DE19904414C2 - Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften von Bauteilen aus metallischen Werkstoffen - Google Patents

Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften von Bauteilen aus metallischen Werkstoffen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften von Bauteilen aus metallischen Werkstoffen, insbesondere aus austenitischem und austenitisch­ ferritischem Stahl.
Zur Ermittlung der Beanspruchungsgrenzen sind aus der Werkstofftechnik eine Vielzahl von Verfahren zur mechanischen Werkstoffprüfung bei zügiger Beanspruchung und bei dynamischer Beanspruchung bekannt, wobei diese Verfahren dadurch charakterisiert sind, daß diese zur Erlangung des Ergebnisses eine Zerstörung eines Probekörpers aus dem Material des zu prüfenden Bauteiles erforderlich machen, weshalb eine unmittelbare Prüfung am Bauteil nicht erfolgen kann. Als einzelne, mit diesen Verfahren ermittelbare Größen werden beispielhaft die folgenden genannt:
  • 1. Feststellung der anfänglichen plastischen Deformation beim Eindrücken eines transparenten sphärischen Indentors in den Probekörper;
  • 2. Ermittlung des Verhaltens eines Werkstoffes unter Zugbeanspruchung, insbesondere Zugfestigkeits- und Verformungskennwerte;
    • 1. 2.1 Proportionalitätsgrenze P;
    • 2. 2.2 Elastizitätsgrenze E;
    • 3. 2.3 Streck- oder Fließgrenze R;
    • 4. 2.4 Bruchgrenze B;
    • 5. 2.5 Zerreißgrenze;
  • 3. Ermittlung der Dauerschwingfestigkeit.
Zur Ermittlung der anfänglichen plastischen Deformation ist aus der Druckschrift S. M. Markowetz: "Die Feststellung der mechanischen Metalleigenschaften nach Härte"-Moskau, Maschinenbau - 1979 - Seiten 159-161, bekannt, welches auf der optischen Kontrolle des Vorhandenseins des anfänglichen restlichen Eindruckes auf der geprüften Oberfläche basiert. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht im wesentlichen darin, daß man nur die Möglichkeit hat, den Eindruck von der Oberfläche zu beobachten, wobei es bekannt ist, daß die maximale Spannung und folglich die anfängliche plastische Deformation bei der Kontaktwechselwirkung eines sphärischen Körpers, welcher in die Oberfläche mit der flachen oder krummlinigen Oberfläche eingedrückt wird, unter der Oberfläche entstehen, weshalb diese Deformation mittels der optischen Methode nicht genau ermittelt werden kann.
Die Ermittlung der Zugfestigkeits- und Verformungskennwerte erfolgt in einfachster Weise mittels eines sogenannten Zugversuches, wie er in Gehrig, Bruhn, Danner, Endroschat, Göbbert, Kross, Komoll: "Kraftfahrzeugtechnik", Westermann-Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig 1991, Seiten 98-99 beschrieben ist. Demnach wird ein genormtes Probestück aus einem bestimmten Werkstoff in einer Universaiprüfmaschine an beiden Seiten eingespannt und bis zum Bruch gedehnt. Über eine Meßeinrichtung wird die Verlängerung der Probe entsprechend der Zugkraft in einem Diagramm, dem sogenannten Kraft- Verlängerungs-Diagramm aufgezeichnet. Werden die Zugkraft F auf den Anfangsquerschnitt und die Gesamtverlängerung auf die Anfangslänge bei Raumtemperatur bezogen, entsteht dann das sogenannte Spannungs-Dehnungs- Diagramm. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß der Prüfkörper dabei zerstört wird, so daß eine Ermittlung der einzelnen Kennwerte nicht an einem fertigen Bauteil erfolgen kann.
Es ist des weiteren ein Feststellungsverfahren für die mechanischen Metalleigenschaften bekannt, welches darin besteht, daß auf der Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles eine Ringnut und zwei mit ihr verbundene Blindnuten eingearbeitet werden, die einen Steg bilden. Die Nutwände werden dann der Zugwirkung ausgesetzt, und die Abhängigkeit der Deformation von der Zugkraft wird mittels eines auf dem Steg aufgestellten Gebers bestimmt. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es notwendig ist, den Spannungskonzentrator auf dem Prüfbauteil aufzutragen. Des weiteren können die Messungen nicht genau durchgeführt werden aufgrund der starren Verbindung des gedehnten Teilbereiches des Metalls, insbesondere des Steges, mit dem Grundteil des Bauteils.
Des weiteren sind zur Ermittlung der Zugfestigkeits- und Verformungskennwerte auch berechnungsexperimentelle Konstruktionsmethoden bekannt, bei welchen das Diagramm der koaxialen Stoffdeformation aus dem experimentellen Diagramm des kontinuierlichen zyklischen Eindrückens von starren, kugelförmigen indentoren betrachtet werden. Dabei wird eine kontinuierliche Eindringkurve ermittelt und numerisch mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) in eine Spannungs-Dehnungs-Kennlinie umgesetzt. Dieses Verfahren ist in der Druckschrift Kontrolle: "Modifiziertes Härteprüfverfahren", 10/94, Seiten 52 ff. beschrieben. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in der Verwendung des phänomenologischen Herangehens zur Konstruktion des Deformationsdiagrammes aus dem Eindrückdiagramm des kugelförmigen Indentors, welches auf einem mathematischen Modell basiert und in dem die Methode der schrittweisen Näherung bei der Feststellung der Verbindung zwischen der Spannung und der Deformation verwendet wird.
Zur Ermittlung der Dauerschwingfestigkeits-Kennwerte sind Verfahren bekannt, bei denen die Feststellung der zyklischen Festigkeit anhand von Prüfungen von Probestücken erfolgt, welche aus dem Werkstoff bestehen, das dem Konstruktionswerkstoff entspricht. Es ist jedoch auch denkbar, das Probestück aus dem Konstruktionswerkstoff zu entnehmen. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in der Ungenauigkeit der Festigkeitsfeststellung und, für den zweiten genannten Fall, in der Notwendigkeit der Beschädigung des zu prüfenden Bauteiles. Des weiteren sind diese Verfahren durch erhebliche Kosten und die Unmöglichkeit, die Betriebseinwirkung zu berechnen, wenn die Feststellung der zyklischen Festigkeit von Konstruktionen im Laufe oder nach der geplanten Betriebsdauer durchgeführt wird, charakterisiert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Feststellung der mechanischen Werkstoffeigenschaften an einem Objekt bzw. zu prüfenden Bauteil aus einem metallischen Werkstoff zu entwickeln, wodurch die oben genannten Nachteile vermeiden werden. Das zu entwickelnde Verfahren und die zu entwickelnde Vorrichtung sollen sich dadurch auszeichnen, daß die Ermittlung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere Werkstoffkennwerte auch am fertiggestellten und eingebauten Bauteil erfolgen kann, ohne daß dieses ausgebaut oder zerstört wird. Des weiteren sollen die Prüfmethode und die Prüfvorrichtung unabhängig von der Dauer des Einsatzes des Werkstoffes des zu prüfenden Bauteile verläßlich einsetzbar sein. Angestrebt wird auch eine Prüfmethode und eine Prüfvorrichtung, die die Feststellung einer Mehrzahl der mechanischen Eigenschaften, welche bisher mit verschiedenen Methoden ermittelt wurden, zuläßt.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 11 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird zur Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften von wenigstens einem Teilbereich eines Bauteiles aus metallischem Werkstoff ein Indentor verwendet, welcher mechanisch auf die Oberfläche des zu prüfenden Objekt- bzw. Bauteilbereiches einwirkt. Dabei werden die mechanischen Werkstoffeigenschaften aus einer, das Magnetisierungsverhalten im Einwirkbereich des Indentors am zu prüfenden Objektbereich wenigstens mittelbar beschreibenden Größe ermittelt bzw. abgeleitet. Die Ermittlung der mechanischen Werkstoffeigenschaften in der Einwirkzone erfolgt dabei
  • a) wenigstens mittelbar aus der Abhängigkeit zwischen der Eindrückkraft und der Intensität der Magnetisierung in der Einwirkzone oder
  • b) aus dem Abhängigkeitsverlauf zwischen der Eindrückkraft und der Intensität der Magnetisierung in der Einwirkzone.
Der Erfinder hat erkannt, daß die einzelnen mechanischen Eigenschaftskennwerte von metallischen Werkstoffen, insbesondere austenitischen oder austenititsch-ferritischen Metallen, örtlich wenigstens mittelbar aus den Änderungen in ihrer kristallinen Struktur bei Beanspruchung ermittelt werden können, wobei die Magnetisierungsintensität bzw. eine Änderung dieser als Indikator dafür nutzbar ist. Die sich unter einer örtlichen Beanspruchung ergebenden Gitterdehnungen, Stauchungen und Verzerrungen bedingen - je nach Größe und Dauer dieser - eine Änderung im Aufbau der Gitterstruktur im entsprechenden Bereich, die dann wiederum Ausgangspunkt für Schädigungen sein kann und sich in einer Änderung der Magnetisierungsintensität niederschlägt. Aus der Abhängigkeit von Einwirkkraft des Indentors in einer Einwirkzone und der Magnetisierungsintensität in diesem Bereich lassen sich dann die entsprechend gewünschten Werkstoffkennwerte
  • a) direkt, d. h. unmittelbar oder
  • b) indirekt, d. h. über Vergleiche mit Referenzwerten, welche an Probestücken des gleichen Metalls, wie des des zu prüfenden Bauteils erfolgen
ermitteln.
Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß aufgrund der Erfassung des Magnetisierungsverhaltens, insbesondere des Zusammenhanges zwischen der Eindrückkraft des Indentors und der Intensität der Magnetisierung in der Einwirkzone entweder unmittelbar oder aber mittelbar über Vergleiche mit Referenzwerten von Probestücken aus dem gleichen Metall die mechanischen Eigenschaftskennwerte eines bereits eingebauten fertigen Objektes bzw. Bauteiles, insbesondere von stark beanspruchten Teilbereichen während der Betriebsdauer bzw. sicher zu einem beliebigen Zeitpunkt während der Betriebsdauer ermittelt werden können, ohne daß dieses zerstört oder ausgebaut werden müßte. Insbesondere kann damit auch die Ermittlung der mechanischen Werkstoffkennwerte, insbesondere der Festigkeitseigenschaften in einzelnen unterschiedlich beanspruchten Bereichen unabhängig voneinander erfolgen, ohne daß das Ergebnis verfälscht wird.
Über das Magnetisierungsverhalten lassen sich wenigstens die folgenden mechanischen Werkstoffeigenschaften ermitteln:
  • 1. der Beginn der plastischen Deformation;
  • 2. Zugfestigkeits- und Verformungskennwerte;
    • 1. 2.1 Proportionalitätsgrenze P;
    • 2. 2.2 Elastizitätsgrenze E;
    • 3. 2.3 Streck- oder Fließgrenze R;
    • 4. 2.4 Bruchgrenze B;
    • 5. 2.5 Zerreißgrenze;
  • 3. die Dauerfestigkeit.
Der bei allen Verfahren erfindungsgemäß verwendbare Indentor umfaßt vorzugsweise einen im wesentlichen mit einer wenigstens teilweise kugelförmigen Oberfläche ausgestatteten Eindrück- bzw. Einwirkkörper. Mit diesem gekoppelt ist vorzugsweise ein Grundkörper, welcher wenigstens zum Teil aus einem magnetischen Werkstoff besteht und dem Magnetisierungs- und Messungseinrichtungen, vorzugsweise in Form von jeweils wenigstens einer Erreger- und Meßwicklung zugeordnet sind. Grundkörper, Einwirkkörper und die Magnetisierungs- und Meßeinrichtungen bilden vorzugsweise eine bauliche Einheit, welche in ihrer Gesamtheit als Indentorbaueinheit bezeichnet wird und ein gemeinsames Gehäuse aufweist. Dabei wird mittels der Indentorbaueinheit gleichzeitig eine Magnetisierung im Bereich der Einwirkzone vorgenommen und deren Intensität gemessen. Der Eindrück- und der Grundkörper können als bauliche Einheit oder von separaten Bauteilen, welche nicht zu einer baulichen Einheit verbunden sind, gebildet werden. Die bauliche Einheit dieser beiden Elemente stellt eine besonders vorteilhafte Ausführung mit hohem Kompaktheitsgrad dar. In der folgenden Beschreibung wird allgemein der Begriff Indentor verwendet, wobei unter diesem immer ein Einwirkkörper mit in irgendeiner Weise zugeordneten Magnetisierungs- und Meßeinrichtungen sowie einem, wenigstens teilweise aus einem magnetisierbaren Material bestehenden Grundkörper verstanden wird. Dabei können die Teile einzeln miteinander kombiniert sein oder aber in einer Baueinheit zusammengefaßt werden.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist zur Reduzierung bzw. zum Ausschluß von Einflüssen auf das zu erfassende Ergebnis bezüglich des Magnetisierungsverhaltens im Bereich der Einwirkzone, welche nicht vom zu prüfenden Material stammen, der Grundkörper wie folgt ausgestaltet: Der Grundkörper umfaßt eine Kraftaufbringvorrichtung, welche in Richtung auf die Oberfläche des zu prüfenden Materials auf den Einwirkkörper wenigstens mittelbar einwirkt und gegenüber den übrigen Bauelementen, z. B. dem Gehäuse verschiebbar geführt ist. Die Kraftaufbringvorrichtung ist dabei frei von metallischen Fraktionen, welche auf die Ausrichtung eines dieses durchsetzenden Magnetfeldes Einfluß nehmen könnten und wird von einer magnetisierbaren Hülle zur Realisierung eines Magnetpols in Form eines Führungskörpers umschlossen. Die Kraftaufbringungsvorrichtung ist beispielsweise aus Keramik oder Saphir aufgebaut. Der Führungskörper besteht wenigstens teilweise aus einem Karbid-Wolfram-Gemisch.
Die Funktion des erfindungsgemäß gestalteten Indentors zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren kann auf nachfolgend beschriebene Art und Weise realisiert werden. Andere Möglichkeiten sind jedoch ebenfalls denkbar. Der wenigstens teilweise aus einem magnetischen Werkstoff ausgebildete Grundkörper erzeugt ein Magnetfeld, von welchem die stromdurchflossene Magnetisierungswicklung durchsetzt wird. Die Gesamtzahl der magnetischen Feldlinien, welche die Magnetisierungsspule durchsetzen, ist der magnetische Fluß, aus welchem sich die magnetische Flußdichte ableiten läßt. Das Verhältnis zwischen der Flußdichte und der Feldstärke läßt sich in der Regel über die Permeabilität beschreiben, wobei deren Wert für ferromagnetische Werkstoffe nicht konstant ist, sondern von der herrschenden Feldstärke stark abhängig ist. Der Anteil der Flußdichte, welche mit dem ferromagnetischen Material erzeugt wird, wird als Polarisation bezeichnet, wobei das Verhältnis dieser Größe zur absoluten Permeabiltät des Vakuums als Magnetisierung bezeichnet wird und sich über die Suszebilität beschreiben läßt. Über die Magnetisierungswicklungen wird also auch die Einwirkzone an der Oberfläche des zu prüfenden Objektes durch Wechselwirkung mit dem Indentor von magnetischen Feldlinien und die dort vorherrschenden Verhältnisse durchsetzt und wirken sich damit auf das um den magnetischen Teil des Grundkörpers bestehende Magnetfeld aus, d. h. beide überlagern sich. Diese Überlagerung kann über die Meßspule erfaßt werden. Aus der bzw. den sich durch die Überlagerung ergebenden Änderungen des Magnetfeldes des Grundkörpers kann auf die Magnetisierungsintensität bzw. das Magnetisierungsverhalten in der Einwirkzone am zu prüfenden Objekt geschlossen werden, wobei diese Größe aus wenigstens einer, die Überlagerung wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe abgeleitet wird.
Je nach der Art der zu ermittelnden Größe bzw. der zu ermittelnden Werkstoffeigenschaften, insbesondere des zu ermittelnden mechanischen Festigkeitskennwertes, und der Auswahl der das Magnetisierungsverhalten wenigstens mittelbar beschreibenden Größe bestehen zwei Möglichkeiten bezüglich der Häufigkeit der Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles:
  • 1. einmalige Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Objekt- bzw. Bauteiles;
  • 2. mehrmalige, hintereinander vorzugsweise periodisch erfolgende Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles bzw. Objektes;
Der erstgenannte Fall findet hauptsächlich zur Ermittlung des Beginns der plastischen Anfangsdeformation beim Indentoreindrücken Anwendung. Als die das Magnetisierungsverhalten im Bereich der Einwirkzone bei Wechselwirkung des Indentors mit der Oberfläche des zu prüfenden Objektes wenigstens mittelbar beschreibende Größe wird die Änderung des Abhängigkeitsverlaufes zwischen der Eindrückkraft des Indentors und der Magnetisierung, insbesondere der Magnetisierungsintensität des Metalls in der Einwirkzone während des Indentoreinwirkens, d. h. dem Eindrücken des Indentors auf bzw. in die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles gewählt, wobei bei der einmaligen Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Werkstoffes bereits an einer Änderung des Abhängigkeitsverlaufes Eindrückkraft-Intensität der Magnetisierung der Beginn der plastischen Deformation bzw. die anfängliche plastische Deformation festgestellt werden kann. Damit wird es möglich, die Entstehung der plastischen Deformation, insbesondere das zeitliche Moment der anfänglichen plastischen Deformation noch unter der Metalloberfläche, nämlich dort wo diese durch entsprechende Änderungen bzw. Modifikationen im Gitterbau beginnt, jedoch optisch nicht genau erfaßbar ist, festzustellen, was die Genauigkeit der Feststellung der mechanischen Metalleigenschaften wesentlich erhöht. Die anfängliche Änderung des Abhängigkeitsverlaufes stellt dabei eine stärkere Änderung in diesem dar.
Vorzugsweise wird eine mehrmalige Indentoreinwirkung angestrebt, um die Genauigkeit zu erhöhen. Dabei werden das Eindrücken bzw. Einwirken des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Objektes bzw. Bauteiles und die Entlastung hintereinander mit gleichzeitiger Erhöhung der maximalen Eindrückkraft durchgeführt. Mit diesem Vorgang wird gleichzeitig die Magnetisierung und die Messung der lokalen Magnetisierungsintensität des Metalls in der Einwirkzone durchgeführt und die Abhängigkeit zwischen der Höhe bzw. der Größe der Eindrückkraft und der Intensität der Magnetisierung festgestellt. Dieser Prozeß des Einwirkens, insbesondere Eindrückens und der Entlastung wird dabei so lange wiederholt, bis bei der Entlastung die Restmagnetisierung entsteht, was von der Entstehung einer anfänglichen plastischen Deformation zeugt. Bei der Bestimmung der anfänglichen plastischen Deformation wird die Erkenntnis genutzt, daß beim Einwirken eines Indentors, insbesondere des Eindrückkörpers auf die zu prüfende Oberfläche, in dem Bereich des Einwirkens ein Einfluß auf die Gitterstruktur des metallischen Werkstoffes stattfindet, welcher sich in Umbauten, insbesondere Gleitbewegungen bzw. Versetzungen äußert. Dabei kann in diesem Bereich eine Phasenumwandlung im festen Zustand von der Gammaphase zur Alphaphase, insbesondere von Gamma-Ferrit zum Alpha- Ferrit, erfolgen. Letzterer weist eine geringe Gitterkonstante A auf und ein großes spezifisches Volumen. Wie bereits ausgeführt, wird dabei die Erkenntnis genutzt, daß die plastische Verformung zur Veränderung der Realstruktur des Körpers eines Werkstoffes führt. Die bei diesem Verfahren ermittelte starke Änderung der Magnetisierungintensität im Bereich der Einwirkzone ist ein Ausdruck dieser Veränderung der Realstruktur, insbesondere der Umwandlung von kubisch flächenzentrierten Gamma- Mischkristallen in kubisch raumzentrierte Alpha-Mischkristalle, insbesondere Alpha-Ferrit. Dies wird durch Gleiten einzelner Gitterebenen bedingt, insbesondere werden beim Einwirken des Indentors im Bereich der plastischen Verformung Teile des Kristalls als Gleitpakete sprunghaft in einem Zuge um viele Atomabstände gegeneinander verschoben, sobald die in der Verschiebungszone wirkende Schubspannung eine gewisse Größe überschreitet, d. h. eine Größe annimmt, die ausreicht, um die elastische Rückstellkraft zu überwinden.
Dieses Verfahren zur zerstörungsfreien Erfassung der anfänglichen plastischen Deformation an dem zu prüfenden Bauteil durch Erfassung der Änderung des Abhängigkeitsverlaufes "Eindrückkraft-Intensität der Magnetisierung" oder der Erfassung des Momentes der Entstehung der Restmagnetisierung nach der Indentorentlastung ermöglicht es, die Genauigkeit der Feststellung des Elastizitätsmoduls und der Proportionalitätsgrenze sowie auch die Genauigkeit des Eindrückdiagramms im Elastizitätsbereich und insbesondere bei geringen plastischen Deformation wesentlich zu erhöhen.
Die Zugfestigkeitswerte und die Dauerschwingfestigkeitswerte werden durch Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die mehrmalige Einwirkung des Indentors auf bzw. in die Oberfläche des zu prüfenden Objektes realisiert. Zur Ermittlung der Kennwerte der statischen Beanspruchung ist es erforderlich, entsprechenden Vergleichswerte anhand eines Probekörpers, welcher aus demselben Werkstoff gefertigt ist, zu ermitteln. Dazu wirkt zuerst der Indentor auf einen Probekörper, welcher aus dem gleichen Werkstoff wie das zu prüfende Objekt bzw. Bauteil besteht, ein. Die Werte der Eindrückkraft bzw. eine diese charakterisierende Größe und der entsprechenden Eindrücktiefe werden registriert, und die Verbindungen zwischen den Spannungen und den Deformationen für den geprüften Werkstoff werden festgestellt. Das Probestück bzw. der Probekörper wird dabei statischer Deformation bei gleichzeitiger Magnetisierung und Messung der lokalen Magnetisierungsintensität des Metalls des Probestückes unterzogen und die Abhängigkeiten zwischen der Spannung und der Intensität der Magnetisierung und der Deformation und der Intensität der Magnetisierung festgestellt und vorzugsweise in Referenztabellen oder Diagrammen abgespeichert. Danach wird der Indentor in das zu prüfende Objekt bzw. Bauteil eingedrückt und gleichzeitig die Magnetisierung wenigstens im Bereich der Einwirkzone durchgeführt, wobei die lokale Magnetisierungsintensität des Metalles in der Einwirkzone gemessen wird und die Abhängigkeit aus der Eindrücktiefe und der Intensität der Magnetisierung konstruiert wird. Danach werden aufgrund der am Probestück ermittelten Werte, insbesondere der Abhängigkeiten zwischen Spannung und Intensität der Magnetisierung und Deformation und Intensität der Magnetisierung und der Abhängigkeiten Eindröcktiefe und Intensität der Magnetisierung des zu prüfenden Bauteiles die Abhängigkeiten zwischen der Spannung und der Deformation für den Werkstoff des zu prüfenden Bauteils im Bereich der Einwirkzone ermittelt. Dieses Verfahren ermöglicht es, die Diagrammkonstruktion für die Metalldeformation des zu prüfenden Bauteiles in der zu prüfenden Zone zu vereinfachen und ihre Genauigkeit zu erhöhen. Im einzelnen kann das Verfahren in folgender Weise realisiert werden: Aus dem Werkstoff des zu prüfenden Bauteiles wird ein Probekörper angefertigt und dieser Probekörper statischer Deformation bei gleichzeitiger Magnetisierung und Messung der Magnetisierungsintensität des Probestücks sowie auch der Deformationsmessung z. B. mittels eines Dehnungsmessers unterzogen. Die Abhängigkeiten "Spannung - Intensität der Magnetisierung" und "Deformation - Intensität der Magnetisierung" werden festgestellt. Erst dann wird der Indentor in den zu prüfenden Artikel, insbesondere das zu prüfende Bauteil eingedrückt und gleichzeitig die Magnetisierung vorgenommen sowie die lokale Magnetisierungsintensität in der Einwirkzone gemessen. Die Abhängigkeit aus Eindrücktiefe und der Intensität der Magnetisierung wird ermittelt. Aus den ermittelten Abhängigkeiten am zu prüfenden Bauteil sowie den mittels des Probekörpers ermittelten Referenzwerten wird die Abhängigkeit "Spannung - Deformation des Werkstoffes des zu prüfenden Bauteils" ermittelt bzw. abgeleitet.
Die Verwendung des beschriebenen Verfahrens ermöglicht es, den Informationsgehalt der Eindrückmethode wesentlich zu erhöhen, wobei die Feststellung der Abhängigkeit "Spannung-Deformation" als auch die Kontrolle des Metallzustandes auf strukturellem Niveau gewährleistet wird, was die Verwendung der Magnetisierungsmethode gestattet.
Des weiteren eignet sich die erfindungsgemäße Methode zur Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften aus der Abhängigkeit von Eindrückkraft und Magnetisierungsintensität in der Einwirkzone auch zur Ermittlung von Dauerfestigkeitswerten. Dazu wird das Verfahren derart modifiziert, daß es auf der unmittelbaren Belastung des Werkstoffes am zu prüfenden Bauteil basiert, indem eine zyklische Beanspruchung in der Einwirkzone, mittels des Indentors erfolgt. Gleichzeitig oder mit geringem zeitlichen Versatz wird die lokale Magnetisierung vorgenommen und die Intensität der Metallmagnetisierung in der Indentoreinwirkzone durchgeführt. Der Werkstoff- bzw. Metallbeschädigungsgrad wird dabei anhand der Abhängigkeitsänderungen "Eindrückkraft-Intensität der Magnetisierung" bewertet. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es damit, die Dauerfestigkeitsprüfungen zu vereinfachen und die Kosten niedrig zu halten sowie auch die Werkstoffprüfung, insbesondere Metallprüfung, in verschiedenen Betriebsphasen durchzuführen. Dies bedeutet, daß auch eine Berücksichtigung der bereits erfolgten Beschädigungen im Betrieb möglich ist.
Im einzelnen wird das Verfahren zur Erfasung der Dauerfestigkeitskennwerte wie folgt umgesetzt: Der Indentor weist Magnetisierungs- und Messungswicklungen auf bzw. der Einwirkkörper und der Grundkörper werden mit diesen ausgerüstet. In der zu prüfenden Zone bzw. dem zu prüfenden Bereich des zu prüfenden Bauteiles wird entsprechend den modulierten Belastungsbedingungen das Eindrücken des Indentors
  • a) zyklisch-elastisch oder
  • b) elastisch-plastisch
mit entsprechender Frequenz und Amplitude durchgeführt. Gleichzeitig erfolgt wiederum die lokale Magnetisierung und Messung der Magnetisierungsintensität des Metalles in der Indentoreinwirkzone, wobei die Abhängigkeit Eindrückkraft-Intensität der Magnetisierung festgestellt wird und diese Abhängigkeit periodisch, je nach der Anhäufung der Zykluszahl, erfaßt wird. Bei der Anrißentstehung in der Indentoreinwirkzone an dem zu prüfenden Werkstoff des zu prüfenden Bauteiles ändert sich die Abhängigkeit "Eindrückkraft-Intensität der Magnetisierung" sehr stark, was als Zerstörungskriterium gewertet wird.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es somit, die zyklische Metallfestigkeit des zu prüfenden Bauteiles in den zu prüfenden Zonen vor dem Betriebsbeginn, im Laufe des Betriebes und nach der geplanten Betriebsdauer des zu prüfenden Bauteiles zu bewerten und auf diese Weise die Restbetriebsdauer nach dem Kriterium der Ermüdungsrißentstehung abzuschätzen. Da der Eindruck und die in ihm entstehenden Anrisse ziemlich klein sind, ist das vorgeschlagene Feststellungsverfahren der zyklischen Metallfestigkeit von Bauteilen praktisch zerstörungsfrei. Die Eindruckzone mit den Ermüdungsrissen kann danach z. B. durch Verschleifen beseitigt werden. Damit kann der Ermüdungssicherheitsgrad unmittelbar am zu prüfenden Werkstoff während einer beliebigen Betriebsphase festgestellt werden und so auf sehr einfache Art und Weise das Bewertungsproblem der zyklischen Restbetriebsdauer des geprüften Bauteiles gelöst werden.
Alle drei beschriebenen Verfahren zeichnen sich dadurch aus, daß mit hoher Genauigkeit ohne Zerstörung des zu prüfenden Objektes die entsprechenden Werkstoffkennwerte bzw. Eigenschaften auch für lokal begrenzte Zonen ermittelt werden können. Des weiteren können die Verfahren am eingebauten Bauteil während der Betriebsphase vorgenommen werden, wobei insbesondere die durch den bereits erfolgten Betrieb entstandenen Ermüdungen des Materials mit berücksicht werden können.
Das an einem Bauteil einsetzbare Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften über das Magnetisierungsverhalten im Bereich einer Indentoreinwirkzone kann mit anderen Verfahren in Kombination eingesetzt werden. Vorzugsweise wird dieses in Kombination zusammen mit einem an einem Bauteil einsetzbaren Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften aus der dem akustischen Verhalten im Bereich der Einwirkzone wenigstens mittelbar beschreibenden Größe (n) eingesetzt. Die Ermittlung der mechanischen Werkstoffeigenschaften in der Einwirkzone erfolgt dabei in Analogie zum erfindungsgemäßen Verfahren
  • a) wenigstens mittelbar aus der Abhängigkeit zwischen der Eindrückkraft und der akustischen Emission der Spannungswellen in der Einwirkzone oder
  • b) aus dem Abhängigkeitsverlauf zwischen der Eindrückkraft und der akustischen Emission der Spannungswellen in der Einwirkzone.
Bie diesem Verfahren fungiert die akustische Emission der Spannungswellen in der Eindrückzone als Indikator. Die sich unter einer örtlichen Beanspruchung ergebenden Gitterdehnungen, Stauchungen und Verzerrungen bedingen - je nach Größe und Dauer dieser - eine Änderung im Aufbau der Gitterstruktur im entsprechenden Bereich, die dann wiederum Ausgangspunkt für Schädigungen sein kann und sich in einer Änderung des akustischen Emissionsverhaltens niederschlägt. Aus der Abhängigkeit von Einwirkkraft des Indentors in einer Einwirkzone und den Parametern der akustischen Emission in diesem Bereich lassen sich dann die entsprechend gewünschten Werkstoffkennwerte
  • 1. der Beginn der plastischen Deformation;
  • 2. Zugfestigkeits- und Verformungskennwerte;
    • 1. 2.1 Proportionalitätsgrenze P;
    • 2. 2.2 Elastizitätsgrenze E;
    • 3. 2.3 Streck- oder Fließgrenze R;
    • 4. 2.4 Bruchgrenze B;
    • 5. 2.5 Zerreißgrenze;
  • 3. die Dauerfestigkeit
zusätzlich entweder direkt, d. h. unmittelbar oder indirekt, d. h. über Vergleiche mit Referenzwerten, welche an Probestücken des gleichen Metalls, wie des des zu prüfenden Bauteils erfolgen, ermitteln. Die Funktion kann auf nachfolgend beschriebene Art und Weise realisiert werden. Andere Möglichkeiten sind jedoch ebenfalls denkbar. Der Grundkörper erzeugt eine Eindrückkraft. Über Meßeinrichtungen, die am Grundkörper angeordnet sind, werden die Parameter der akustischen Emission (AE), beispielsweise die Intensität bzw. Amplitude der akustischen Emission, die Zahl der Impulse der akustischen Emission pro Zeiteinheit, die Gesamtzahl derselben, sowie die Energetik bzw. die Energie der akustischen Emission ermittelt.
Je nach der Art der zu ermittelnden Größe bzw. der zu ermittelnden Werkstoffeigenschaften, insbesondere des zu ermittelnden mechanischen Festigkeitskennwertes, und der Auswahl der das akustische Verhalten wenigstens mittelbar beschreibenden Größe bestehen zwei Möglichkeiten bezüglich der Häufigkeit der Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles:
  • 1. einmalige Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Objekt- bzw. Bauteiles;
  • 2. mehrmalige, hintereinander vorzugsweise periodisch erfolgende Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles bzw. Objektes;
Der erstgenannte Fall findet auch hier hauptsächlich zur Ermittlung des Beginns der plastischen Anfangsdeformation beim Indentoreindrücken Anwendung. Als die das akustische Verhalten wenigstens mittelbar beschreibende Größe wird die Änderung des Abhängigkeitsverlaufes zwischen der Eindrückkraft des Indentors und der akustischen Emission, insbesondere der Impuls- und Amplitudenzahl der akustischen Emission, in der Einwirkzone während des Indentoreinwirkens, d. h. dem Eindrücken des Indentors auf bzw. in die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles gewählt, wobei bei der einmaligen Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Werkstoffes bereits an der Änderung des Abhängigkeitsverlaufes Eindrückkraft-Anzahl der Impulse der akustischen Emission der Beginn der plastischen Deformation bzw. die anfängliche plastische Deformation festgestellt werden kann.
Vorzugsweise wird jedoch auch hierbei eine mehrmalige Indentoreinwirkung angestrebt, um die Genauigkeit zu erhöhen. Dabei wird das Eindrücken bzw. Einwirken des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Objektes bzw. Bauteiles und die Entlastung hintereinander mit Erhöhung der maximalen Eindrückkraft durchgeführt. Bei diesem Vorgang wird gleichzeitig die Eindrückkraft und die Anzahl der Impulse der akustischen Emission festgestellt. Dieser Prozeß des Einwirkens, insbesondere Eindrückens und der Entlastung wird dabei so lange wiederholt, bis bei der Entlastung sprunghafte Änderung der Anzahl der akustischen Impulse auftritt, was von der Entstehung einer anfänglichen plastischen Deformation zeugt. Das Moment der Entstehung der anfänglichen plastischen Deformation beim Eindrücken kann man dann auch anhand des Abhängigkeitsverlaufes Eindrückkraft- Gesamtzahl der akustischen Impulse bestimmen.
Die Zugfestigkeitswerte und die Dauerschwingfestigkeitswerte werden durch Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die mehrmalige Einwirkung des Indentors auf bzw. in die Oberfläche des zu prüfenden Objektes realisiert.
Zur Ermittlung der Kennwerte der statischen Beanspruchung ist es erforderlich, entsprechende Vergleichswerte anhand eines Probekörpers, welcher aus demselben Werkstoff gefertigt ist, zu ermitteln. Dazu wirkt zuerst der Indentor auf einen Probekörper, welcher aus dem gleichen Werkstoff wie das zu prüfende Objekt bzw. Bauteil besteht, ein. Die Werte der Eindrückkraft und der entsprechenden Eindrücktiefe werden registriert, und die Verbindungen zwischen den Spannungen und den Deformationen für den geprüften Werkstoff werden festgestellt. Das Probestück bzw. der Probekörper wird dabei statischer Deformation bei gleichzeitiger des Metalls der akustischen Emission des Probestückes unterzogen und die Abhängigkeiten zwischen der Spannung und der Impuls- und Amplitudenzahl der akustischen Emission sowie Impuls- und Amplitudenzahl pro Zeiteinheit der akustischen Emission festgestellt.
Danach wird der Indentor in das zu prüfende Objekt bzw. Bauteil eingedrückt und gleichzeitig die lokale Impuls- und Amplitudenzahl der akustischen Emission in der Einwirkzone gemessen und die Abhängigkeit Eindrücktiefe und Parameter der akustischen Emission konstruiert. Danach werden aufgrund der am Probestück ermittelten Werte, insbesondere der Abhängigkeiten zwischen Spannung-Impuls- und Amplitudenzahl der akustischen Emission pro Zeiteinheit sowie Impuls- und Amplitudenzahl der akustischen Emission sowie der Parameter der akustischen Emission des zu prüfenden Bauteiles die Abhängigkeiten zwischen Spannung-Deformation für den Werkstoff des zu prüfenden Bauteils im Bereich der Einwirkzone ermittelt. Dieses Verfahren ermöglicht es ebenfalls, die Diagrammkonstruktion für die Deformation des zu prüfenden Bauteiles in der zu prüfenden Zone zu vereinfachen und ihre Genauigkeit zu erhöhen. Im einzelnen kann das Verfahren in folgender Weise realisiert werden:
Aus dem Werkstoff des zu prüfenden Bauteiles wird ein Probekörper angefertigt und dieser Probekörper statischer Deformation bei gleichzeitiger Messung der Parameter der akustischen Emission des Probestücks sowie auch der Deformationsmessung z. B. mittels eines Dehnungsmessers unterzogen. Die Abhängigkeiten "Spannung-Impuls- und Amplitudenzahl der akustischen Emission" und "Deformation-Impuls- und Amplitudenzahl der akustischen Emission" werden festgestellt. Erst dann wird der Indentor in den zu prüfenden Artikel, insbesondere das zu prüfende Bauteil eingedrückt und gleichzeitig das lokale akustische Verhalten in der Einwirkzone gemessen. Die Abhängigkeit aus Eindrücktiefe und den Parametern der akustischen Emission wird ermittelt. Aus den ermittelten Abhängigkeiten am zu prüfenden Bauteil sowie den mittels des Probekörpers ermittelten Referenzwerten wird die Abhängigkeit "Spannung-Deformation des Werkstoffes des zu prüfenden Bauteils" ermittelt.
Zur Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften aus der Abhängigkeit von Eindrückkraft und Parametern der akustischen Emission in der Einwirkzone wird zur Ermittlung von Dauerfestigkeitswerten derart modifiziert, daß es auf der unmittelbaren Belastung des Werkstoffes am zu prüfenden Bauteil basiert, indem eine zyklische Beanspruchung in der Einwirkzone, mittels des Indentors erfolgt. Gleichzeitig oder mit geringem zeitlichen Versatz werden die Parameter der akustischen Emission aufgenommen. Der Werkstoff- bzw. Metallbeschädigungsgrad wird dabei anhand der Abhängigkeitsänderung "Eindrückkraft-Parameter der akustischen Emission" bewertet. Das Verfahren ermöglicht es damit, die Dauerfestigkeitsprüfungen zu vereinfachen und die Kosten niedrig zu halten sowie auch die Werkstoffprüfung, insbesondere Metallprüfung, in verschiedenen Betriebsphasen durchzuführen. Dies bedeutet, daß auch eine Berücksichtigung der bereits erfolgten Beschädigungen im Betrieb möglich ist.
Im einzelnen wird das Verfahren zur Erfassung der Dauerfestigkeitskennwerte wie folgt umgesetzt: Der Indentor weist Meßeinrichtungen auf bzw. der Einwirkkörper und der Grundkörper werden mit diesen ausgerüstet. In der zu prüfenden Zone bzw. dem zu prüfenden Bereich des zu prüfenden Bauteiles wird entsprechend den modulierten Belastungsbedingungen das Eindrücken des Indentors
  • a) zyklisch-elastisch oder
  • b) elastisch-plastisch
mit entsprechender Frequenz und Amplitude durchgeführt. Gleichzeitig erfolgt wiederum die Messung der Parameter der akustischen Emission in der Indentoreinwirkzone, wobei die Abhängigkeit Eindrückkraft-Parameter der akustischen Emission festgestellt wird und diese Abhängigkeit periodisch, je nach der Anhäufung der Zykluszahl, erfaßt wird. Bei der Anrißentstehung in der Indentoreinwirkzone an dem zu prüfenden Werkstoff des zu prüfenden Bauteiles ändert sich die Abhängigkeit "Eindrückkraft-Parameter der akustischen Emission" sehr stark, was als Zerstörungskriterium gewertet wird.
Der bei diesen Verfahren verwendbare Indentor umfaßt vorzugsweise ebenfalls einen im wesentlichen mit einer kugelförmigen Oberfläche ausgestatteten Eindrück- bzw. Einwirkkörper. Mit diesem gekoppelt ist vorzugsweise ein Grundkörper, welchem Meßeinrichtungen für die akustische Emission zugeordnet sind. Grundkörper und Einwirkkörper stellen vorzugsweise eine bauliche Einheit, welche in ihrer Gesamtheit als Indentorbaueinheit bezeichnet wird. Dabei kann mittels der Indentorbaueinheit gleichzeitig die Eindrückkraft und Eindrücktiefe im Bereich der Einwirkzone festgestellt und die Parameter der akustischen Emission der Schallwellen gemessen werden. Der Eindrück- und der Grundkörper können jedoch auch von separaten Bauteilen, welche nicht zu einer baulichen Einheit verbunden sind, gebildet werden. Die bauliche Einheit dieser beiden Elemente in Form der Indentorbaugruppe stellt eine besonders vorteilhafte Ausführung mit hohem Kompaktheitsgrad dar. Vorzugsweise wird zur zusätzlichen Ermittlung der Werkstoffeigenschaften über das akustische Verhalten im Bereich der Einwirkzone dabei die erfindungsgemäße Indentorbaueinheit zur Erfassung der mechanischen Eigenschaften aus dem Magnetisierungsverhalten im Bereich der Einwirkzone zusätzlich mit den Aufnahme- und Meßeinrichtungen für die akustischen Signale ausgestattet, so daß mit einer Prüfanordnung unabhängig voneinander wenigstens zwei Prüfmethoden angewandt werden können, was sich in einer enormen Kompaktheit des Gesamtprüfsystems und einen hohen Grad an möglicher Standardisierung niederschlägt.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1a in schematisch vereinfachter Darstellung den Grundaufbau einer erfindungsgemäß ausgestalteten kombinierten Indentorbaueinheit zur Erfassung der mechanischen Werkstoffeigenschaften aus dem Magnetisierungsverhalten und den akustischen Verhältnissen der Oberfläche eines zu prüfenden Bauelementes;
Fig. 1b-1c in schematisch vereinfachter Darstellung einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäß gestaltet Indentorbaueinheit zur Ableitung der mechanischen Werkstoffeigenschaften aus einer das Magnetisierungsverhalten im Bereich der Einwirkzone wenigstens mittelbar beschreibenden Größe und den prinzipmäßigen Grundaufbau einer derartigen Indentorbaueinheit;
Fig. 2 verdeutlicht anhand von Diagrammen die Abhängigkeiten zwischen der Eindrückkraft und der Magnetisierungsintensität;
Fig. 3 verdeutlicht anhand von Diagrammen das Verhältnis von Indentorbelastung und Eindrücktiefe sowie der elektrischen Signale zur Beschreibung des Magnetisierungsverhalten für die Ermittlung des Dauerfestigkeitsverhaltens an einem zu prüfenden Bauteil.
Die Fig. 1a verdeutlicht schematisch anhand eines Beispiels den Aufbau einer zum erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Indentorbaugruppe und dessen Ansetzen an die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles, wobei diese zusätzlich mit Mitteln zur Durchführung der Erfassung der mechanischen Eigenschaften aus dem akustischen Verhalten im Bereich der Einwirkzone ausgestattet ist. Das zu prüfende Bauteil ist hier mit 1 bezeichnet und die Indentorbaueinheit mit 2. Die Indentorbaueinheit 2 umfaßt einen mit wenigstens einer teilweise kugelförmigen Oberfläche versehenen Eindrück- bzw. Einwirkkörper 3, dem eigentlichen Indentor, wobei dessen kugelförmig gestaltete Oberfläche die Eindringfläche beschreibt, einen Grundkörper 5, eine Meßspule 7 und eine Erregerspule 6. Der Grundkörper 5, welcher wenigstens zum Teil aus einem magnetischen Werkstoff besteht, wird zur Magnetisierung der Einwirkzone genutzt. Diese ist hier mit 8 bezeichnet. Auf den magnetischen Grundkörper bzw. mittels diesem wird der Druck auf den Einwirkkörper 3 übertragen, so daß dieser in die Oberfläche 9 des zu prüfenden Bauteiles 1 eindringt. Aufgrund der Druckbeanspruchung durch den Grundkörper 5 auf die Oberfläche 9 des zu prüfenden Bauteiles 1, welche mit zunehmender Eindringtiefe eine größere Einwirkfläche, welche durch das Zusammenwirken der Oberfläche 4 des kugelförmigen Grundkörpers 3 und der Verformung im Bereich der Einwirkzone 8 bestimmt wird, wird die Realkörperstruktur im Bereich der Einwirkzone des zu prüfenden Bauteiles 1 beeinflußt bzw. verändert.
Der Grundkörper 5 der Indentorbaueinheit 1, welcher aus einem magnetischen Werkstoff besteht und daher ein Magnetfeld aufbaut, wird von einem stromdurchflossenen Leiter zum Teil umschlossen, bzw. der stromdurchflossene Leiter ist im Magnetfeld integriert, hier in Form der Erregerspule 6. Es überlagern sich dann die Magnetfelder des magnetischen Grundkörpers 5 und der Einwirkzone am zu prüfenden Bauteil, so daß bei gleichbleibendem Erregerstrom eine veränderbare Spannung in der Meßspule induziert wird. Aus dieser wird die Magnetisierungsintensität im Bereich der Einwirkzone am zu prüfenden Objekt ermittelt.
Aus dem Zusammenhang zwischen der Eindrücktiefe des Indentors am zu prüfenden Bauteil bzw. für den Fall der Ermittlung des Zugfestigkeitskennwertes des weiteren unter Berücksichtigung der Abhängigkeit der Eindringtiefe des Indentors in das Probestück und der Magnetisierungsintensität, welche durch den Suszeptibilitäskennwert charakterisiert ist, welcher wiederum von der Gitterstruktur bzw. den Veränderungen in dieser abhängig ist, ergeben sich dann die einzelnen mechanischen Werkstoffkennwerte.
Die Fig. 1b und 1c verdeutlichen neben einer möglichen Ausführung einer Indentorbaueinheit 2 zur nur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften von Objektbereichen aus metallischen Werkstoffen, insbesondere austenitisch und austenitisch-ferritischen Werkstoffen, aus einer das Magnetisierungsverhalten im Bereich der Einwirkzone wenigstens mittelbar beschreibenden Größe im Axialschnitt betrachtet den prinzipmäßigen Grundaufbau der Indentorbaueinheit 2 in schematisch stark vereinfachter Darstellung. Gemäß Fig. 1b ist die Indentorbaueinheit 2 im wesentlichen rotationssymmetrisch aufgebaut, umfassend wenigstens ein, vorzugsweise zylindrisch ausgeführtes Indentorgehäuse 10, in welchem der Grundkörper 5 oder wenigstens ein Teil des Grundkörpers 5 in Richtung der Symmetrieachse S, welche im Prüfzustand, d. h. bei Einwirkung des Einwirkkörpers 3 der Einwirkrichtung entspricht, verschiebbar gelagert ist. Der Grundkörper 5 kann einteilig oder, wie in der Fig. 1b dargestellt, mehrteilig ausgeführt sein. Dieser umfaßt im dargestellten Fall eine Führungshülse 11, welche gegenüber dem Indentorgehäuse 10 feststehend ist und in diesem gehalten wird, sowie einen, wenigstens mittelbar auf den Einwirkkörper 3 einwirkbaren und die Kraft F übertragenden Übertragungskörper 12. Der Übertragungskörper 12 weist dazu vorzugsweise eine Führungsfläche 13 auf, welche komplementär zur Oberfläche 4 des Einwirkkörpers 3 gestaltet ist und damit zur Aufnahme und Führung des Einwirkkörpers 3 dient. Denkbar sind auch die hier nicht dargestellten Möglichkeiten des Einsatzes einer separaten, mit dem Übertragungskörper 12 koppelbaren Aufnahmevorrichtung für den Einwirkkörper oder eine einteilige Ausführung als Baueinheit von Übertragungskörper 12 und Einwirkkörper 3. Der Übertragungskörper 12 zusammen mit dem Einwirkkörper 3 in der Führungshülse in Richtung parallel zur Symmetrieachse S. d. h. in Einwirkrichtung verschiebbar gelagert. Die konkrete konstruktive Ausgestaltung liegt dabei im Ermessen des zuständigen Fachmannes. Die Führbarkeit des Übertragungskörpers 12 gegenüber der Führungshülse 11 kann beipielsweise mittels einer Gleitführung realisiert werden. Denkbar ist auch eine formschlüssige Verbindung mit Anschlag in Einwirkrichtung. Das Indentorgehäuse 10 umschließt desweiteren die Mittel zur Erzeugung und wenigstens teilweise zur Erfassung einer das Magnetisierungsverhalten in der Einwirkzone wenigstens mittelbar beschreibenden Größe, hier wenigstens die Erregerspule 6 und die Meßspule 7, bzw. die diese enthaltenden Kartuschen 14. Dabei können Meßspule 7 und Erregerspule 6 in einer gemeinsamen Kartusche angeordnet sein, oder aber in separaten Kartuschen.
Die in der Fig. 1b dargestellte Ausführung einer Indentorbaueinheit 2 stellt eine Möglichkeit von vielen dar. Bezüglich der Gehäuseform gibt es keinerlei zwingende Vorgaben. Wesentlich ist jedoch, daß die in der Fig. 1c wiedergegebenen Bauelemente Einwirkkörper 3, Grundkörper 5, Meßspule 7 und Erregerspule 6 vorgesehen sind und in entsprechender Weise, wie in Fig. 1a beschrieben zueinander angeordnet sind, damit die erfindungsgemäßen Funktionen erfüllbar sind. Dazu gehören die Möglichkeit des mechanischen Einwirkens des Einwirkkörpers 3 auf die Oberfläche des zu prüfenden Objektes, die Erzeugung eines Magnetfeldes im Bereich des Grundkörpers, welches mit dem in der Einwirkzone überlagerbar ist und die Möglichkeit der Erfassung des Magnetisierungsverhaltens in der Einwirkzone, vorzugsweise durch Erfassung der Änderung des Magnetfeldes des Grundkörpers bei Überlagerung mit dem Magnetfeld der Einwirkzone, beispielswise durch Erfassung der Größe der induzierten Spannung. Vorzugsweise werden jedoch die einzelnen Elemente immer in einer Baueinheit zusammengefaßt, wobei bezüglich des Aufbaus zusätzlich zur zu realisierenden Funktionsweise keinerlei zwingende Vorgaben erforderlich sind.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es denkbar, die Indentorbaueinheit 2 derart auszuführen, daß auch Elemente, wie sie für andere Prüfmethoden erforderlich sind, vorgesehen werden. So ist der Einwirkkörper 3 der Indentorbaueinheit 2 in der Fig. 1a zusätzlich noch von einem ringförmigen Aufnahme- bzw. Meßsystem 15 für die Parameter der akustischen Emission beim Eindrücken des Indentors 3 in der Oberfläche 9 umgeben. In diesem Schnitt der Meßvorrichtung 15 kann beispielsweise die Zahl der Impulse der akustischen Emission sowie die Amplitude der akustischen Emission aufgenommen werden, welche ebenfalls zur zerstörungsfreien Ermittelung der mechanischen Werkstoffeigenschaften herangezogen werden können. Die Funktion der Indentorbaueinheit 2 in diesem Sinne kann auf nachfolgend beschriebene Art und Weise realisiert werden. Andere Möglichkeiten sind jedoch ebenfalls denkbar. Der Grundkörper erzeugt eine Eindrückkraft. Über Meßeinrichtungen, die am Grundkörper angeordnet sind, werden die Parameter der akustischen Emission (AE), beispielsweise die Intensität bzw. Amplitude der akustischen Emission, die Zahl der Impulse der akustischen Emission pro Zeiteinheit, die Gesamtzahl derselben, sowie die Energetik bzw. die Energie der akustischen Emission ermittelt.
Die Fig. 2a und 2b verdeutlichen anhand von Diagrammen den Zusammenhang zwischen der Eindringtiefe des Eindringkörpers 4 und der Magnetisierungsintensität in der Einwirkzone 8. Im einzelnen zeigt die Fig. 2a den Zusammenhang zwischen der Belastung des Indentors, d. h. den durch den Indentor auf die Einwirkzone aufgebrachten Druck bzw. die auf die Fläche in der Einwirkzone ausgeübte Kraft und der Tiefe der Einwirkzone T.
Die Fig. 2b verdeutlicht die Größe der magnetischen Intensität in Abhängigkeit von der Zeit des Deformationsprozesses.
Anhand dieser Diagramme werden die einzelnen Kennwertbereiche ersichtlich. Diese sind wie folgt benannt:
I-Zone elastischer Verformung
II-Zone der anfänglichen plastischen Deformation
III-Zone der gleichförmigen plastischen Deformation
IV-Bruchzone
Für die Realisierung der Erfassung der plastischen Anfangsdeformation beim Indentoreindrücken wird die lokale Magnetisierungsintensität während des Eindrückvorganges des Eindrückkörpers der Indentorbaueinheit 2 in der Einwirkzone 8 während des Eindrückens des Indentors, d. h. des Einwirkkörpers 3 in das zu prüfende Bauteil, insbesondere den zu prüfenden Werkstoff durchgeführt. Dabei kann eine Abhängigkeit zwischen der Eindrückkraft und der Intensität der Magnetisierung festgestellt werden, welche im elastischen Bereich, d. h. dem Bereich I, nahezu linear verläuft. Diese Linearität ist in der Fig. 2b ersichtlich. Dieses Verhalten entspricht auch dem sogenannten linearelastischen Spannungs-Dehnungsverhalten bis zur Fließgrenze. In diesem Bereich, d. h. dem Bereich der elastischen Verformung, wird die Realkörperstruktur durch reversible Gitterdehnungen, Stauchungen und Verzerrungen verändert. Der Übergang zur plastischen Verformung ist durch das Abgleiten ganzer Gitterbereiche in bevorzugten Gleitebenen bestimmt, welche eine Auswirkung auf die Magnetisierungsintensität haben. Der Beginn der plastischen Deformation geht daher einher mit der Änderung des Magnetisierungsverhaltens des Werkstoffes. Dieses Verhalten ist auch sehr deutlich dem Diagramm der Fig. 2d zu entnehmen. Im Bereich des Beginns der plastischen Deformation verläuft die Kennlinie für die Summe der elektrischen Impulse mit verringertem Anstieg. Durch die Einwirkung des Indentors, d. h. des Einwirkkörpers findet eine Umwandlung im festen Zustand statt, so daß ein Übergang von Gamma- Ferrit zum Alpha-Ferrit zu beobachten ist, wobei das Alpha-Ferrit sich durch ein geändertes Magnetisierungsintensitätsverhalten als das Gamma-Ferrit auszeichnet. Beschrieben kann dieses Magnetisierungsverhalten über den sogenannten Suszeptibilitätskennwert.
Im einzelnen wird beim Verfahren zur Feststellung der plastischen Anfangsdeformation der Indentor in die Oberfläche des zu prüfenden Werkstoffes bzw. des zu prüfenden Bauteiles eingedrückt; es erfolgt die Magnetisierung und die Messung der lokalen Magnetisierungsintensität des metallischen Werkstoffes in der Einwirkzone im Verlauf des Indentoreindrückens in die Oberfläche des zu prüfenden Werkstoffes. Dabei wird die Abhängigkeit zwischen der Eindrückkraft und der Intensität der Magnetisierung festgestellt, wobei der Prozeß des Eindrückens und der Entlastung mit der Erhöhung des maximalen Wertes der Eindrückkraft bis zum Moment der Entstehung der Restmagnetisierung nach der Indentorentlastung periodisch wiederholt wird. Das Moment der Entstehung der Restmagnetisierung wird für das Moment der Entstehung der anfänglichen plastischen Deformation gehalten. Vorzugsweise wird das Verfahren dazu, wie eben beschrieben, durchgeführt. Es ist jedoch auch möglich, das Entstehungsmoment der anfänglichen plastischen Deformation mittels des einmaligen Eindrückens des Indentors an der Veränderung des Abhängigskeitsverlaufes Eindrückkraft-Intensität der Magnetisierung festzustellen.
Eine weitere Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Realisierung des Feststellungsverfahrens für die Charakteristiken der mechanischen Metalleigenschaften in den zu prüfenden Bauteilen, insbesondere den Kennwerten, welche in der Regel mittels eines Zugversuches ermittelt werden. Dieses Verfahren wird in zwei Etappen durchgeführt. Zuerst wird ein Probekörper aus dem Material des zu prüfenden Bauteils hergestellt, auf dessen Oberfläche der Indentor einwirkt. Dabei wird die Eindrückkraft und die entsprechende Eindrücktiefe aus der Feststellung der Verbindung zwischen den Spannungen und Deformationen für das geprüfte Metall des zu prüfenden Bauteiles ermittelt. Der zu prüfende Probekörper wird statischer Deformation bei gleichzeitiger Magnetisierung und Messung der Metallmagnetisierungsintensität des Probekörpers bzw. in der Einwirkzone am Probekörper ausgesetzt und gleichzeitig wird auch eine Deformationsmessung des Probekörpers mittels des Dehnungsmessers unterzogen. Die Abhängigkeiten "Spannung-Intensität der Magnetisierung" und "Deformation-Intensität der Magnetisierung" werden festgestellt und erfaßt. Dann wird der Indentor in den zu prüfenden Artikel bzw. das zu prüfende Bauteil eingedrückt und gleichzeitig magnetisiert und die Messung der lokalen Magnetisierungsintensität in der Einwirkzone durchgeführt. Die Abhängigkeit Eindrücktiefe und Intensität der Magnetisierung wird erfaßt. Mittels der bereits für den Probekörper ermittelten Abhängigkeiten "Spannung- Intensität der Magnetisierung" und "Deformation-Intensität der Magnetisierung" und der am zu prüfenden Bauteil erhaltenen Abhängigkeit Eindrücktiefe-Intensität der Magnetisierung, wird die Abhängigkeit zwischen der Spannung und der Deformation für den metallischen Werkstoff des zu prüfenden Bauteils festgestellt. Dieses Verfahren ermöglicht es, den Informationsgehalt der Eindrückmethode wesentlich zu erhöhen, wobei die Feststellung der Abhängigkeit Spannung-Deformation als auch die Kontrolle des Metallzustandes auf strukturellem Niveau gewährleistet wird, was die Verwendung der Magnetisierungsmethode gestattet.
In den dargestellten Schaubildern ist der Bereich II die Zone der anfänglichen plastischen Deformation und mit III ist die Zone der gleichförmigen plastischen Verformung gekennzeichnet. Die Bruchgrenze kann durch Feststellung einer erhöhten Amplitude entsprechend der Fig. 2e erfaßt werden. Ersichtlich aus der Fig. 2d ist, daß zwischen den einzelnen Zonen insbesondere an den Bereichen für spezifische Werkstoffkennwerte, beispielsweise die Bruchgrenze oder die Zerreißfestigkeit RM sowie den Bereich des Ermüdungsbruches starke Änderungen im Magnetisierungsverlauf zu verzeichnen sind.
Der Elastizitätsmodul E wird dabei entsprechend dem Verfahren zur Erfassung des Beginns der anfänglichen plastischen Deformation bestimmt. Die Kennwerte für die Streck- bzw. Fließgrenze sowie die Bruchgrenze B und die Zerreißgrenze Z werden mittels des zweistufigen zweiten Verfahrens ermittelt, wobei in diesem Fall eine entsprechende Deformation und eine Ermittlung von Vergleichswerten an einem Probekörper erfolgen muß.
Der dritte Einsatzfall des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Ermittlung des Dauerfestigkeitsverhaltens an einem Probestück. Dieser Bereich, welcher ermittelt werden soll, ist im dargestellten Fall in den Fig. 2a-2e mit IV bezeichnet. Fig. 3 verdeutlicht anhand von Diagrammen das Verhältnis von Indentorbelastung und Eindrücktiefe T sowie der elektrischen Signale zur Beschreibung des Magnetisierungsverhaltens, hier des in der Meßeinrichtung induzierten Spannungswertes, welcher proportional zur Magnetisierungsintensität ist. Dazu wird entsprechend Fig. 3a eine zyklische Belastung p auf das zu prüfende Bauteil eingebracht. Die zyklische Belastung des zu prüfenden Bauteils erfolgt im gewünschten Bereich mittels des Indentors vorzugsweise periodisch, d. h. innerhalb einer bestimmten Zeit t in einer bestimmten Anzahl N. Gleichzeitig wird lokal, d. h. im Bereich der Einwirkzone magnetisiert und die Intensität der Metallmagnetisierung in der Indentoreinwirkzone ermittelt, wobei der Metallbeschädigungsgrad anhand einer Abhängigkeitsänderung Eindrückkraft-Intensität der Magnetisierung bewertet wird. Dies bedeutet im einzelnen, daß entsprechend den erforderlichen Belastungsbedingungen in der geprüften Konstruktionszone das zyklisch-elastische oder elastisch-plastische Indentoreindrücken mit entsprechender Frequenz und Amplitude durchgeführt wird. Gleichzeitig wird die lokale Magnetisierung vorgenommen und die Erfassung Magnetisierungsintensität des Metalls in der Indentoreinwirkzone durchgeführt.
Die Abhängigkeit zwischen der Eindrückkraft und der Intensität der Magnetisierung wird festgestellt und diese Abhängigkeit periodisch je nach Anhäufung der Zykluszahl aufgeschrieben. Diese Abhängigkeit ist in der Fig. 3b dargestellt. Bei der Anrißentstehung in der Einwirkzone des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles ändert sich die Abhängigkeit Eindrückkraft-Intensität der Magnetisierung sehr stark, was ein Zerstörungskriterium ist. Im dargestellten Fall ist diese Änderung in einem Bereich D sehr stark zu verzeichnen.
Die Fig. 2c bis 2e verdeutlichen dabei die mit dem zusätzlich durchgeführten Verfahren zur Ableitung der mechanischen Werkstoffeigenschaften aus den akustischen Verhältnissen im Bereich der Einwirkzone ermittelten Kennlinien. Die Fig. 2c verdeutlicht die Anzahl der ermittelten akustischen Impulse über die Deformationszeit, die Fig. 2d die Summe der Anzahl der Impulse über die Deformationszeit und in der Fig. 2e ist jeweils die Amplitude aufgetragen.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es somit, die zyklische Festigkeit des zu prüfenden Bauteiles in den zu prüfenden Zonen vor dem Betriebsbeginn, im Laufe des Betriebes und nach der geplanten Betriebsdauer des zu prüfenden Bauteiles zu bewerten und auf diese Weise die Restbetriebsdauer nach dem Kriterium der Ermüdungsrißentstehung abzuschätzen. Da der Eindruck und die in ihm entstehenden Anrisse ziemlich klein sind, ist das vorgeschlagene Feststellungsverfahren der zyklischen Festigkeit von Bauteilen praktisch zerstörungsfrei. Die Eindruckzone mit den Ermüdungsrissen kann danach z. B. durch Verschleifen beseitigt werden. Damit kann der Ermüdungssicherheitsgrad unmittelbar am zu prüfenden Werkstoff während einer beliebigen Betriebsphase festgestellt werden und so auf sehr einfache Art und Weise das Bewertungsproblem der zyklischen Restbetriebsdauer des geprüften Bauteiles gelöst werden.

Claims (15)

1. Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften von Objektbereichen aus metallischen Werkstoffen, insbesondere austenitisch und austenitisch-ferritischen Werkstoffen,
  • 1. 1.1 bei welchem mit einem Indentor auf die Oberfläche des zu prüfenden Objektbereiches mechanisch eingewirkt wird;
  • 2. 1.2 bei welchem die mechanischen Eigenschaften aus einer das Magnetisierungsverhalten im Bereich der Einwirkzone wenigstens mittelbar beschreibenden Größe ermittelt wird;
  • 3. 1.3 bei welchem während der Einwirkzeit des Indentors an der Oberfläche des zu prüfenden Objektbereiches dieser Bereich magnetisiert wird und die Magnetisierungsintensität ermittelt wird;
  • 4. 1.4 bei welchem die das Magnetisierungsverhalten wenigstens mittelbar beschreibende Größe durch die Größe der Magnetisierungsintensität in Abhängigkeit von der Einwirktiefe und/oder Belastung durch den Indentor bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Magnetisierungsverhalten wenigstens mittelbar beschreibende Größe durch die Änderung der Magnetisierungsintensität in Abhängigkeit von der Einwirktiefe und/oder der Belastung durch den Indentor bestimmt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
  • 1. 3.1 bei welchem zur Ermittlung der mechanischen Werkstoffeigenschaft der anfänglichen plastischen Deformation der Indentor in die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles wiederholt unter Erhöhung der maximalen Eindrückkraft eingedrückt wird und wieder entlastet wird;
  • 2. 3.2 bei welchem die Abhängigkeit der Eindrückkraft von der Intensität der Magnetisierung ermittelt wird;
  • 3. 3.3 bei welchem das Moment der Entstehung des Restmagnetismus als Indikator für die anfängliche plastische Deformation genutzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
  • 1. 4.1 bei welchem zum Zweck der Ermittlung der mechanischen Werkstoffeigenschaft der plastischen Deformation der Indentor auf die Oberfläche einmalig einwirkt und während dieser Einwirkung die Einwirkzone magnetisiert wird;
  • 2. 4.2 bei welchem die Magnetisierungsintensität ermittelt wird und eine Änderung des Verlaufs der Magnetisierungsintensität als Indikator für die plastische Deformation verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
  • 1. 5.1 bei welchem zur Ermittlung der mechanischen Werkstoffeigenschaften der Zugfestigkeitskennwerte Referenzwerte für einen Probekörper aus dem Werkstoff des zu prüfenden Objektes ermittelt werden, indem dieser erhöhten Spannungen bis zur Zerstörung bei gleichzetiger Magnetisierung und Messung der Magnetisierungsintensität ausgesetzt wird, wobei die Abhängigkeit zwischen den Größen Spannung und Intensität der Magnetisierung und den Größen Deformation und Intensität der Magnetisierung festgestellt und erfaßt wird;
  • 2. 5.2 bei welchem der Indentor in das zu prüfende Objekt eingedrückt und gleichzeitig die Einwirkzone am zu prüfenden Objekt magnetisiert wird;
  • 3. 5.3 bei welchem die lokale Magnetisierungsintensität in der Einwirkzone ermittelt wird und die Abhängigkeit zwischen der Einwirktiefe und der Intensität der Magnetisierung erfaßt wird;
  • 4. 5.4 bei welchem die Abhängigkeit Spannung-Deformation am zu prüfenden Objekt aus den ermittelten Abhängigkeiten zwischen Eindrücktiefe- Intensität der Magnetisierung am zu prüfenden Objekt und den am Probekörper ermittelten Abhängigkeiten zwischen Spannung und Intensität der Magnetisierung und Deformation und Intensität der Magnetisierung abgeleitet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
  • 1. 6.1 bei welchem zur Ermittlung der mechanischen Werkstoffeigenschaft der Dauerfestigkeit am zu prüfenden Objekt der Indentor mehrmalig einwirkt und die Abhängigkeit zwischen der Einwirkkraft und der Intensität der Magnetisierung ermittelt wird;
  • 2. 6.2 die Abhängigkeit zwischen der Einwirkkraft und der Intensität der Magnetisierung wird periodisch, je nach Anhäufung der Zykluszahl, erfaßt;
  • 3. 6.3 eine starke Änderung der Abhängigkeit Einwirkkraft-Intensität der Magnetisierung wird als Indikator für den Beginn der Zerstörung verwendet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
  • 1. 7.1 bei welchem mit dem Indentor periodisch auf die Oberfläche des zu prüfenden Objektbereiches eingewirkt wird;
  • 2. 7.2 bei welchem zwischen den Einwirkimpulsen des Indentors die Änderung der Restmagnetisierung im Bereich der Einwirkzone des Indentors auf die zu prüfende Oberfläche des zu prüfenden Objektbereiches erfaßt wird;
  • 3. 7.3 bei welchem die mechanischen Eigenschaften aus der Änderung des Restmagnetisierungsverhaltens im Bereich der Einwirkzone ermittelt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: bei welchem die Änderung des Restmagnetisierungsverhaltens im Verlauf des periodischen Einwirkens des Indentors durch die Erhöhung der Amplitude des durch die Restmagnetisierung bedingten Stromes erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dieses in Kombination mit weiteren Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von Werkstoffeigenschaften eingesetzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Objektbereiches die mechanischen Eigenschaften zusätzlich aus einer, das akustische Verhalten in der Einwirkzone wenigstens mittelbar beschreibenden Größe ermittelt werden.
11. Vorrichtung zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften,
  • 1. 11.1 mit einer Indentorbaueinheit, umfassend wenigstens einen Einwirkkörper und einen wenigstens teilweise aus magnetischem Material bestehenden Grundkörper, welcher dem Einwirkkörper zugeordnet ist und ein Magnetfeld aufbaut;
  • 2. 11.2 mit einem Indentorgehäuse, in welchem wenigstens ein Teil des Grundkörpers verschiebbar gelagert ist;
  • 3. 11.3 der Grundkörper umfaßt ein magnetisierbares und gegenüber dem Indentorgehäuse feststehendes Führungselement und eine frei von metallischen Fraktionen ausgebildete und verschiebbar im Führungselement gelagerte Einrichtung zur wenigstens mittelbaren Kraftaufbringung auf den Einwirkkörper, wobei das Führungslement die Einrichtung zur Kraftaufbringung wenigstens teilweise umschließt;
  • 4. 11.4 mit wenigstens einer, von einem Strom durchfließbaren Erregerwicklung, zur Erzeugung eines Magnetfeldes, mittels welchem der Bereich der Einwirkzone magnetisierbar ist;
  • 5. 11.5 Mittel zur Erfassung der Magnetisierungsintensität in Abhängigkeit von der Einwirktiefe und/oder Belastung durch den Indentor.
12. Vorrichtung zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erfassung der Magnetisierungsintensität eine Einrichtung zur Erfassung einer in der vom Strom durchflossenen Wicklung induzierten Spannung aufweisen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung wenigstens eine Meßspule umfaßt.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement aus einem Karbid-Wolfram-Gemisch besteht.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Kraftaufbringung aus Keramik besteht.
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