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Die Erfindung betrifft eine Kombination eines Ofens für Hochtemperaturmessungen zur Bestimmung von Materialeigenschaften durch Materialprüfmaschinen, mit einem Hochtemperatur-Extensometer, der Ofen bestehend aus zwei Ofenflügeln, die zwischen einer geschlossenen Konfiguration und einer geöffneten Konfiguration verstellbar sind, mit einem in mindestens einem der Ofenflügel ausgebildeten Schlitz, in den ein austauschbarer, eine Öffnung aufweisender Schlitzeinsatz eingesetzt ist, durch dessen Öffnung Fühler des Hochtemperatur-Extensometers geführt sind.
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Materialprüfmaschinen wie Universalprüfmaschinen dienen dazu, die Materialeigenschaften von Werkstoffen zu bestimmen, um so insbesondere Informationen über die Belastungsgrenzen zu sammeln und die Bereiche bestimmen zu können, in denen eine sichere Verwendung für die gewünschten Einsatzzwecke möglich ist. Da die Kenntnis dieser Belastungsgrenzen auch für die Verwendung der Werkstoffe in vielen Anwendungsfällen sicherheitsrelevant ist, gibt es ein dichtes Netz von Normen, die Vorgaben für die Durchführung der Versuche bereitstellen. Diesbezüglich kann verwiesen werden, auf die ISO 6892-1, die Metall- und Zugversuche bei Raumtemperatur betrifft, wobei es für die Bestimmung der Steigung mE ausreichend ist, die Messfühler einseitig an die Messprobe anzulegen; für die Bestimmung des E-Moduls ist jedoch eine beidseitige Messung erforderlich. Neben Untersuchungen der Materialeigenschaften bei Raumtemperatur gibt es aber auch das Erfordernis, die Materialeigenschaften bei Hochtemperatur zu kennen, wozu auf die ISO 6892-2 verwiesen werden kann.
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In der DIN EN 2002-002 wird beispielsweise für Anwendungsfälle in der Luft- und Raumfahrt bei Metall-Zugversuchen bei Hochtemperatur gefordert, dass für die E-Modul-Bestimmung eine beidseitige Messung an der Probe erfolgt. Die ISO 204 für Metall- und Zeitstandprüfung verlangt gleichfalls eine vorzugsweise beidseitige Messung auf gegenüberliegenden Seiten der Probe, was besonderer Beachtung bedarf, wenn die Überprüfung der Materialeigenschaften bei Hochtemperatur erfolgen soll, da dazu ein geeigneter Ofen für die Erhitzung der Probe bereitgestellt werden muss, der die zusätzlichen Randbedingungen berücksichtigt. Diesbezüglich kann auf die
EP 3 153 839 A1 verwiesen werden, in der eine optische Messwerterfassung der Änderungen der Material- und oder Bauteil-Probe unter ausgewählten thermischen und/oder atmosphärischen Bedingungen beschrieben ist. Aus der
CN 1 09 916 734 A ist eine Kombination eines Ofens für Hochtemperaturmessungen mit einem Hochtemperatur-Extensometer bekannt, die die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 aufweist. Öfen für Hochtemperaturmessungen sind auch in den Druckschriften
CN 1 09 883 854 A und
CN 2 04 944 182 U beschrieben.
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Neben einer optischen Messwerterfassung ist auch die Verwendung von Extensometern bekannt, die speziell für den Einsatz für hohe Temperaturen ausgelegt sein können, wie in der
DE 10 2005 025 608 B3 beschrieben. Bei der Verwendung von Extensometern ergibt sich dabei das Problem, dass diese von außen in den temperierten Innenraum des Ofens geführt werden müssen und die dafür erforderliche Öffnung die Temperaturverteilung in dem Innenraum beeinflusst, sodass es wünschenswert ist, eine möglichst kleine Öffnung verwenden zu können. Zu beachten ist weiterhin, dass der Ofen weiterhin die Möglichkeit bieten muss, auf die im Innenraum des Ofens angeordnete Probe mit der Materialprüfmaschinen einwirken zu können, sodass in dem Ofen auch axiale Gestängedurchführungen ausgebildet sein müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kombination aus einem Ofen und einem Hochtemperatur-Extensometer bereitzustellen, die hinsichtlich der Anforderungen von Hochtemperaturmessungen optimiert ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kombination der vorstehend genannten Art gelöst, bei der der Ofen über zwei Ofenflügel verfügt, die zwischen einer geschlossenen Konfiguration und einer geöffneten Konfiguration verstellbar sind. In mindestens einem der Ofenflügel ist ein Schlitz ausgebildet, in den ein austauschbarer Schlitzeinsatz eingesetzt ist. In dem Schlitzeinsatz für Extensometer ist eine Öffnung ausgebildet, durch die die Fühler des Hochtemperatur-Extensometers geführt werden können. Für ein beidseitig messendes Hochtemperatur-Extensometer sind die Fühler paarweise zusammengefasst und als Scherenfühler gestaltet, die sich in einem von dem Ende der Fühler beabstandeten Kreuzungsbereich kreuzen. Durch die Verwendung eines derartig gebildeten Extensometers ist ermöglicht, dass die Öffnung in dem Schlitzeinsatz kleiner ausfallen kann, sodass durch die Öffnung weniger Wärmeverluste eintreten, eine geringere Beeinflussung der Temperaturverteilung in dem Ofen erfolgt und damit insgesamt bessere Bedingungen für die Messung bei Hochtemperatur gegeben sind, da die Fühler nicht zueinander beabstandet auf die gegenüberliegenden Seiten der Probe durch die Öffnung geführt werden müssen.
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Durch den Kreuzungsbereich ist die Reduktion des Platzbedarfes bis zu dem Fühlerdurchmesser gegeben, wenn vorzugsweise der Kreuzungsbereich in der Öffnung oder benachbart zu dieser liegt, sodass die Öffnung auch für ein Extensometer, das zur beidseitigen Messung geeignet ist, nicht oder nur geringfügig größer sein muss als für ein Extensometer, das nur für eine einseitige Messung ausgelegt ist. Um eine bessere Eignung für die Messung bei Hochtemperatur zu haben, sind die Fühler als Keramik-Fühler ausgeführt.
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Es ist daher im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass mehrere Schlitzeinsätze mit unterschiedlichen Eigenschaften bereitgehalten werden, die in den Schlitz eingesetzt werden können, wobei die Schlitzeinsätze einer Gruppe von Schlitzeinsätzen entnommen sind, die Schlitzeinsätze ohne Öffnungen und mit Öffnungen enthält, die hinsichtlich ihrer Öffnungsabmessungen und Öffnungskonfigurationen und/oder ihrer Opazität unterschiedlich sind. Es kann damit insbesondere auch ein Schlitzeinsatz bereitgestellt werden, der einen Einblick in das Innere des Ofens ermöglicht, wobei die Opazität so gewählt sein kann, dass auch bei hohen Temperaturen ein sicherer Einblick möglich ist. Die Öffnungsabmessungen und Öffnungskonfigurationen können auf die Erfordernisse abgestimmt werden, die sich durch den Einsatz eines Extensometers ergeben, mit dem bei Hochtemperatur eine Messung auf gegenüberliegenden Seiten der Probe an beiden Enden erfolgen soll, also insgesamt vier Messfühler durch die Öffnung bis zu der Probe geführt werden müssen. Liegen Anwendungsfälle vor, bei denen weniger Messfühler ausreichen, weil beispielsweise keine Messung auf gegenüberliegenden Seiten der Probe erforderlich ist, kann der Ofen durch die Wahl eines geeigneten Schlitzeinsatzes mit angepasster Öffnung auch dafür optimiert werden.
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Die in den Schlitzeinsätzen bereitgehaltenen Öffnungen weisen unterschiedliche Öffnungsabmessungen und Öffnungskonfigurationen auf, die im Hinblick auf die durchzuführende Messung optimiert sind, also insbesondere neben einem einfachen Langloch für die Durchführung eines Zugversuches in Längsrichtung der Probe auch nach Art eines Kreuzschlitzes gekreuzte Langlöcher aufweisen können, sofern eine Breitenmessung erfolgen soll.
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Es ist weiterhin vorgesehen, dass in beiden der Ofenflügel jeweils ein Schlitz ausgebildet ist. Durch die Ausbildung von zwei Schlitzen in jedem Ofenflügel sind zwei Zugangsmöglichkeiten zu dem Inneren des Ofens bereitgestellt. Dies ermöglicht zum einen die Einführung der Fühler des Extensometers durch einen Schlitz, zum anderen kann durch den anderen Schlitz eine Temperaturmesseinrichtung geführt werden. Dabei sind unterschiedliche Konfigurationen möglich, nämlich die Anordnung des Extensometers im hinteren Bereich mit der Durchführung der Fühler für eine beidseitige Messung durch die Öffnung des entsprechend gewählten Schlitzeinsatzes und die Positionierung der Temperaturmesseinrichtung vorn. Der Schlitz hinten kann gleichfalls für die Temperaturmesseinrichtung genutzt werden, wenn beispielsweise von vorne ein einseitig messendes Extensometer durch den anderen, vorderen Schlitz geführt ist.
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Vorgesehen ist weiterhin, dass an den einander zuweisenden Rändern der Ofenflügel einer oder beider Seiten jeweils ein sich zu dem Schlitz ergänzender Teilschlitz ausgebildet ist.
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Ganz besonders bevorzugt ist es dabei, dass die Ofenflügel als Halbschalen gestaltet sind und die Schlitze sich im Querschnitt diametral gegenüber liegen, da so das Risiko minimiert ist, dass die außerhalb des Ofens anzuordnenden Apparaturen, von denen Teile durch die Schlitze in das Innere des Ofens geführt werden müssen, sich gegenseitig behindern.
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Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass die Halbschalen durch mindestens ein Scharnier miteinander verbunden sind oder auf jeweils einer Sichel gelagert sind, die um eine Achse verschwenkbar sind. Je nach der Höhenerstreckung des Ofens kann dabei ein mittig angeordnetes Scharnier ausreichend sein, wobei aber bei höheren Öfen mit einer größeren Längserstreckung die Verwendung zweier oder mehrerer gegeneinander beanstandeter Scharniere bevorzugt ist. Die Anordnung der Halbschalen auf jeweils einer Sichel ermöglicht auch die Schaffung der Zugänglichkeit für das Extensometer oder die Temperaturmesseinrichtung, die durch den Schlitz in den Ofen geführt werden können.
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Im Folgenden wird die Erfindung an in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Ofens mit zwei auf jeweils einer Sichel gelagerten Ofenflügel, gezeigt in der geschlossenen Konfiguration,
- 2 eine Vorderansicht des Ofens aus 1,
- 3 eine der 1 entsprechende Darstellung eines Ofens, dessen Ofenflügel durch zwei mit gegenseitigem Abstand angeordnete Scharniere verbunden sind,
- 4 eine der 2 entsprechende Darstellung des Ofens aus 3,
- 5 eine isolierte Darstellung eines Schlitzes des Ofens mit dem in den Schlitz eingesetzten Schlitzeinsatz mit einer Öffnung, die durch zwei sich kreuzende Langlöcher gebildet ist,
- 6 eine der 5 entsprechende Darstellung mit einem Schlitzeinsatz, der eine Öffnung in Form eines Langloches aufweist,
- 7 eine Sicht in einen Ofenflügel mit einem darin angeordneten Heizelement, Isolierschicht und Isolierplatten,
- 8 einen Querschnitt durch einen Ofen im Bereich der Isolierplatte,
- 9 ein Explosionsdarstellung eines Ofenflügels,
- 10 eine perspektivische Darstellung eines Ofens mit einem in den Schlitz eingesetztem Schlitzeinsatz, durch dessen Öffnung ein Extensometer geführt ist,
- 11 einen Querschnitt durch den Ofen aus 10 mit dem durch den einen Schlitz in den Ofeninnenraum geführten Extensometer, dessen Fühler paarweise zusammengefasst und auf den gegenüberliegenden Seiten der Probe positioniert sind, und mit einer durch den anderen Schlitz in den Ofeninnenraum geführten Temperaturmesseinrichtung, und
- 12 eine perspektivische Darstellung des Ofens mit auf Sicheln gelagerten Halbschalen in der geöffneten Konfiguration, mit dem im Hintergrund angeordneten Extensometer.
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In der 1 ist ein Ofen 1 gezeigt, der angepasst ist für die Durchführung für Hochtemperaturmessung zur Bestimmung von Materialeigenschaften mit Materialprüfmaschinen. Der Ofen 1 besteht aus zwei Ofenflügeln 2, die zwischen einer in der 1 gezeigten geschlossenen Konfiguration und einer aus der 12 ersichtlichen geöffneten Konfiguration verstellbar sind. Die Ofenflügel 2 sind als Halbschalen 3 gestaltet, wobei bei der in den 1, 2 und 12 gezeigten Ausführungsform jede Halbschale 3 auf einer Sichel 4 gelagert ist, die um eine Achse 5 verschwenkbar ist, um die Verstellung zwischen der geschlossenen Konfiguration und der geöffneten Konfiguration zu ermöglichen. In den 3 und 4 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die Halbschalen 3 durch zwei mit gegenseitigem Abstand angeordnete Scharniere 6 verbunden sind.
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Jeder Ofen 1 verfügt über mindestens einen, in den gezeigten Ausführungsbeispielen über zwei Schlitze 7, die bei den gezeigten Ausführungsformen an den einander zuweisenden Ränder 8 beider Seiten der Ofenflügel 2 als Teilschlitze gestaltet sind, die sich zu einem Schlitz 7 ergänzen. In den Schlitz 7 ist ein austauschbarer Schlitzeinsatz 9 eingesetzt, wobei der Schlitzeinsatz 9 einer Gruppe von Schlitzeinsätzen 9 entnommen sind, die Schlitzeinsätze 9 ohne Öffnungen oder mit Öffnungen 10 enthält, die hinsichtlich ihrer Öffnungsabmessungen und Öffnungskonfigurationen und/oder ihrer Opazität unterschiedlich sind. Es können damit unterschiedliche Schlitzeinsätze 9 in den Schlitz 7 eingesetzt werden, um so den Ofen 1 hinsichtlich der durchzuführenden Messung zu optimieren.
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Die 10 bis 12 zeigen die Kombination dieses Ofens 1 mit einem Hochtemperatur-Extensometer 21, dessen Fühler 22 durch die Öffnung 10 des in den Schlitz 7 eingesetzten Schlitzeinsatzes 9 in das Innere des Ofens 1 ragen, um die in der 11 dargestellte Position im Kontakt mit der Probe 23 einnehmen zu können. Die Fühler 22 des Extensometers 21 sind als Keramik-Fühler ausgebildet und in diesem Beispiel paarweise zusammengefasst, um eine insbesondere normgerechte, beidseitige Messung auf den gegenüberliegenden Seiten der Probe 23 bei Hochtemperatur durchführen zu können. Um dabei die Breite der Öffnung 10 begrenzen zu können, kreuzen sich die als Scherenfühler gestalteten Fühler 22 in einem von dem Ende des Fühlers 22 beabstandeten Kreuzungsbereich 24, der vorzugsweise direkt in der Öffnung 10 oder benachbart zu dieser liegt. Nur der Ordnung halber wird darauf hingewiesen, dass die Fühler 22 in dieser Konfiguration an eine Schere erinnern, dabei aber die Fühler 22 nicht durch ein Gelenk miteinander verbunden sind, um eine Verfälschung der Messergebnisse zu vermeiden.
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Da zwei Schlitze 7 vorliegen, kann durch den einen Schlitz 7 das Extensometer 21 und durch den anderen Schlitz 7 eine Temperaturmesseinrichtung 25 geführt werden, wobei die Zuordnung zu dem einen oder dem anderen Schlitz 7 frei oder entsprechend den Rahmenbedingungen der durchzuführenden Messung gewählt werden kann. Die Bestückung der Schlitze 7 erfolgt dabei auch mit für die Messung optimierten Schlitzeinsätzen 9.
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5 zeigt einen Schlitzeinsatz 9 mit zwei sich kreuzenden Langlöchern 11, während die 6 einen Schlitzeinsatz 9 zeigt, der als Öffnung 10 ein sich parallel zur Längsachse des Ofens 1 erstreckendes Langloch 11 aufweist.
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Die 7 und 9 lassen erkennen, dass der Ofen 1 in jedem Ofenflügel 2 innenseitig eine in Umfangsrichtung verlaufende Isolierschicht 12 aufweist, auf der nach innen versetzt als ein getrenntes Bauteil ein Heizelement 13 angeordnet ist. Das Heizelement 13 kann zur Ofenmitte hin entnommen werden. Das Heizelement 13 funktioniert als elektrische Widerstandsheizung, wobei die Heizdrähte so angeordnet sind, dass in dem Heizelement 13 ein Schlitz ausgebildet werden kann, der deckungsgleich zu einem Schlitz in der Isolierschicht 12 ist und so insgesamt den Schlitz 7 für den Ofenflügel 2 bilden. Die 7 und 9 lassen auch erkennen, dass der elektrische Anschluss 14 des Heizelementes 13 von der Unterseite erfolgt, sodass die Isolierschicht 12 für die Verbindung des Heizelementes 13 mit dem Anschluss 14 nicht beeinträchtigt werden muss.
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Die 8 zeigt, dass die beiden Isolierschichten 12 aus den zwei Ofenflügeln 2 in den Kontaktflächen 15 sich axial erstreckende komplementäre Positiv-Negativ-Strukturen 16 zur Generierung eines Formschlusses aufweisen, wobei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Nut-Feder-Verbindung gezeigt ist.
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Wiederum die 7 und 9 lassen erkennen, dass auf der Oberseite und der Unterseite jeweils eine austauschbare Isolierplatte 17 zur Heizelementfixierung mit einer Gestängedurchführung 18 angeordnet ist, und dass die Isolierplatte einen sich in Umfangsrichtung erstreckende Bund 19 zur Anlage aus einen Gegenbund 20 des Ofenflügels 2 aufweist. Die Gestängedurchführung 18 kann insbesondere dazu genutzt werden, das der Materialprüfmaschine zugeordnete Gestänge in das Innere des Ofens 1 zu führen, um dort die Probe mit den zu untersuchende Materialeigenschaft zu halten bzw. zu spannen für die Einleitung der erforderlichen Kraft.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ofen
- 2
- Ofenflügel
- 3
- Halbschale
- 4
- Sichel
- 5
- Achse
- 6
- Scharnier
- 7
- Schlitz
- 8
- Rand
- 9
- Schlitzeinsatz
- 10
- Öffnung
- 11
- Langloch
- 12
- Isolierschicht
- 13
- Heizelement
- 14
- Anschluss
- 15
- Kontaktfläche
- 16
- Positiv-Negativ-Struktur
- 17
- Isolierplatte
- 18
- Gestängedurchführung
- 19
- Bund
- 20
- Gegenbund
- 21
- Extensometer
- 22
- Fühler
- 23
- Messprobe
- 24
- Kreuzungsbereich
- 25
- Temperaturmesseinrichtung
