DE102018121222A1

DE102018121222A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung mechanischer Materialkennwertkurven

Info

Publication number: DE102018121222A1
Application number: DE102018121222.4A
Authority: DE
Inventors: Dirk Holzhüter; Christian Hühne; Jens Kosmann; Martin Schollerer; Oliver Völkerink
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2018-08-30
Publication date: 2020-03-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln wenigstens einer mechanischen Materialkennwertkurve einer Materialprobe, die eine auf die Materialprobe wirkende Kraft einem bestimmten Materialkennwert zuordnet, wobei mindestens eine Materialprobe an einem Rotor einer Prüfzentrifuge in einem gewissen Abstand zur Rotationsachse des Rotors angeordnet ist und durch Drehen des Rotors eine radial nach außen wirkende Zentrifugalkraft auf die Materialprobe ausgeübt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:- kontinuierliches Ermitteln einer Weglänge einer Verformung der Materialprobe mittels einer Weglängenmesseinrichtung bei variierender Rotationsgeschwindigkeit des Rotors der Prüfzentrifuge,- wobei für jede ermittelte Weglänge der Verformung der Materialprobe die mit der Verformung zusammenhängende Rotationsgeschwindigkeit des Rotors der Prüfzentrifuge mittels einer Rotationsmesseinrichtung ermittelt wird, und- wobei die ermittelten Weglängen der Verformung der Materialprobe zur Ermittlung der mechanischen Materialkennwertkurve mit einer in Abhängigkeit von der jeweiligen Rotationsgeschwindigkeit und dem Abstand zur Rotationsachse ermittelten Kraft, die auf die Materialprobe einwirkt, mittels einer Auswerteeinheit korreliert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln wenigstens einer mechanischen Materialkennwertkurve einer Materialprobe, wobei die mechanische Materialkennwertkurve eine auf die Materialprobe wirkende Kraft einem bestimmten Materialkennwert zuordnet. Die Erfindung betrifft ebenso eine Vorrichtung hierzu.
Zum Ermitteln von mechanischen Materialkennwerten wie beispielsweise dem Elastizitätsmodul, dem Schubmodul, der Festigkeitsgrenzen und deren Bruchdehnung, werden üblicherweise Materialprüfmaschinen eingesetzt, welche eine ihr zugefügte Materialprobe mit einer entsprechenden Kraft belasten, bis der Werkstoff der Materialprobe versagt. Hierdurch lässt sich für einen bestimmten Werkstoff ableiten, bei welcher auf ihn einwirkenden Kraft mit einem Materialversagen zu rechnen ist. Wird hierbei auch die Deformation der Materialprobe während des Einwirkens der Kraft ermittelt, die meist kontinuierlich gesteigert wird, so lassen sich hieraus, allgemein formuliert, entsprechende Kraft-Weg-Verläufe herleiten, die dann als Grundlage für Spannungs- und Dehnungskurven für den verwendeten Werkstoff der Materialprobe herangezogen werden können.
Derartige Prüfmaschinen haben jedoch den Nachteil, dass immer nur eine Materialprobe pro Durchgang untersucht werden kann, da diese Maschinen in der Regel so ausgebildet sind, dass sie lediglich eine entsprechende Kraft auf nur eine Materialprobe ausüben können. Aus diesem Grund wurden Prüfzentrifugen entwickelt, bei denen die Kraft auf einen Probenkörper mittels einen durch einen Rotor erzeugten Zentrifugalkraft auf den Körper ausgeübt wird. Mit Hilfe von Kontaktschaltern kann dabei detektiert werden, bei welcher Rotationsgeschwindigkeit ein Materialversagen stattfindet. Anhand der Rotationsgeschwindigkeit sowie dem Abstand von der Rotationsachse des Rotors der Prüfzentrifuge lässt sich sodann auch die Kraft ermitteln, die bei dem Materialversagen auf den Probenkörper eingewirkt hat. Eine solche Prüfzentrifuge sowie ein hierzu korrespondierendes Verfahren ist beispielsweise aus der DE 10 2004 055 621 A1 sowie WO 2017 168 003 A1 bekannt. Mit Hilfe derartiger Prüfzentrifugen ist es möglich, mehr als einen Probenkörper gleichzeitig zu untersuchen, sodass in einem Prüfdurchgang mehrere Materialproben gleichzeitig untersucht werden können. Allerdings bestehen hierbei einige Nachteile.
So wurde zum Beispiel in der Praxis festgestellt, dass durch das Prüfen hochfester Klebstoffverbindungen nah an der Grenze des möglichen Kraftbereiches der Zentrifuge beim Versagen der ersten Probe und dessen Aufprall auf die Rückwand des Rotors einen Impuls entsteht, der meist zum Versagen aller weiteren Proben führt. Damit lässt sich keine genaue Aussage mehr über die Materialeigenschaft hinsichtlich des Materialversagens aller anderen Probenkörper treffen.
Des Weiteren lässt sich mit den bestehenden Prüfzentrifugen keine Materialkennkurve ableiten, da lediglich das Versagen der Materialprobe detektierbar ist. Denn dass Materialversagen wird mit Hilfe eines entsprechenden Sensors detektiert, worauf die Rotationsgeschwindigkeit festgestellt und dann zusammen mit dem Abstand des Probenkörpers zu der Rotationsachse auf die auf den Probenkörper einwirkende Kraft geschlossen werden kann. Zusammenhänge zwischen Materialverformung und einwirkende Kraft lassen sich so nicht ableiten.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Ermitteln einer mechanischen Materialkennwertkurve sowie eine verbesserte Prüfzentrifuge anzugeben, mit dem die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile bei Prüfzentrifugen überwunden werden können.
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie der Vorrichtung gemäß Anspruch 9 erfindungsgemäß gelöst.
Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zum Ermitteln wenigstens einer mechanischen Materialkennwertkurve einer Materialprobe, die eine auf die Materialprobe wirkende Kraft einem bestimmtem Materialkennwert zuordnet, beansprucht, wobei mindestens eine Materialprobe an einem Rotor einer Prüfzentrifuge in einem gewissen Abstand zur Rotationsachse des Rotors angeordnet ist und durch Drehen des Rotors eine radial nach Außen wirkende Zentrifugalkraft auf die Materialprobe ausgeübt wird. In der Regel hat eine derartige Prüfzentrifuge einen schnell drehenden Motor, der mit dem Rotor zum drehbaren Antreiben des Rotors in Wirkverbindung steht, wobei an dem Rotor meist mehrere Probenaufnahmen vorgesehen sind, an denen die Materialprobe fest angeordnet werden kann. Durch die Rotation des Rotors in der Prüfzentrifuge wird dann eine Zentrifugalkraft auf die Materialprobe ausgeübt, die von der Rotationsgeschwindigkeit und dem Abstand von der Rotationsachse abhängt und dadurch das Aufbringen einer Kraft mittels einer herkömmlichen Prüfmaschine simuliert.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass während der Rotation des Rotors in der Prüfzentrifuge kontinuierlich eine Weglänge einer Verformung der Materialprobe mittels einer Weglängenmesseinrichtung bei variierender Rotationsgeschwindigkeit des Rotors der Prüfzentrifuge ermittelt wird. Außerdem wird während des Prüfvorgangs kontinuierlich die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors ermittelt, wobei die ermittelte Weglänge der Verformung der Materialprobe zu einem bestimmten Zeitpunkt zusammen mit der an diesem Zeitpunkt ermittelten Rotationsgeschwindigkeit in einem Datenspeicher hinterlegt werden kann. Denkbar ist aber auch, dass sich die aus der Rotationsgeschwindigkeit ergeben Zentrifugalkraft, die auf den Probenkörper wirkt, zusammen mit der ermittelten Weglänge der Verformung in den Datenspeicher hinterlegt wird.
Mittels einer Auswerteeinheit werden nun die ermittelten Weglängen der Verformung der Materialprobe sowie sich die aus der jeweiligen Rotationsgeschwindigkeit und dem Abstand zur Rotationsachse ermittelbaren Kraft korreliert, um so die mechanische Materialkennwertkurve der Materialprobe zu ermitteln.
So wird an diskreten Zeitpunkten während des Prüfvorgangs jeweils die Weglänge der Verformung der Materialprobe ermittelt, wobei zu jedem Zeitpunkt auch die Rotationsgeschwindigkeit ermittelt wird. Basierend auf der ermittelten Rotationsgeschwindigkeit sowie dem Abstand zur Rotationsachse lässt sich dabei zu jedem Zeitpunkt zu dem die Weglänge der Verformung ermittelt wurde, auch die auf die Materialprobe wirkende Kraft ermitteln, sodass sich für die jeweiligen diskreten Messzeitpunkte innerhalb des Prüfzeitraumes eine Vielzahl von derartigen Datenpaaren ergibt. Diese können nun miteinander zur Bestimmung der mechanischen Materialkennwertkurve korreliert werden.
Während des Prüfvorgangs wird dabei die Rotationsgeschwindigkeit variiert, was in der Regel bedeutet, dass die Rotationsgeschwindigkeit stätig ansteigt. Durch das stätige Ansteigen der Rotationsgeschwindigkeit nimmt auch die auf die Materialprobe wirkende Kraft zu, wodurch sich in der Regel eine Vergrößerung der Weglänge der Verformung ergibt. Denkbar sind aber auch andere Prüfabläufe, bei denen die Rotationsgeschwindigkeit während des Prüfvorgangs auch abnimmt und dann wieder zunimmt. Dabei kann auch die Zunahme der Rotationsgeschwindigkeit quantitativ gesteuert werden.
Dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren (und der korrespondierenden Vorrichtung hierzu) ist es möglich, mechanische Materialkennwertkurven mithilfe einer Prüfzentrifuge zu ermitteln, wodurch die Prüfzentrifuge hinsichtlich der ermittelbaren Materialkennwerte einer herkömmlichen Prüfmaschine in nichts nachsteht.
Erfindungsgemäß kann allerdings mit Hilfe einer Prüfzentrifuge mehrere Materialproben simultan geprüft werden, sodass sich gegenüber einer herkömmlichen Prüfmaschine die Prüffrequenz deutlich erhöhen lässt.
Die Weglänge der Verformung der Materialprobe kann mittels einer laserbasierten Weglängenmesseinrichtung, mittels einer induktivbasierten Weglängenmesseinrichtung und/oder mit einer kapazitativbasierten Weglängenmesseinrichtung ermittelt werden. Bei einer laserbasierten Weglängenmesseinrichtung befindet sich beispielsweise ein Lasersensor auf dem Rotor, der die Entfernung zwischen Sensor und Materialprobe mit Hilfe eines Lasers misst. Aus der Differenz zwischen der ursprünglichen unverformten Entfernung zwischen Sensor und Materialprobe sowie der gemessenen Entfernung während der Rotation kann letztlich die Verformung der Materialprobe bei einer bestimmten Rotationsgeschwindigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt ermittelt werden.
An der Materialprobe kann ein zusätzlicher Gewichtskörper mit bekannter Masse angeordnet werden, wobei die auf die Materialprobe einwirkende Kraft in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit, der Masse des zusätzlichen Gewichtskörpers und dem Abstand zur Rotationsachse ermittelt wird. Hierdurch lassen sich beispielsweise hochfeste Klebverbindungen untersuchen. Wird ein laserbasiertes Weglängenmesssystem eingesetzt, so kann zur Ermittlung der Weglänge der Verformung der Abstand zwischen dem Sensor auf dem Rotor und dem zusätzlichen Gewicht ermittelt werden, wobei es hierbei vorteilhaft ist, wenn basierend auf dem verwendeten Material des zusätzlichen Gewichtskörpers entsprechende Längenänderung bezüglich der auch auf den Gewichtskörper einwirkenden Zentrifugalkraft bei der Bestimmung der Weglänge der Verformung der Materialprobe berücksichtigt werden.
Demzufolge kann die Weglänge der Verformung weiterhin in Abhängigkeit von dem bekannten Ausgangszustand der Materialprobe im unverformten Zustand ermittelt werden, so basierend auf diesem Ausgangszustand und der entsprechenden Weglängenmesseinrichtung dann die Weglänge der Verformung zu ermitteln.
Es ist ebenso von der genannten Erfindung umfasst, dass der Abstand zwischen der Materialprobe auf dem Rotor und einem Sensor der Weglängenmesseinrichtung ermittelt wird, wobei die Weglänge der Verformung der Materialkurvenabhängigkeit von einem Ursprungsabstand zwischen Materialprobe und Sensor im unverformten Zustand der Materialprobe und einem aktuellen Abstand zwischen Materialprobe und Sensor während der Rotation des Sensors mittels der Weglängenmesseinrichtung ermittelt wird.
Die Prüfzentrifuge kann während der Ermittlung der mechanischen Kennwertkurve klimatisiert werden, um die Materialprobe auf einer konstanten Temperatur innerhalb der Temperaturtoleranz zu halten. Hierdurch kann verhindert werden, dass Teile der Verformungen der Materialprobe auf dem Effekt der Längenänderung bei Temperaturunterschieden basiert.
Die von einem an dem Rotor der Prüfzentrifuge angeordneten Sensor der Weglängenmesseinrichtung ermittelten Werte können dabei drahtlos mittels einer Kommunikationseinrichtung an die Auswerteeinheit übermittelt werden, um so die Werte kontinuierlich aus dem drehenden System des Rotors in das bestehende System mit der Auswerteinheit zu übertragen. Denkbar ist aber auch, dass die Werte auf einem Datenspeicher in dem Sensor zwischengespeichert werden und erst nach Beendigung des Prüfvorgangs entnommen werden. Dies setzt allerdings voraus, dass die zeitliche Synchronisation auf dem Sensor exakt ist, um die Zeitpunkte bei der Ermittlung der Weglänge der Verformung hinterher mit den Rotationsgeschwindigkeiten zu diesen Zeitpunkten zu korrelieren.
Schließlich kann als mechanische Materialkennwertkurve ein Kraft-Weg-Verlauf, eine Spannungs- und/oder Dehnungskurve mittels der Auswerteinheit ermittelt werden.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:

1 - erste schematische Darstellung einer Draufsicht auf die Prüfzentrifuge;
2 - Prinzipskizze der Weglängenmessung in der Prüfzentrifuge.

Figur zeigt eine Prüfzentrifuge 10 in einer Draufsicht, wobei die Prüfzentrifuge 10 einen Rotor 11 hat, der um eine Rotorachse 12 drehbar vorgesehen ist. Auf dem Rotor 11 befinden sich insgesamt vier schematisch dargestellte Probenaufnahmen 13, an denen die Materialprobe 14 eingespannt werden kann. Soll beispielsweise eine Klebverbindung als Materialprobe 14 untersucht werden, so wird an diese Materialprobe 14 ein weiteres zusätzliches Gewicht 15 mit bekannter Masse angeordnet, um so die Materialprobe 14 in Form einer Klebverbindung entsprechend belasten zu können.
Wird der Rotor 11 der Prüfzentrifuge 10 nun um seine Rotorachse 12 gedreht, so entsteht eine Zentrifugalkraft, die sowohl auf das zusätzliche Gewicht 15 als auch auf die Materialprobe 14 wirkt, wodurch die Materialprobe 14 mit einer Kraft, die sich aus der Drehgeschwindigkeit des Rotors und dem Abstand zur Rotorachse ergibt, belastet wird. Zur Ermittlung der Rotationsgeschwindigkeit, aus der sich dann später die auf die Materialprobe 14 wirkende Kraft ableiten lässt, befindet sich in der Prüfzentrifuge 10 ein Drehmesssensor 16, der beispielsweise in Form einer Lichtschranke oder ähnlichem ausgebildet sein kann. Denkbar ist aber auch, dass die Rotationsgeschwindigkeit aus der Ansteuerung des Motors (nicht dargestellt) des Rotors 11 abgeleitet wird.
Des Weiteren befindet sich auf dem Rotor 11 für jede Probenaufnahme 13 ein Laser gestützter Sensor 17, der Teil einer Weglängenmesseinrichtung ist. Der lasergestützte Sensor 17 ermittelt dabei den Abstand zwischen der Position des Sensors 17 und der Position des zusätzlichen Gewichtes 15 und leitet daraus, wie später noch gezeigt wird, die Weglänge der Verformung aus diesem Abstand ab.
Die von dem Sensor 17 erfassten Werte sowie die von dem Drehmesssensor 16 erfassten Werte werden dann an eine Auswerteeinheit 18 übertragen, die dann diese aufgezeichneten Daten zwischenspeichert und später dann die entsprechende Materialkennwertkurve aus den ermittelten Daten ermittelt.
2 zeigt im oberen Teil die schematische Darstellung der Weglängenmessung im unbelasteten Zustand, während im unteren Teil die Weglängenmessung im Belasteten Zustand gezeigt wird.
Um beispielsweise die Dehnung zu berechnen, muss die Länge der Probe zur Ausgangslänge berechnet werden: $ε = \frac{Δ l}{l}$
Mit I als Ausgangslänge und ΔI als Weglängenänderung von I, lässt sich die Dehnung ε einfach bestimmen. Während I als Ausgangslänge gemessen werden. Da diese erfahrungsgemäß sehr klein ist, werden hochsensible Wegmesssysteme benötigt.
Gezeigt wird in 2 der belastete und unbelastete Zustand. Auf dem Rotor 11 mit dem Drehmittelpunkt 12 ist eine Probe 14, zum Beispiel ein Klebstoff, durch eine Lagerung 13 fest verbunden. Wird der Rotor 11 nun gedreht, ergibt sich aus der Drehzahl, der zusätzlichen Masse 15 und dem Abstand zum Mittelpunkt 12 eine Zentrifugalkraft, die auf die Probe 14 wirkt. Ein Weglängensensor 17 misst dauerhaft die Entfernung I_GES zum Gewicht. Physikalisch bedingt lenkt sich die Materialprobe 14 (untere Darstellung) bei einer Steigerung der Last. Der Abstand I_GES wird dadurch kleiner. Um die Dehnung der Probe ε_K (F) abhängig von der Belastung F zu ermitteln, muss vorher lediglich die Probenbreite I_K, ₀ gemessen werden. Weiterhin sollte das Material des Gewichtes sehr gut bekannt sein. Die Längenänderung des Gewichtes ΔI_G (F) ist abhängig von der Belastung und muss zur Verfügung stehen. Es bietet sich dafür ein hochfestes Metall an, welches unter den gegebenen Belastungen ein lineares Materialverhalten aufweist. Die Längenänderung ΔI_G (F) kann berechnet und durch Vorversuche validiert werden. $ε_{K} (F) = \frac{Δ l_{G e s} - Δ l_{G}}{l_{K,0}} = \frac{(l_{G e s,1} - l_{G e s,0}) - Δ l_{G} (F)}{l_{k,0}}$
Bezugszeichenliste

10: Prüfzentrifuge
11: Rotor
12: Rotorachse
13: Probenaufnahme
14: Materialprobe
15: zusätzliches Gewicht
16: Drehmesssensor
17: lasergestützter Sensor
18: Auswerteeinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004055621 A1 [0003]
WO 2017168003 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Ermitteln wenigstens einer mechanischen Materialkennwertkurve einer Materialprobe (14), die eine auf die Materialprobe (14) wirkende Kraft einem bestimmten Materialkennwert zuordnet, wobei mindestens eine Materialprobe (14) an einem Rotor (11) einer Prüfzentrifuge (10) in einem gewissen Abstand zur Rotationsachse des Rotors (11) angeordnet ist und durch Drehen des Rotors (11) eine radial nach außen wirkende Zentrifugalkraft auf die Materialprobe (14) ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - kontinuierliches Ermitteln einer Weglänge einer Verformung der Materialprobe (14) mittels einer Weglängenmesseinrichtung bei variierender Rotationsgeschwindigkeit des Rotors (11) der Prüfzentrifuge, - wobei für jede ermittelte Weglänge der Verformung der Materialprobe (14) die mit der Verformung zusammenhängende Rotationsgeschwindigkeit des Rotors (11) der Prüfzentrifuge (10) mittels einer Rotationsmesseinrichtung ermittelt wird, und - wobei die ermittelten Weglängen der Verformung der Materialprobe (14) zur Ermittlung der mechanischen Materialkennwertkurve mit einer in Abhängigkeit von der jeweiligen Rotationsgeschwindigkeit und dem Abstand zur Rotationsachse ermittelten Kraft, die auf die Materialprobe (14) einwirkt, mittels einer Auswerteeinheit (18) korreliert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Weglänge der Verformung der Materialprobe (14) mittels einer laserbasierten Weglängenmesseinrichtung, mittels einer induktivbasierten Weglängenmesseinrichtung und/oder mittels einer kapazitativbasierten Weglängenmesseinrichtung ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Materialprobe (14) ein zusätzlicher Gewichtskörper mit bekannter Masse angeordnet wird, wobei die auf die Materialprobe (14) einwirkende Kraft in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit, der Masse des zusätzlichen Gewichtskörpers und dem Abstand zur Rotationsachse ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Weglänge der Verformung weiterhin in Abhängigkeit von einem bekannten Ausgangszustand der Materialprobe (14) im unverformten Zustand ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Materialprobe (14) auf dem Rotor (11) und einem Sensor der Weglängenmesseinrichtung ermittelt wird, wobei die Weglänge der Verformung der Materialprobe (14) in Abhängigkeit von einem Ursprungsabstand zwischen Materialprobe (14) und Sensor im unverformten Zustand der Materialprobe (14) und einem aktuellen Abstand zwischen Materialprobe (14) und Sensor während der Rotation des Rotors (11) mittels der Weglängenmesseinrichtung ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfzentrifuge (10) während der Ermittlung der mechanischen Kennwertkurve klimatisiert wird, um die Materialprobe (14) auf einer konstanten Temperatur innerhalb einer Temperaturtoleranz zu halten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein an dem Rotor (11) der Prüfzentrifuge (10) angeordneter Sensor der Weglängenmesseinrichtung während der Rotation des Rotors (11) kontinuierlich die ermittelten Werte drahtlos mittels einer Kommunikationseinrichtung an die Auswerteeinheit (18) übermittelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als mechanische Materialkennwertkurve ein Kraft-Weg-Verlauf, eine Spannungs- und/oder Dehnungskurve mittels der Auswerteeinheit (18) ermittelt wird.
Vorrichtung zum Ermitteln wenigstens einer mechanischen Materialkennwertkurve einer Materialprobe (14), die eine auf die Materialprobe (14) wirkende Kraft einem bestimmten Materialkennwert zuordnet, mit - einer Prüfzentrifuge, die einen Rotor (11) hat, an dem eine Aufnahme zum festen Anordnen einer Materialprobe (14) vorgesehen ist, um durch eine Rotation des Rotors (11) eine Zentrifugalkraft auf die Materialprobe (14) auszuüben, - einer Weglängenmesseinrichtung zum kontinuierlichen Ermitteln einer Weglänge einer Verformung der Materialprobe (14) bei variierender Rotationsgeschwindigkeit des Rotors (11) der Prüfzentrifuge, - einer Rotationsmesseinrichtung zum Erfassen der aktuellen Rotationsgeschwindigkeit des Rotors (11), und - einer Auswerteeinheit, die eingerichtet ist, die ermittelten Weglängen der Verformung der Materialprobe (14) zur Ermittlung der mechanischen Materialkennwertkurve mit einer in Abhängigkeit von der jeweiligen Rotationsgeschwindigkeit und dem Abstand zur Rotationsachse ermittelten Kraft, die auf die Materialprobe (14) einwirkt, zu korrelieren.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Weglängenmesseinrichtung zur lasergestützten Weglängenmessung, zur induktivgestützten Weglängenmessung und/oder zur kapazitativgestützten Weglängenmessung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (18) eingerichtet ist, die auf die Materialprobe (14) einwirkende Kraft in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit, der Masse eines zusätzlichen Gewichtskörpers, der an der Materialprobe (14) angeordnet wird, und dem Abstand zur Rotationsachse zu ermitteln.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (18) eingerichtet ist, die Weglänge der Verformung weiterhin in Abhängigkeit von einem bekannten Ausgangszustand der Materialprobe (14) im unverformten Zustand zu ermitteln.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor der Weglängenmesseinrichtung auf dem Rotor (11) angeordnet und derart eingerichtet ist, dass ein Abstand zwischen der Materialprobe (14) auf dem Rotor (11) und dem Sensor auf dem Rotor (11) während der Rotation ermittelbar ist, wobei die Auswerteeinheit (18) eingerichtet ist, die Weglänge der Verformung der Materialprobe (14) in Abhängigkeit von einem Ursprungsabstand zwischen Materialprobe (14) und Sensor im unverformten Zustand der Materialprobe (14) und einem aktuellen Abstand zwischen Materialprobe (14) und Sensor während der Rotation des Rotors (11) zu ermitteln.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfzentrifuge (10) eine Klimatisierungseinrichtung hat, die zum Klimatisieren der Prüfzentrifuge (10) während der Ermittlung der mechanischen Kennwertkurve eingerichtet ist, um die Materialprobe (14) auf einer konstanten Temperatur innerhalb einer Temperaturtoleranz zu halten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein an dem Rotor (11) angeordneter Sensor der Weglängenmesseinrichtung eine Kommunikationseinrichtung hat, die zum drahtlosen Übertragen der von dem Sensor ermittelten Werte an die Auswerteeinheit (18) eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (18) eingerichtet ist, als mechanische Materialkennwertkurve Kraft-Weg-Verläufe, Spannungs- und/oder Dehnungskurve zu ermitteln.