DE10245372B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Belastung von Proben - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung
zur Belastung von Proben zur Ermittlung von Werkstoffdaten, mit
einem Rahmen (10) zur Halterung der Probe (11), wobei der Rahmen
(10) über eine
obere Traverse (13) und über
eine untere Traverse (12) verfügt
und die obere Traverse (13) unabhängig von der unteren Traverse
(12) steuerbar oder regelbar ist und die untere Traverse (12) der
Aufbringung einer niederfrequenten Zugbelastung auf die Probe (11)
dient, wobei die obere Traverse (13) gegenüber der unteren Traverse (12) zur
Aufbringung einer hochfrequenten Biegebelastung auf die Probe (11)
drehbar ausgebildet ist, um in der Probe einen einachsigen Spannungszustand
zu erzeugen, und der oberen Traverse (13) eine Einrichtung zur Erzeugung
einer Drehbewegung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die Einrichtung zur Erzeugung der Drehbewegung mit Hilfe eines exzentrisch
gelagerten Hebels (19) an der oberen Traverse (13) angreift.
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 2.
- 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.
- So offenbart WO 99/39177A1 eine Vorrichtung zur Belastung von Proben zur Ermittlung von Werkstoffdaten mit einem Rahmen zur Halterung, wobei der Rahmen über eine obere und eine untere Traverse verfügt und die obere Traverse unabhängig von der unteren Traverse steuerbar oder regelbar ist. Dabei dient die untere Traverse der Aufbringung einer niederfrequenten Zugbelastung und die obere Traverse zur Aufbringung einer hochfrequenten Biegebelastung. Hierfür wird ein sehr komplexer Mechanismus mit vier linear arbeitenden Aktuatoren in Resonanzmethode verwendet, durch den die obere Traverse drehbar ausgebildet ist.
- Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine vereinfachte 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 2 gekennzeichnet.
- Erfindungsgemäß ist der oberen Traverse ein exzentrisch gelagerter Hebel zur Erzeugung einer Drehbewegung zugeordnet, wobei der Hebel insbesondere mit Hilfe eines Motors angetrieben wird. 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 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 Rahmen10 eine hinsichtlich der Werkstoffdaten zu untersuchende Probe11 positioniert bzw. fixiert ist. Der Rahmen10 verfügt gemäß1 über eine untere Traverse12 und über einen obere Traverse13 . Mit einem ersten Ende14 ist die Probe11 in der unteren Traverse12 geführt, mit einem zweiten Ende15 in der oberen Traverse13 . Zwischen den Enden14 ,15 der Probe11 befindet sich ein Abschnitt16 derselben, auf welchen mit Hilfe des Rahmens10 eingebrachte Beanspruchungen gezielt einwirken. - Über die untere Traverse
12 des Rahmens10 ist auf die Probe11 eine niederfrequente Zugbelastung aufbringbar. Diese niederfrequente Zugbelastung ist in1 durch einen Pfeil17 verdeutlicht. Über die obere Traverse13 des Rahmens10 ist auf die Probe11 unabhängig von sowie gleichzeitig zu der über die untere Traverse12 aufgebrachten niederfrequenten Zugbelastung eine hochfrequente Belastung auf die Probe11 aufbringbar. Bei dieser mit Hilfe der oberen Traverse13 auf die Probe11 aufbringbaren Belastung handelt es sich um eine hochfrequente Biegebeanspruchung. Dies ist in1 durch den Doppelpfeil18 veranschaulicht. Hochfrequente Biegebelastungen und niederfrequente Zugbelastungen sind demnach mit Hilfe der Vorrichtung gleichzeitig und unabhängig voneinander auf die Probe11 aufbringbar, wobei im relevanten Abschnitt16 ein einachsiger Spannungszustand aus Zug- und Biegespannungen erzeugt wird. - Die obere Traverse
13 des Rahmens10 der Vorrichtung ist gegenüber der unteren Traverse12 drehbar ausgebildet und unabhängig von derselben steuerbar bzw. regelbar. Zur Erzeugung der Drehbewegung der oberen Traverse13 gegenüber der unteren Traverse12 ist der oberen Traverse13 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 erfindungsgemäß über einen exzentrisch gelagerten Hebel19 an der oberen Traverse13 an. Ferner ist die obere Traverse13 mit verschleißarmen Gleitlagern gelagert, um die Drehbewegung derselben zu ermöglichen. - Die über die untere Traverse
12 des Rahmens10 auf die Probe11 aufbringbare Zugbelastung kann pneumatisch oder hydraulisch oder auf sonstige Weise erzeugt werden. Mit Hilfe des nicht-dargestellten Antriebs, der an der oberen Traverse13 angreift, ist die obere Traverse13 in Form einer oszillierenden Drehbewegung gegenüber der unteren Traverse12 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 Hebels19 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 Probe11 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.
- 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 Rahmen10 angeordnet und hierbei fixiert wird. Die Probe11 wird hierzu mit einem ersten Ende14 in der unteren Traverse12 und mit einem zweiten Ende15 in der oberen Traverse13 des Rahmens10 positioniert. Auf die Probe11 werden gleichzeitig und unabhängig voneinander eine Belastung mit hoher Frequenz und eine Belastung mit niedriger Frequenz aufgebracht. Hierzu wird die untere Traverse12 des Rahmens10 mit einer niederfrequenten Zugbelastung beaufschlagt, wohingegen die obere Traverse13 des Rahmens10 mit einer hochfrequenten Biegebelastung beaufschlagt wird. Die obere Traverse13 wird gegenüber der unteren Traverse12 mit einer hohen Frequenz gedreht. Die Drehbewegung der oberen Traverse13 des Rahmens10 wird hierbei unabhängig von der unteren Traverse12 desselben mit Hilfe eines exzentrisch gelagerten Hebels19 erzeugt.
Claims (2)
- Vorrichtung zur Belastung von Proben zur Ermittlung von Werkstoffdaten, mit einem Rahmen (
10 ) zur Halterung der Probe (11 ), wobei der Rahmen (10 ) über eine obere Traverse (13 ) und über eine untere Traverse (12 ) verfügt und die obere Traverse (13 ) unabhängig von der unteren Traverse (12 ) steuerbar oder regelbar ist und die untere Traverse (12 ) der Aufbringung einer niederfrequenten Zugbelastung auf die Probe (11 ) dient, wobei die obere Traverse (13 ) gegenüber der unteren Traverse (12 ) zur Aufbringung einer hochfrequenten Biegebelastung auf die Probe (11 ) drehbar ausgebildet ist, um in der Probe einen einachsigen Spannungszustand zu erzeugen, und der oberen Traverse (13 ) eine Einrichtung zur Erzeugung einer Drehbewegung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung der Drehbewegung mit Hilfe eines exzentrisch gelagerten Hebels (19 ) an der oberen Traverse (13 ) angreift. - Verfahren zur Belastung von Proben zur Ermittlung von Werkstoffdaten, wobei die Probe in einem Rahmen (
10 ), mit einer oberen Traverse (13 ) und einer unteren Traverse (12 ) zur Halterung angeordnet wird und die obere Traverse (13 ) des Rahmens unabhängig von der unteren Traverse (12 ) desselben gesteuert oder geregelt wird und über die untere Traverse des Rahmens (10 ) die Probe mit einer niederfrequenten Zugbelastung beaufschlagt wird und die obere Traverse (13 ) gegenüber der unteren Traverse (12 ) gedreht und die Probe somit über die obere Traverse (13 ) mit einer hochfrequenten Biegebelastung beaufschlagt wird, um in der Probe (11 ) einen einachsigen Spannungszustand zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehbewegung mit Hilfe eines exzentrisch gelagerten Hebels (19 ) an der oberen Traverse (13 ) erzeugt wird.
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