden, auf den die plastische Verformung sowie Kriech- und Relaxationsvorgänge begrenzt sind. Here, the real shape number of the component at the notch 3 (as defined, for example, in FKM Guideline "Calculated Strength Verification for Machine Components" 1998). The area around a hole or notch is used to determine the shape factor. For the laboratory experiments are samples 5 made of the respective component material, the same shape as possible as the critical area 1 in the component 2 exhibit. Under practical conditions, the critical area of the component can also be the area in the component 2 around a notch, to which the plastic deformation and creep and relaxation processes are limited.

In 1 ist ein Bauteils Prüfkörpers mit dem kritischen Bereich 1 und ein schematisches physikalisches Modell gezeigt. Dabei wird die Umgebung durch verschiedene Bauteilbereiche 2, angrenzende Bauteile z. B. den Rahmen 4 sowie Verbindungen usw. bestimmt. Die Federkonstante der Umgebung c_Umgebung kann daraus ermittelt werden. Der kritische Bereich 1 des Bauteils 2 besitzt eine charakteristische Steifigkeit c_kB bzw. die Federkonstante c_kB. In 1 is a component specimen with the critical area 1 and a schematic physical model is shown. In doing so, the environment becomes through different component areas 2 , adjacent components z. B. the frame 4 as well as connections and so on. The spring constant of the environment c _environment can be determined from this. The critical area 1 of the component 2 has a characteristic stiffness c _kB or the spring constant c _kB .

Dementsprechend wird in einem ersten Verfahrensschritt zur Bestimmung der Steifigkeit des kritischen Bereichs 1 des Bauteils 2 eine charakteristische Steifigkeit c_kB bzw. Federkonstante c_kB abgeschätzt. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt des vorgeschlagenen Prüfverfahrens wird das Steifigkeitsverhältnis Z_B des kritischen Bereichs 1 im Bauteil 2 zu dessen Umgebung aus den jeweiligen Federkonstanten c abgeschätzt, wobei die Federkonstante c den Quotienten aus Kraftänderung und Längenänderung darstellt: c = Kraftänderung/Längenänderung (1) Accordingly, in a first method step, the stiffness of the critical area is determined 1 of the component 2 a characteristic stiffness c _kB or spring constant c _kB estimated. In a subsequent method step of the proposed test method, the stiffness ratio Z _B becomes the critical range 1 in the component 2 estimated to the environment from the respective spring constant c, wherein the spring constant c represents the quotient of force change and change in length: c = force change / length change (1)

Daraus ergibt sich das Steifigkeitsverhältnis des kritischen Bereichs 1 im Bauteil 2, wie Z_B = c_kB/c_Umgebung (2) This results in the stiffness ratio of the critical area 1 in the component 2 , as Z _B = c _kB / c _environment (2)

Auch für die Probe 5 in der Prüfmaschine 6 wird das Steifigkeitsverhältnis Z_Pr aus den Federkonstanten der Probe c_Pr und der Prüfmaschinenumgebung c_PM=Umg bestimmt: Z_Pr = c_Pr/c_PM=Umg (3) Also for the sample 5 in the testing machine 6 the stiffness ratio Z _{Pr is determined} from the spring constant of the sample c _Pr and the test machine environment c _{PM = Umg} : Z _Pr = c _Pr / c _{PM = Umg} (3)

Um die Langzeit-Probenversuche mit bauteilähnlichen Steifigkeitsverhältnis Z_B durchführen zu können, muss gelten: Z_Pr = c_Pr/c_PM=Umg = Z_B = c_kB/c_Umgebung (4) In order to be able to carry out the long-term sample tests with component-like stiffness ratio Z _B , the following must apply: Z _Pr = c _Pr / c _{PM = Umg} = Z _B = c _kB / c _Environment (4)

Nachdem die Probengeometrie auf Basis des Formfaktors des Bauteils festgelegt bzw. vorgegeben ist, kann nur noch die Prüfmaschinensteifigkeit c_PM=Umg beeinflusst werden. After specifying or specifying the sample geometry on the basis of the form factor of the component, only the test machine rigidity c _{PM = Umg} can be influenced.

Die hier vorgeschlagene und in 3 gezeigte Prüfmaschine 6 ermöglicht es, die Prüfmaschinensteifigkeit durch zusätzliche mechanische, elektromechanische oder hydraulische Elemente und Stellglieder 7 oder durch deren Kombination im Laststrang gezielt so zu verändern, zu steuern, bzw. zu regeln, dass die Bedingung (4) Z_Pr = Z_B erreicht wird. Damit unterscheidet sie sich gegenüber einer vorbekannten Prüfmaschine, die schematisch in 2 gezeigt ist, durch das Vorhandensein eines zusätzlichen Stellglieds 7, das ggf. mittels einer Steuer- und Regeleinheit geregelt werden kann. The here proposed and in 3 shown testing machine 6 allows the machine stiffness to be enhanced by additional mechanical, electromechanical or hydraulic elements and actuators 7 or by their combination in the load line to be modified, controlled or regulated in such a way that the condition (4) Z _Pr = Z _{B is} reached. Thus, it differs from a previously known testing machine, which is schematically in 2 is shown by the presence of an additional actuator 7 , which can optionally be controlled by means of a control unit.

Alternativ kann durch die regelungstechnische Nachbildung solcher Stellglieder 7 bzw. durch eine Änderung der Regelungsstrategie mit Hilfe einer Steuer- und Regeleinheit 8 die Prüfmaschinensteifigkeit verändert werden. Diese Alternative ist in 4 schematisch dargestellt. Alternatively, by the control engineering simulation of such actuators 7 or by changing the control strategy with the aid of a control unit 8th the Prüfmaschinensteifigkeit be changed. This alternative is in 4 shown schematically.

Dazu werden jeweils gemessene Werte der Kraft F 82 und die simultan gemessenen Werte der Probenverlängerung ∆I 83 zur Bestimmung einer jeweiligen Stellgröße 81 eines bzw. mehrerer Kolben bzw. einer Traverse, bzw. des Querhauptweges s der Prüfmaschine 6 herangezogen. Diese Ausführungsform ist in 4 schematisch dargestellt. Die elektronische Steuer- und Regelvorrichtung 8 der Prüfmaschine 6 passt die Stellgröße 81 gemäß der neuen Regelstrategie aus den jeweiligen simultan elektronisch erfassten Messwerten der Kraft F 82 und der Probenverlängerung ∆I 83 sowie dem Steifigkeitsverhältnis Z_Pr an. Damit wird die Bedingung Z_Pr = Z_B. in der in der Prüfmaschine belasteten Probe 5 realisiert. In each case measured values of the force F 82 and the simultaneously measured values of sample extension ΔI 83 for determining a respective manipulated variable 81 one or more pistons or a traverse, or the transverse main path s of the testing machine 6 used. This embodiment is in 4 shown schematically. The electronic control device 8th the testing machine 6 fits the manipulated variable 81 according to the new control strategy from the respective simultaneously electronically measured values of the force F 82 and the sample extension ΔI 83 and the rigidity ratio Z _Pr . Thus, the condition Z _Pr = Z _B. in the sample loaded in the testing machine 5 realized.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorgeschlagenen Prüfmaschine 6 wird der Aufbau von einfachen Belastungseinrichtungen mit gezielt veränderbarer Steifigkeit, z. B. eines Lastrahmens 9 vorgeschlagen. Diese Ausführungsform ist in 5 gezeigt. Die schraffiert dargestellten Bereiche der Probe bestimmen deren Federkonstante c_Pr. Die im physikalischen Ersatzmodell als Feder dargestellte Umgebung des Lastrahmens gibt die Steifigkeit c_LUmg des Lastrahmens 9 vor. According to another embodiment of the proposed testing machine 6 is the structure of simple load devices with selectively variable stiffness, z. B. a load frame 9 proposed. This embodiment is in 5 shown. The hatched areas of the sample determine their spring constant c _Pr . The environment of the load frame represented as a spring in the physical substitute model gives the rigidity c _{LUmg of} the load frame 9 in front.

Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens und der zur Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens entwickelten Vorrichtung (Prüfmaschine 6 mit Stellglied 7 oder Regelstrategie 8 lassen sich durch Veränderung der Prüfmaschinensteifigkeit auch die beiden genormten Grenzfälle, der Zeitstandversuch mit Z_Pr = ∞ Laststrang und der Relaxationsversuch mit Z_Pr = 0 realisieren. Dabei entspricht der Grenzfall Zeitstandversuch zusätzlichen Federn im Laststrang der Prüfmaschine 6 und der Grenzfall Relaxationsversuch entspricht einer sehr steif geregelten Prüfmaschine 6. With the help of the proposed method and the apparatus developed for the application of the proposed method (testing machine 6 with actuator 7 or rule strategy 8th By changing the rigidity of the testing machine, it is also possible to realize the two standardized limiting cases, the creep test with Z _Pr = ∞ load string and the relaxation test with Z _Pr = 0. The limit case creep test corresponds to additional springs in the load line of the testing machine 6 and the limiting case relaxation test corresponds to a very stiffly controlled testing machine 6 ,

Ausführungsbeispiele embodiments

Gemäß einer Ausführungsform wird eine Prüfmaschine 6 für die Zeitstand- und/oder Relaxationsmessung an einer Probe 5 vorgeschlagen, die ein Stellglied 7 aufweist, dass angepasst ist zur Steuerung der Steifigkeit der Prüfmaschine 6. Vorteile einer derartigen Prüfmaschine ergeben sich aus der Möglichkeit einer präzisierten Lebensdauerabschätzung. Die sonst aus Sicherheitsgründen konservative Lebensdauervorhersage kann besser an die reale Belastungssituation angepasst werden. Damit kann die nutzbare Betriebszeit bzw. die Standzeit eines Bauteils erhöht werden, ohne zusätzliche Sicherheitsrisiken in Kauf nehmen zu müssen. According to one embodiment, a testing machine 6 for the creep and / or relaxation measurement on a sample 5 proposed that an actuator 7 that is adapted to control the rigidity of the testing machine 6 , Advantages of such a testing machine arise from the possibility of a more precise lifetime estimation. The otherwise conservative life expectancy prediction for safety reasons can be better adapted to the real stress situation. Thus, the usable operating time or the service life of a component can be increased without having to accept additional security risks.

Gemäß einer Ausführungsform wird eine Prüfmaschine 6 vorgeschlagen, die weiterhin eine Vorrichtung umfasst, die ausgewählt ist unter: einer Spannvorrichtung zur Halterung eines Prüfkörpers 5 an zwei, einander gegenüber liegenden Seiten, die auf einer Geraden liegen, die parallel zum Laststrang der Prüfmaschine 6 verläuft; eine Vorrichtung 82 zur Messung einer auf den Prüfkörper 5 entlang einer Achse des Prüfkörpers aufgebrachten Kraft F, wobei diese Achse parallel zum Laststrang der Prüfmaschine 6 verläuft; eine Vorrichtung 83 zur Messung einer Längenveränderung ∆I 83 des Prüfkörpers 5 entlang dieser Achse; und eine Steuer- und Regeleinheit 8. Dabei liefert die Steuer- und Regeleinheit 8 eine Stellgröße 81 zur Steuerung des Stellglieds. Diese Vorrichtung ist in 4 beispielhaft gezeigt. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass das Stellglied eine Traverse, einen Querbalken und/oder einen Kolben der Prüfmaschine so steuert, dass die resultierende Steifigkeit, bzw. Federkonstante des Laststrangs der Prüfmaschine 6 auf einen frei wählbaren Wert eingestellt werden kann. Vorteilhafterweise gleicht dieser Wert dem aktuellen Wert der Steifigkeit bzw. der Federkonstante der in der Prüfmaschine während des Versuchs eingespannten Probe 5. According to one embodiment, a testing machine 6 proposed, which further comprises a device which is selected from: a clamping device for holding a test specimen 5 on two opposite sides lying on a straight line parallel to the load line of the testing machine 6 runs; a device 82 for measuring one on the test specimen 5 along a axis of the specimen applied force F, said axis being parallel to the load line of the testing machine 6 runs; a device 83 for measuring a change in length ΔI 83 of the test piece 5 along this axis; and a control unit 8th , The control unit delivers 8th a manipulated variable 81 for controlling the actuator. This device is in 4 shown by way of example. An advantage of this embodiment is that the actuator controls a traverse, a cross bar and / or a piston of the testing machine so that the resulting stiffness, or spring constant of the load line of the testing machine 6 can be set to a freely selectable value. Advantageously, this value equals the current value of the stiffness or the spring constant of the sample clamped in the testing machine during the test 5 ,

Gemäß einer Ausführungsform wird eine Prüfmaschine vorgeschlagen, wobei die Steifigkeit c_PM=Umg der Prüfmaschine so einer Steifigkeit c_Pr des Prüfkörpers (5) angepasst wird, dass deren Verhältnis Z_Pr = c_Pr/c_PM=Umg dem Steifigkeitsverhältnis Z_B eines zu beurteilenden Bauteils angenähert wird. According to one embodiment, a testing machine is proposed, wherein the rigidity c _{PM = Umg of} the testing machine thus has a rigidity c _{Pr of} the test body ( 5 ) is adjusted such that its ratio Z _Pr = c _Pr / c _{PM = Umg is} approximated to the rigidity ratio Z _{B of} a component to be assessed.

Gemäß einer Ausführungsform wird eine Prüfmaschine 6 vorgeschlagen, wobei die von der Steuer- und Regeleinheit 8 gelieferte Stellgröße 81 eine Steifigkeit c_PM=Umg der Prüfmaschine 6, die als Quotient aus einem jeweiligen Messwert der Kraft F 82 und der Probenverlängerung ∆I 83 kontinuierlich ermittelt wird, kontinuierlich so anpasst, dass ein Steifigkeitsverhältnis Z_Pr, das einen Quotienten einer Steifigkeit c_Pr des Prüfkörpers 5 und der Steifigkeit c_PM=Umg der Prüfmaschine 6 darstellt, dass das Steifigkeitsverhältnis Z_Pr einem Steifigkeitsverhältnis Z_B eines Bauteils 2 angenähert wird, bis für den in der Prüfmaschine 6 belasteten Prüfkörper 5 die Bedingung Z_Pr = Z_B gilt. Dabei ist das Steifigkeitsverhältnis Z_B als Quotient einer Steifigkeit c_kB eines kritischen Bereichs des Bauteils und einer Steifigkeit c_Umgebung einer Umgebung des Bauteils 2 in einer realen Einbau- und Belastungssituation des Bauteils 2 vorgegeben. According to one embodiment, a testing machine 6 proposed by the control unit 8th delivered control value 81 a stiffness c _{PM = Umg} the testing machine 6 , which is a quotient of a respective measured value of the force F 82 and the sample extension ΔI 83 is continuously determined, continuously adjusted so that a rigidity ratio Z _Pr , which is a quotient of a stiffness c _{Pr of} the test specimen 5 and the stiffness c _{PM = Umg} the testing machine 6 represents that the rigidity ratio Z _Pr a rigidity ratio Z _{B of} a component 2 approximated until for in the testing machine 6 loaded specimens 5 the condition Z _Pr = Z _B holds. In this case, the stiffness ratio Z _B is the quotient of a stiffness c _{kB of} a critical region of the component and a stiffness c _surrounding an environment of the component 2 in a real installation and loading situation of the component 2 specified.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform gemäß 4 besteht darin, dass so die reale Belastungssituation eines Bauteils 2 besser abgebildet werden kann, als das mit einer konventionellen Prüfmaschine mit konstruktionsbedingt fest eingestellter Steifigkeit möglich ist. Insbesondere können bekannte Universalprüfmaschinen verwendet werden, wenn sie mit einer Steuer- und Regeleinheit 8 mit neuer Regelstrategie ausgestattet werden. Außerdem sind damit Versuche mit Steifigkeitsverhältnis Z = 0 bis Z = ∞ möglich. An advantage of this embodiment according to 4 is that so the real load situation of a component 2 can be better represented than is possible with a conventional testing machine with design-based fixed stiffness. In particular, known universal testing machines can be used if they are equipped with a control unit 8th be equipped with a new control strategy. In addition, experiments with stiffness ratio Z = 0 to Z = ∞ are possible.

Gemäß einer Ausführungsform wird eine Prüfmaschine 6 vorgeschlagen, wobei das Stellglied ausgewählt ist unter: einem mechanischen, elektrischen, einem elektromagnetischen, einem piezoelektrischen, einem hydraulischen, einem pneumatischen, einem thermoelektrischen, und/oder einem elektro-rheologischen Stellglied. Genauso können Kombinationen eines oder mehrerer dieser Stellglieder Verwendung finden. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass eine an die geometrischen Verhältnisse und den Werkstoff der Probe angepasste Kraft auf den Prüfkörper 5 aufgebracht werden kann. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Zug- oder Druckbelastung handeln. Flächige Materialien können ebenso wie beispielsweise Rundproben oder kompakte Konstruktionselemente mit einer definierten Belastung beaufschlagt werden. According to one embodiment, a testing machine 6 proposed, wherein the actuator is selected from: a mechanical, electrical, an electromagnetic, a piezoelectric, a hydraulic, a pneumatic, a thermoelectric, and / or an electro-rheological actuator. In the same way Combinations of one or more of these actuators use. An advantage of this embodiment is that a force adapted to the geometrical conditions and the material of the sample is applied to the test specimen 5 can be applied. This may be, for example, a tensile or compressive load. Flat materials, as well as, for example, round samples or compact construction elements, can be subjected to a defined load.

Gemäß einer Ausführungsform wird eine Prüfmaschine 6 vorgeschlagen, wobei die Steuer- und Regeleinheit 8 eine Abfolge von Stellgrößen zusammen mit einem der jeweiligen Stellgröße zugehörigen Zeitwert speichert. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht in der Möglichkeit, die Steuerung eines Stellglieds dem aktuellen Verformungs- bzw. Schädigungszustand eines Prüfkörpers 5 anpassen zu können. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht in der Bereitstellung der gespeicherten Zeitverläufe der Steuergröße zur Anpassung rechnerischer Modelle zum Kriech- und Versagensverhalten eines Prüfkörpers 5. According to one embodiment, a testing machine 6 proposed, the control unit 8th stores a sequence of manipulated variables together with a time value associated with the respective manipulated variable. An advantage of this embodiment is the ability to control an actuator to the current deformation or damage condition of a specimen 5 to be able to adapt. A further advantage of this embodiment is the provision of the stored time profiles of the control variable for adapting mathematical models to the creep and failure behavior of a test specimen 5 ,

Gemäß einer Ausführungsform wird eine Prüfmaschine 6 vorgeschlagen, die zusätzlich eine Vorrichtung zur Klimatisierung des Prüfkörpers 5 umfasst. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass in Abhängigkeit von der jeweiligen Fragestellung unterschiedliche Belastungsszenarien gestaltet werden können. According to one embodiment, a testing machine 6 proposed, in addition, a device for air conditioning of the specimen 5 includes. An advantage of this embodiment is that different load scenarios can be designed depending on the respective question.

Gemäß einer Ausführungsform wird eine Prüfmaschine 6 vorgeschlagen, welche die Klimatisierung des Prüfkörpers 5 gestattet und insbesondere eine Regelung der Temperatur und/oder Medienkonzentration und/oder der Feuchte und/oder der Belichtung und/oder der Atmosphäre in einem abgegrenzten Raum umfasst. Unter Medienkonzentration wird in diesem Zusammenhang die Konzentration eines Fluids, insbesondere eines Gases, eines Gasgemischs oder einer Flüssigkeit bzw. eines Flüssigkeitsgemischs oder deren Kombination verstanden. Bekannte Kombinationen sind beispielsweise Salznebel oder auch Salzsprühnebel. Im klimatisierten Raum befindet sich der Prüfkörper 5. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass der Einfluss verschiedener Klimafaktoren und deren Auswirkungen auf die Probe, etwa einer Korrosion von Oberflächen, an Grenz- und Anschlussflächen, oder von bzw. an stoffschlüssigen oder materialschlüssigen Fügeverbindungen am Prüfkörper 5 untersucht werden kann. Ebenso kann, beispielsweise für flächige Materialien wie Polymerfolien, der Einfluss einer Versprödung unter Belichtung untersucht werden. Das ermöglicht vorteilhafterweise die Präzisierung entsprechender Lebensdauervorhersagen – etwa die Barrierewirkung derartiger Materialien betreffend. According to one embodiment, a testing machine 6 proposed which the air conditioning of the specimen 5 and in particular comprises a regulation of the temperature and / or media concentration and / or the humidity and / or the exposure and / or the atmosphere in a delimited space. In this context, media concentration is understood to mean the concentration of a fluid, in particular a gas, a gas mixture or a liquid or a liquid mixture or a combination thereof. Known combinations are for example salt mist or salt spray. In air-conditioned room is the test specimen 5 , An advantage of this embodiment is that the influence of different climatic factors and their effects on the sample, such as corrosion of surfaces, at boundary and pad surfaces, or by or on cohesive or material-locking joint connections on the specimen 5 can be examined. Likewise, for example, for flat materials such as polymer films, the influence of embrittlement under exposure are examined. This advantageously makes it possible to specify appropriate lifetime predictions - for example regarding the barrier effect of such materials.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren für die Werkstoffprüfung unter Zeitstand- und/oder Relaxationsbelastung mit angepasster, bauteilähnlicher Steifigkeit vorgeschlagen, umfassend die Schritte: Einspannen eines Prüfkörpers 5, dessen Formzahl an die Formzahl des zu prüfenden Bauteils angenähert ist oder jener gleicht, in eine Spannvorrichtung; Belastung des Prüfkörpers 5 mit einer vorgegebenen Kraft F; Messen einer Längenveränderung ∆I des Prüfkörpers 5. Dabei wird die Stellgröße (81) zur Steuerung eines Stellglieds herangezogen, indem das gesteuerte Stellglied ein Steifigkeitsverhältnis Z_Pr der Spannvorrichtung und/oder einer Prüfmaschine (6) und/oder eines Laststrangs einer Prüfmaschine (6) einem Steifigkeitsverhältnis Z_B annähert und/oder auf dessen Wert einstellt, wobei das Steifigkeitsverhältnis Z_B am Bauteil in dessen realer Einbau- und Belastungssituation abgeschätzt wird. Das Steifigkeitsverhältnis Z_B ergibt sich aus dem Verhältnis der Steifigkeit c_kB im kritischen Bereichs des Bauteils, d.h. des Bereichs, auf den die plastische Verformung sowie Kriech- und Relaxationsvorgänge begrenzt und der Steifigkeit c_Umgebung in der Umgebung als Z_B = c_kB/c_Umgebung des Bauteils in seiner realen Einbau- und Belastungssituation. Dabei erfolgt das Annähern und/oder Einstellen des Steifigkeitsverhältnis Z_Pr unter Berücksichtigung einer kontinuierlich mit Hilfe der Steuer- und Regeleinheit 8 ermittelten Steifigkeit c_PR des Prüfkörpers (5). Die Ermittlung der Steifigkeit c_PR des Prüfkörpers (5) erfolgt anhand der kontinuierlich und/oder diskontinuierlich gemessenen Längenänderung ∆I 83 und der aufgebrachten Kraft F 82. According to one embodiment, a method for material testing under creep and / or relaxation stress with adapted, component-like rigidity is proposed, comprising the steps of: clamping a test body 5 whose shape number approximates or matches the shape number of the component to be tested, in a clamping device; Load on the test specimen 5 with a given force F; Measuring a change in length ΔI of the test specimen 5 , The manipulated variable ( 81 ) is used to control an actuator, in that the controlled actuator has a rigidity ratio Z _{Pr of} the tensioning device and / or a testing machine ( 6 ) and / or a load line of a testing machine ( 6 ) approaches a stiffness ratio Z _B and / or sets its value, wherein the stiffness ratio Z _{B is} estimated on the component in its real installation and loading situation. The stiffness ratio Z _B results from the ratio of the stiffness c _kB in the critical region of the component, ie the region to which the plastic deformation and creep and relaxation processes are limited, and the stiffness c _environment in the environment as Z _B = c _kB / c _{Environment of} the component in its real installation and loading situation. In this case, the approximation and / or adjustment of the rigidity ratio Z _Pr takes place taking into account a continuous with the aid of the control and regulating unit 8th determined stiffness c _{PR of} the test specimen ( 5 ). The determination of the stiffness c _{PR of} the test specimen ( 5 ) takes place on the basis of the continuously and / or discontinuously measured change in length ΔI 83 and the applied force F 82 ,

Vorteile dieser Ausführungsform bestehen in einer Annäherung und weitestgehenden Angleichung der Prüfbedingungen für den Prüfkörper 5 an die reale Einbau- und Belastungssituation des Bauteils und einer damit verbesserten Lebensdauervorhersage. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren für die Werkstoffprüfung unter Zeitstand-/Relaxationsbelastung vorgeschlagen, umfassend ein Abschätzen des Steifigkeitsverhältnisses Z_B am Bauteil in dessen realer Einbau- und Belastungssituation. Advantages of this embodiment consist in an approximation and far-reaching approximation of the test conditions for the test specimen 5 to the real installation and load situation of the component and thus improved lifetime prediction. According to a further embodiment, a method for material testing under creep / relaxation stress is proposed, comprising estimating the stiffness ratio Z _B on the component in its actual installation and load situation.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren für die Werkstoffprüfung unter Zeitstand-/Relaxationsbelastung vorgeschlagen, umfassend den Verfahrensschritt Speichern eines Wertes der Längenveränderung ∆I 83. According to a further embodiment, a method for material testing under creep / relaxation loading is proposed, comprising the method step storing a value of the change in length ΔI 83 ,

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Wert der Kraft F die beim Beaufschlagen des Prüfkörpers (5) aufgebrachten wurde, gespeichert. Dieses Speichern kann in der Steuer- und Regeleinheit 8 erfolgen. Beispielsweise können digitale Werte gespeichert werden. According to a further embodiment of the method, the value of the force F is the force applied to the test body (FIG. 5 ) was stored. This saving can be done in the control unit 8th respectively. For example, digital values can be stored.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können Wertepaare der aufgebrachten Kraft und der jeweils gemessenen Längenänderung in einer Datenbank gespeichert werden. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht in einer erleichterten Modellbildung und Lebensdauervorhersage. According to another embodiment, value pairs of the applied force and the each measured length change are stored in a database. An advantage of this embodiment is facilitated modeling and lifetime prediction.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren für die Werkstoffprüfung unter Zeitstand-/Relaxationsbelastung vorgeschlagen, wobei das Steifigkeitsverhältnis ZB am Bauteil in dessen realer Einbau- und Belastungssituation abgeschätzt wird. Insbesondere wird das Steifigkeitsverhältnis ZB aus der Steifigkeit ckB des kritischen Bereichs 1 des Bauteils 2 und der Steifigkeit cUmgebung in der Umgebung 4 des Bauteils vorgenommen.According to one embodiment, a method for material testing under creep / relaxation load is proposed, wherein the stiffness ratio ZB is estimated on the component in its real installation and load situation. Specifically, the rigidity ratio ZB becomes the rigidity ckB of the critical region 1 of the component 2 and the rigidity environment in the environment 4 made of the component.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass auf der Grundlage dieser Abschätzung eines Steifigkeitsverhältnisse für ein Bauteil in einer realen Einbau- und Belastungssituation eine über die Anpassung der Steifigkeit der Prüfmaschine verbesserte Zeitstand- und Relaxationsbelastung vorgenommen werden kann. Insbesondere kann die vorstehend beschriebene Anpassung der Steifigkeit c_PM=Umg des Laststrangs der Prüfmaschine 6 vorgenommen werden. An advantage of this embodiment is that on the basis of this estimation of a rigidity conditions for a component in a real installation and loading situation, an improved creep and relaxation load can be made by adapting the rigidity of the testing machine. In particular, the above-described adjustment of the stiffness c _{PM = Umg of} the load line of the testing machine 6 be made.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren für die Werkstoffprüfung unter Zeitstand-/Relaxationsbelastung vorgeschlagen umfassend den Verfahrensschritt Ermitteln einer Stellgröße 81 aus einer aufgebrachten Kraft F 82 und einer Längenänderung ∆I 83. According to a further embodiment, a method for material testing under creep / relaxation stress is proposed comprising the method step determining a manipulated variable 81 from an applied force F 82 and a change in length ΔI 83 ,

Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren für die Werkstoffprüfung unter Zeitstand-/Relaxationsbelastung vorgeschlagen, welches das Abschätzen des Steifigkeitsverhältnisses einer Werkstoffprobe bzw. des Prüfkörpers 5 im Laststrang der Prüfmaschine 6 umfasst. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht in der Möglichkeit, aus dem ermittelten Wert eine Stellgröße für den Betrieb eines Stellglieds ermitteln zu können, der die Steifigkeit c_PM=Umg des Lastrangs der Prüfmaschine jener der Probe 5 annähert oder angleicht. According to one embodiment, a method for material testing under creep / relaxation loading is proposed, which involves estimating the stiffness ratio of a material sample or of the test body 5 in the load line of the testing machine 6 includes. An advantage of this embodiment is the ability to determine from the value determined a manipulated variable for the operation of an actuator, the stiffness c _{PM = Umg of} the load line of the testing machine that of the sample 5 approximates or adjusts.

Der Unterschied der beiden vorstehenden Ausführungsbeispiele besteht darin, dass einmal das Steifigkeitsverhältnis des kritischen Bereichs im Bauteil und das andere mal das der Probe in der Prüfmaschine abgeschätzt bzw. ermittelt wird. The difference between the two preceding embodiments is that once the stiffness ratio of the critical region in the component and the other times that of the sample in the testing machine is estimated or determined.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren für die Werkstoffprüfung unter Zeitstand-/Relaxationsbelastung vorgeschlagen, das ein Klimatisieren des Prüfkörpers 5 umfasst. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ergibt sich aus der Simulation verschiedener praxisrelevanter Belastungssituationen, insbesondere von Klima-Wechsel-Beanspruchungen und damit provozierter Schädigungsprozesse. According to one embodiment, a method for material testing under creep stress relaxation is proposed, which is an air conditioning of the test specimen 5 includes. An advantage of this embodiment results from the simulation of different practice-relevant load situations, in particular of climatic change demands and thus provoked damage processes.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren für die Werkstoffprüfung unter Zeitstand-/Relaxationsbelastung vorgeschlagen, welches die Ausführung der Spannvorrichtung in Gestalt eines Lastrahmens 9 vorsieht. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft durch die Kompaktheit der gesamten Prüfanordnung und die Möglichkeit, ein Modularkonzept der Prüfmaschine umzusetzen, das leicht an Prüfkörper 5 mit unterschiedlichen Abmessungen, Formzahlen und/oder geometrischen Verhältnissen angepasst werden kann. According to one embodiment, a method for material testing under creep / relaxation loading is proposed, which is the execution of the clamping device in the form of a load frame 9 provides. This embodiment is particularly advantageous due to the compactness of the entire test arrangement and the ability to implement a modular concept of the testing machine, easily on test specimens 5 can be adjusted with different dimensions, shape numbers and / or geometrical conditions.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden. The above-described embodiments may be arbitrarily combined with each other.

Wie an Hand der vorstehenden Ausführungsbeispiele ersichtlich, gestattet es das beschriebene Verfahren, die gegenwärtig genutzten und zu einer unangemessen konservativen Abschätzung der Lebensdauer führenden Übertragungsfaktoren durch eine auf dem tatsächlichen Kriech/Relaxationsverhalten eines Prüfkörpers 5 basierende Aussage zu ersetzen. Typische Werte der prognostizierten Lebensdauer von Proben, die gemäß dem bekannten Prüfverfahren, d. h. im genormten Kriechversuch, belastet wurden, liegen um Zehner-Potenzen unter der Lebensdauer von Proben (gleicher Werkstoff, gleiche Temperatur, gleicher Formfaktor etc.), die mittels einer Belastung der Proben bei angepasstem Steifigkeitsverhältnis ermittelt wurde. As can be seen by the foregoing embodiments, the described method allows the transmission factors currently used and leading to an inappropriately conservative estimation of the lifetime by an on the actual creep / relaxation behavior of a specimen 5 replace based statement. Typical values of the predicted lifetime of samples which were loaded according to the known test method, ie in the standardized creep test, are by powers of ten below the lifetime of samples (same material, same temperature, same form factor, etc.), which by means of a load of the Samples with adjusted stiffness ratio was determined.

Typischerweise liegen die gemäß der vorgeschlagenen Methode, bzw. mit der beschriebenen Prüfmaschine ermittelten Lebensdauern zumindest um den Faktor 100, typischerweise um den Faktor 1000, insbesondere um den Faktor 5000 oder 10000 über den Werten der Lebensdauer, die mittels einer Belastung der Proben (gleicher Werkstoff, gleiche Temperatur, gleicher Formfaktor etc.) im bisher üblichen genormten Kriechversuch ermittelt wurden. Typically, the lifetimes determined according to the proposed method or with the described testing machine are at least a factor of 100, typically by a factor of 1000, in particular by a factor of 5000 or 10000 over the values of the service life by means of a load on the samples (same material , same temperature, same form factor, etc.) were determined in the usual standard creep test.

Es wird eine Prüfmaschine (6) für Werkstoffprüfung unter Zeitstand-/Relaxationsbelastung mit angepasster, bauteilähnlicher Steifigkeit an einem Prüfkörper (5) vorgeschlagen, umfassend ein Stellglied (8) zur Steuerung der Steifigkeit der Prüfmaschine, und ein Verfahren für die Werkstoffprüfung unter Zeitstand-/Relaxationsbelastung mit angepasster, bauteilähnlicher Steifigkeit an einem Prüfkörper (5) vorgeschlagen, umfassend die Schritte: Einspannen eines Prüfkörpers (5), dessen Formzahl an die Formzahl des zu prüfenden Bauteils angenähert ist oder jener gleicht, in eine Spannvorrichtung; Beaufschlagen des Prüfkörpers (5) mit einer vorgegebenen Kraft (F); Speichern eines digitalen Wertes, der einer beim Beaufschlagen des Prüfkörpers (5) aufgebrachten Kraft (F) entspricht; Messen einer Längenveränderung (∆I) des Prüfkörpers (5); Speichern eines digitalen Wertes der Längenveränderung (∆I); Verrechnen digital gespeicherter Wertepaare einer aufgebrachten Kraft (F) und einer Längenänderung (∆I) zu einer Stellgröße (81), wobei die Stellgröße (81) zur Steuerung eines Stellglieds herangezogen wird, und das Stellglied das Verhältnis der Steifigkeiten der Spannvorrichtung und/oder einer Prüfmaschine (6) und/oder des Laststrangs einer Prüfmaschine (6) zur Steifigkeit des Prüfkörpers (5) an das Steifigkeitsverhältnis – abgeschätzt am Bauteil – annähert und/oder auf deren Wert einstellt. It becomes a testing machine ( 6 ) for material testing under creep / relaxation stress with adapted, component-like rigidity on a test specimen ( 5 ), comprising an actuator ( 8th ) for controlling the rigidity of the testing machine, and a method for material testing under creep / stress relaxation with adapted, component-like rigidity on a test specimen ( 5 ), comprising the steps of: clamping a test specimen ( 5 ), whose shape number approximates or matches the shape number of the component to be tested, in a clamping device; Applying the test specimen ( 5 ) with a predetermined force (F); Storing a digital value which is one when the test specimen ( 5 ) applied force (F) corresponds; Measuring a change in length (ΔI) of the specimen ( 5 ); Storing a digital value of the change in length (ΔI); Compute digitally stored value pairs of an applied force (F) and a change in length (ΔI) to a manipulated variable ( 81 ), whereby the manipulated variable ( 81 ) is used to control an actuator, and the actuator the ratio of the stiffness of the tensioning device and / or a testing machine ( 6 ) and / or the load line of a testing machine ( 6 ) to the rigidity of the specimen ( 5 ) to the stiffness ratio - estimated at the component - approximates and / or sets to its value.

Mit der vorgeschlagenen Prüfmaschine (Vorrichtung) und dem vorgeschlagenen Verfahren (Prüfmethodik) kann eine präzisierte Lebensdauerabschätzung für beliebige Werkstoffe und Materialkombinationen an Hand von Prüfkörpern 5 beliebiger Formzahlen vorgenommen werden. Die Steuer- und Regeleinheit 8 der beschriebenen Prüfmaschine kann zur Nachrüstung bekannter Prüfmaschinen verendet werden. Die an Hand von realen Verhältnissen weitestgehend angenäherten Schädigungsverläufe gestatten es zu Lebensdauervorhersagen für verschiedene Materialien und Werkstoffkombinationen sowie Bauteilformen und Konstruktionselementen zu gelangen, bzw. entsprechende Datenbanken zu erstellen, welche die Ausgangsbedingungen der Entwurfs- und Konstruktionsphase von neuen Bauteilen entscheidend verbessern. With the proposed testing machine (device) and the proposed method (test methodology) can provide a more precise life estimation for any materials and material combinations on the basis of specimens 5 any shape numbers are made. The control unit 8th The described testing machine can be used to retrofit known testing machines. The damage patterns, which are largely approximated by real conditions, allow lifetime predictions to be obtained for various materials and material combinations as well as component shapes and design elements, or to create corresponding databases which decisively improve the starting conditions for the design and construction phase of new components.

Ein weiterer Vorteil besteht in der präzisierten Lebensdauervorhersage für Bauteile und Funktionselemente in konkreten Betriebs- und Belastungssituationen. Aus der so erreichbaren verbesserten Betriebssicherheit ergeben sich unmittelbare betriebswirtschaftliche Vorteile. Another advantage is the more precise life prediction for components and functional elements in concrete operating and load situations. The resulting improved reliability results in immediate business benefits.

Die vorgeschlagene Prüfmaschine und das Konzept des vorgeschlagenen Prüfrahmens erlaubt die Definition, Ermittlung und Anpassung des Steifigkeitsverhältnisses Z von Bauteil und Prüfmaschine, indem die Prüfmaschinensteifigkeit veränderbar ist und der jeweiligen Bauteilsituation angepasst werden kann. The proposed testing machine and the concept of the proposed test frame allow the definition, determination and adaptation of the stiffness ratio Z of the component and the test machine, in that the test machine rigidity is changeable and can be adapted to the respective component situation.

Ein unmittelbarer Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens und der vorgeschlagenen Prüfmaschine besteht in einer besseren Übertragbarkeit der im Labor erhobenen Befunde auf das reale Bauteil. Bei gleicher Anzahl von Proben/Versuchen wird die Lebensdauervorhersage durch Versuche mit angepasster, bauteilähnlicher Steifigkeit wesentlich zuverlässiger. An immediate advantage of the proposed method and the proposed testing machine is a better transferability of the findings in the laboratory to the real component. With the same number of samples / experiments, the lifetime prediction becomes much more reliable through experiments with adapted, component-like rigidity.

Insbesondere die Lebensdauerabschätzung für Bauteile unter konstanter Langzeitbelastung wird verbessert und bisherige Unsicherheiten der bisherigen konservativen Abschätzungen minimiert. In particular, the lifetime estimation for components under constant long-term load is improved and previous uncertainties of the previous conservative estimates are minimized.

Wenngleich hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die gezeigten Ausführungsformen geeignet zu modifizieren, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachfolgenden Ansprüche stellen einen ersten, nicht bindenden Versuch dar, die Erfindung allgemein zu definieren. While specific embodiments have been illustrated and described herein, it is within the scope of the present invention to properly modify the illustrated embodiments without departing from the scope of the present invention. The following claims are a first, non-binding attempt to broadly define the invention.

Claims

Testing machine ( 6 ) for the creep and / or relaxation stress on a test specimen ( 5 ), comprising - an actuator adapted to control the rigidity of the testing machine.

Testing machine ( 6 ) according to claim 1, further comprising a device selected from: - a clamping device for holding a test specimen ( 5 ) at two, each on an axis of the test specimen ( 5 ) opposite sides of the specimen ( 5 ); A device ( 82 ) for measuring one on the test specimen ( 5 ) force F (applied along the axis of the test specimen) 82 ); A device ( 83 ) for measuring a change in length ΔI ( 83 ) of the test piece ( 5 ) along the axis; and - a control unit ( 8th ), the control unit ( 8th ) a manipulated variable ( 81 ) for controlling the actuator supplies.

Testing machine according to claim 1 or 2, wherein the rigidity c _{PM = Umg of} the testing machine so a rigidity c _{Pr of} the test body ( 5 ) is adjusted such that its ratio Z _Pr = c _Pr / c _{PM = Umg is} approximated to the rigidity ratio Z _{B of} a component to be assessed.

Testing machine ( 6 ) according to claim 1 to 3, wherein the control unit ( 8th ) delivered manipulated variable ( 81 ) a stiffness c _{PM = Umg} the testing machine ( 6 ), which is a quotient of a respective measured value of the force F ( 82 ) and the sample extension ΔI ( 83 ) is continuously adjusted so that a stiffness ratio Z _Pr , which is a quotient of a stiffness c _{Pr of} the test body ( 5 ) and the stiffness c _{PM = Umg} the testing machine ( 6 ) represents that the stiffness ratio Z _Pr a rigidity ratio Z _{B of} a component ( 2 ) until, in the testing machine ( 6 ) loaded specimens ( 5 ) the condition Z _Pr = Z _B , where the stiffness ratio Z _B is the quotient of a stiffness c _{kB of} a critical region of the component and a stiffness c _surrounding an environment of the component ( 2 ) in a real installation and loading situation of the component ( 2 ) is given.

Testing machine ( 6 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the actuator is selected from: a mechanical, an electrical, an electromagnetic, a piezoelectric, a hydraulic, a pneumatic, a thermoelectric, and / or an electro-rheological actuator, or combinations thereof.

Testing machine ( 6 ) according to one of claims 2 to 4, wherein the control and regulation unit ( 8th ) stores a sequence of manipulated variables with a respective time value associated with a manipulated variable.

Testing machine ( 6 ) according to one of claims 1 to 5, further comprising: - a device for conditioning the test specimen ( 5 ).

Testing machine ( 6 ) according to claim 6, wherein the air conditioning of the test specimen ( 5 ) permits the setting of a temperature and / or a humidity and / or an exposure and / or an atmosphere and / or a medium in a delimited space, the ( 5 ) surrounds.

Method for material testing under creep / relaxation stress with adapted, component-like rigidity, comprising the steps of: - clamping a test body ( 5 ), whose shape number approximates or matches the shape number of the component to be tested, in a clamping device; - applying the test specimen ( 5 ) with a predetermined force (F); Measuring a change in length (ΔI) of the specimen ( 5 ); - Determining a manipulated variable ( 81 ) from the applied force (F) and the change in length (.DELTA.I), wherein the manipulated variable ( 81 ) is used to control an actuator, and the actuator has a rigidity ratio Z _{Pr of} the tensioning device and / or a testing machine ( 6 ) and / or a load line of a testing machine ( 6 ) approximates and / or sets to a value of stiffness Z _B , the approaching and / or setting of the stiffness ratio Z _Pr taking into account a continuously measured rigidity c _{PR of} the test body (FIG. 5 ) he follows.

The method of claim 9, wherein the stiffness ratio Z _{B is} estimated at the component in its real installation and loading situation.

Method according to claim 9 or 10, further comprising: - storing a value which corresponds to a value when the test specimen ( 5 ) applied force (F) corresponds;

The method of any one of claims 9 to 11, further comprising: - Store a value of the change in length (.DELTA.I).

Method according to one of claims 9 to 12, further comprising: estimating the stiffness ratio Z _B from the stiffness c _{kB of} the critical region ( 1 ) in the component ( 2 ) and the rigidity c _{environment of} the environment ( 4 ).

Method according to one of claims 9 to 13, further comprising: estimating the stiffness ratio Z _Pr from the stiffness c _{Pr of} the sample ( 5 ) and the stiffness c _{PM = Umg of} the load line of the testing machine ( 6 ).

The method of claim 9 to 14, further comprising - conditioning the test specimen ( 5 ).

The method of claim 9 to 15, wherein the clamping device as a load frame ( 9 ) is executed.