DE10245372A1

DE10245372A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Belastung von Proben

Info

Publication number: DE10245372A1
Application number: DE2002145372
Authority: DE
Inventors: Josef Eichner; Franz Prieschl
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2002-09-28
Filing date: 2002-09-28
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2022-09-29
Also published as: DE10245372B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Belastung von Proben zur Ermittlung von Werkstoffdaten. DOLLAR A Derartige Vorrichtungen verfügen über einen Rahmen (10) zur Halterung der Probe (11). DOLLAR A Erfindungsgemäß sind mit Hilfe des Rahmens (10) auf die Probe (11) gleichzeitig eine Belastung mit hoher Frequenz und eine Belastung mit niedriger Frequenz unabhängig voneinander aufbringbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Belastung von Proben zur Ermittlung von Werkstoffdaten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des weiteren betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs B.
Vorrichtungen zur Belastung von Proben bzw. Werkstoffprüfung sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. So wird bei derartigen Vorrichtungen eine Probe in einem Rahmen positioniert, um die Probe zur Prüfung zu fixieren und so auf die Probe eine Belastung gezielt aufzubringen.

Aus dem Stand der Technik sind auch Vorrichtungen zur Werkstoffprüfung bekannt, bei welchen niederfrequente Belastungen hochfrequenten Belastungen überlagert werden können. Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen arbeiten nach einer Resonanzmethode bei Frequenzen von einigen Tausend Hertz. Bei derartigen auf dem Prinzip der Resonanzmethode beruhenden Vorrichtungen besteht stets eine Abhängigkeit zwischen den niederfrequenten Belastungen und den hochfrequenten Belastungen. Ferner benötigen derartige Vorrichtungen eine komplexe Steuerungs- bzw. Regelungseinrichtung.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Belastung von Proben zur Ermittlung von Werkstoffdaten sowie ein entsprechendes Verfahren zu schaffen.

Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass die Eingangs genannte Vorrichtung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 weitergebildet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 8 gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß sind auf die im Rahmen positionierte Probe mit Hilfe des Rahmens gleichzeitig eine Belastung mit hoher Frequenz und eine Belastung mit niedriger Frequenz unabhängig voneinander aufbringbar, wobei in der Probe ein einachsiger Spannungszustand erzeugt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt keine komplexe Steuerungs- bzw. Regelungseinrichtung.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verfügt der Rahmen über eine obere Traverse und über eine untere Traverse, wobei die untere Traverse der Aufbringung einer niederfrequenten Zugbelastung auf die Probe und die obere Traverse der Aufbringung einer hochfrequenten Biegebelastung auf die Probe dient, und wobei die obere Traverse unabhängig von der unteren Traverse steuerbar oder regelbar ist. Eine derartige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt einen besonders einfachen Aufbau derselben. Eine niederfrequente Zugbelastung kann gleichzeitig und unabhängig von einer hochfrequenten Biegebelastung auf die Probe aufgebracht werden.

Vorzugsweise ist die obere Traverse gegenüber der unteren Traverse drehbar ausgebildet. Die Erfindung erlaubt mit besonders einfachen konstruktiven Mitteln das gleichzeitige Aufbringen der hochfrequenten Biegebelastung und der niederfrequenten Zugbelastung auf die Probe.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der oberen Traverse ein Motor zur Erzeugung einer Drehbewegung derselben zugeordnet ist, wobei der Motor mit Hilfe eines exzentrisch gelagerten Hebels an der oberen Traverse angreift. Der Motor ist vorzugsweise als Elektromotor ausgebildet. Auf diese Art und Weise sind Frequenz und Niveau der Biegebelastung einfach und unabhängig voneinander einstellbar.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1: eine schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Belastung von Proben zur Ermittlung von Werkstoffdaten im Querschnitt.
1 zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer Vorrichtung zur Belastung von Proben zur Ermittlung von Werkstoffdaten oder Werkstoffeigenschaften.
Die dort gezeigte Vorrichtung verfügt über einen Rahmen 10, wobei im Rahmen 10 eine hinsichtlich der Werkstoffdaten zu untersuchende Probe 11 positioniert bzw. fixiert ist. Der Rahmen 10 verfügt gemäß 1 über eine untere Traverse 12 und über einen obere Traverse 13. Mit einem ersten Ende 14 ist die Probe 11 in der unteren Traverse 12 geführt, mit einem zweiten Ende 15 in der oberen Traverse 13. Zwischen den Enden 14, 15 der Probe 11 befindet sich ein Abschnitt 16 derselben, auf welchen mit Hilfe des Rahmens 10 eingebrachte Beanspruchungen gezielt einwirken.
Über die untere Traverse 12 des Rahmens 10 ist auf die Probe 11 eine niederfrequente Zugbelastung aufbringbar. Diese niederfrequente Zugbelastung ist in 1 durch einen Pfeil 17 verdeutlicht. Erfindungsgemäß ist über die obere Traverse 13 des Rahmens 10 auf die Probe 11 unabhängig von sowie gleichzeitig zu der über die untere Traverse 12 aufgebrachten niederfrequenten Zugbelastung eine hochfrequente Belastung auf die Probe 11 aufbringbar. Bei dieser mit Hilfe der oberen Traverse 13 auf die Probe 11 aufbringbaren Belastung handelt es sich um eine hochfrequente Biegebeanspruchung. Dies ist in 1 durch den Doppelpfeil 18 veranschaulicht. Hochfrequente Biegebelastungen und niederfrequente Zugbelastungen sind demnach mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung gleichzeitig und unabhängig voneinander auf die Probe 11 aufbringbar, wobei im relevanten Abschnitt 16 ein einachsiger Spannungszustand aus Zug- und Biegespannungen erzeugt wird.
Die obere Traverse 13 des Rahmens 10 der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist gegenüber der unteren Traverse 12 drehbar ausgebildet und unabhängig von derselben steuerbar bzw. regelbar. Zur Erzeugung der Drehbewegung der oberen Traverse 13 gegenüber der unteren Traverse 12 ist der oberen Traverse 13 eine Einrichtung zur Erzeugung einer Drehbewegung zugeordnet. Bei dieser Einrichtung zur Erzeugung der Drehbewegung handelt es sich vorzugsweise um einen nicht-dargestellten Elektromotor. Dieser greift über einen exzentrisch gelagerten Hebel 19 an der oberen Traverse 13 an. Ferner ist die obere Traverse 13 mit verschleißarmen Gleitlagern gelagert, um die Drehbewegung derselben zu ermöglichen.
Die über die untere Traverse 12 des Rahmens 10 auf die Probe 11 aufbringbare Zugbelastung kann pneumatisch oder hydraulisch oder auf sonstige Weise erzeugt werden. Mit Hilfe eines nicht-dargestellten Antriebs, der an der oberen Traverse 13 angreift, ist die obere Traverse 13 in Form einer oszillierenden Drehbewegung gegenüber der unteren Traverse 12 hin- und herbewegbar.
Über die Steuerung bzw. Regelung der Drehfrequenz des Antriebs lässt sich die Frequenz der Biegebelastung einstellen. Durch eine Änderung in der Exzenterauslegung des an der oberen Traverse 13 angreifenden Hebels 19 lässt sich das Niveau bzw. die Größe der Biegebelastung verändern. Hieraus folgt unmittelbar, dass auf besonders einfache Art und Weise eine niederfrequente Zugbelastung und eine hochfrequente Biegebelastung auf die Probe 11 gleichzeitig und unabhängig voneinander aufgebracht werden können. Zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist keine spezielle Infrastruktur erforderlich. Insbesondere kann auf eine komplexe Steuerungs- bzw. Regelungseinrichtung verzichtet werden. Ferner lassen sich Frequenz und Niveau der Biegebelastung unabhängig voneinander einstellen.
Die Frequenz der auf die Probe aufgebrachten hochfrequenten Biegebelastung ist abhängig vom Antrieb und kann z.B. bei einem Elektromotor 50–100 Hz betragen.
Gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Werkstoffprüfung verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über den weiteren Vorteil, dass herkömmliche Werkstoffproben mit geläufigen Abmessung und Formgebungen verwendet werden können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung verfügt über ein breites Anwendungsspektrum und eignet sich besonders zur Ermittlung der Materialeigenschaften von Verdichter- und Turbinenschaufeln eines Triebwerks. Die Vorrichtung erlaubt eine Prüfmethode, mit der festigkeitsrelevante Oberflächeneinflüsse mit betriebsnahen Belastungsmethoden ermittelt werden können.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Belastung von Proben zur Ermittlung von Werkstoffdaten wird so vorgegangen, dass eine Probe 11 in einem Rahmen 10 angeordnet und hierbei fixiert wird. Die Probe 11 wird hierzu mit einem ersten Ende 14 in der unteren Traverse 12 und mit einem zweiten Ende 15 in der oberen Traverse 13 des Rahmens 10 positioniert. Auf die Probe 11 werden gleichzeitig und unabhängig voneinander eine Belastung mit hoher Frequenz und eine Belastung mit niedriger Frequenz aufgebracht. Hierzu wird die untere Traverse 12 des Rahmens 10 mit einer niederfrequenten Zugbelastung beaufschlagt, wohingegen die obere Traverse 13 des Rahmens 10 mit einer hochfrequenten Biegebelastung beaufschlagt wird. Die obere Traverse 13 wird gegenüber der unteren Traverse 12 mit einer hohen Frequenz hin- und herbewegt, nämlich gedreht. Die obere Traverse 13 des Rahmens 10 wird hierbei unabhängig von der unteren Traverse 12 desselben gesteuert oder geregelt.

10: Rahmen
11: Probe
12: Traverse
13: Traverse
14: Ende
15: Ende
16: Bereich
17: Pfeil
18: Doppelpfeil
19: Hebel

Claims

Vorrichtung zur Belastung von Proben zur Ermittlung von Werkstoffdaten, mit einem Rahmen (10) zur Halterung der Probe (11), dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des Rahmens (10) auf die Probe (11) gleichzeitig eine Belastung mit hoher Frequenz und eine Belastung mit niedriger Frequenz unabhängig voneinander aufbringbar sind, wobei in der Probe (11) ein einachsiger Spannungszustand erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen über eine obere Traverse (13) und über eine untere Traverse (12) verfügt, wobei die obere Traverse (13) unabhängig von der unteren Traverse (12) steuerbar oder regelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Traverse (12) der Aufbringung einer niederfrequenten Zugbelastung auf die Probe (11) dient.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Traverse (13) der Aufbringung einer hochfrequenten Biegebelastung auf die Probe (11) dient.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Traverse (13) gegenüber der unteren Traverse (12) drehbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der oberen Traverse (13) eine Einrichtung zur Erzeugung einer Drehbewegung, insbesondere ein Motor, zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung der Drehbewegung mit Hilfe eines exzentrisch gelagerten Hebels (19) an der oberen Traverse (13) angreift.
Verfahren zur Bealstung von Proben zur Ermittlung von Werkstoffdaten, wobei die Probe in einem Rahmen zur Halterung der Probe angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Probe gleichzeitig und unabhängig voneinander eine Belastung mit hoher Frequenz und eine Belastung mit niedriger Frequenz aufgebracht wird, wobei in der Probe ein einachsiger Spannungszustand erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass hierzu eine obere Traverse des Rahmens unabhängig von einer unteren Traverse desselben gesteuert oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass über die untere Traverse des Rahmens die Probe mit einer niederfrequenten Zugbelastung beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass über die obere Traverse des Rahmens die Probe mit einer hochfrequenten Biegebelastung beaufschlagt wird.