DE3023063C2

DE3023063C2 - Zugspannvorrichtung für die Werkstoffprüfung im Hochtemperaturversuch

Info

Publication number: DE3023063C2
Application number: DE3023063A
Authority: DE
Inventors: Werner Ing.(grad.) 5064 Forsbach Gebhard; Claus 5000 Köln Kröder
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt Fuer Luft und Raumfahrt EV 5000 Koeln; Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1980-06-20
Filing date: 1980-06-20
Publication date: 1982-04-08
Also published as: FR2485196B1; US4393718A; GB2078382B; DE3023063A1; FR2485196A1; GB2078382A

Description

a) die Einspannköpfe (1) aus keramischen Material bestehen und an ihren einander zugewandten Stirnwänden jeweils eine nach innen erweiterte Öffnung aufweisen, und

b) in der Öffnung ein geteilter Halter (2) angeordnet ist, der eine längslaufende Öffnung für den Durchtritt der Probe (10) und an seiner Rückseite eine Stützfläche zum Abstützen eines verdickten Kopfes (11) jeweils am Probenende aufweist.

2. Zugspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schaft (3) in eine längslaufende Mittelöffnung des zugehörigen Einspannkopfes (1) hineinragt und durch einen Stift (4), der durch miteinander fluchtende Querkanäle im Einspannkopf (1) und im Schaft (3) hindurchragt, an dem Einspannkopf (1) befestigt ist.

3. Zugspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schäfte (3) Keramikrohre sind.

4. Zugspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Probe (10) angreifende Dehnmeßhalter (5,6) jeweils einen zweigeteilten Innenring (13) aufweisen, der in einem Mantelring (17) befestigt ist und an einer Schulter (12) der Probe (10) mit einer Ringnut (16) angreift.

5. Zugspannvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenring (13) in dem Mantelring (17) durch Stifte (8) gehalten ist, die in einander ergänzende Halbkanäle von Innenring (13) und Mantelring (17) eingesteckt sind.

6. Zugspannvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem einen Dehnmeßhalter (5) mindestens ein Stab (23) angreift, der durch eine Öffnung (24) des anderen Dehnmeßhalters (6) und ein an dem anderen Dehnmeßhalter (6) abgestütztes Rohr (25) hindurchgeht, und daß an den den Dehnmeßhaltern (5, 6) abgewandten Enden von Schaft (23) und Rohr (25) eine die Relativbewegungen beider Teile messende Meßeinrichtung vorgesehen ist.

Die Erfindung betrifft eine Zugspannvorrichtung für die Werkstoffprüfung im Hochtemperaturversuch, mit zwei eine Probe haltenden auseinanderbewegbaren Einspannköpfen, von denen jeder an einem Schaft befestigt ist.

Der ständig steigende Bedarf an Werkstoffen für höhere Einsatztemperaturen, z. B. im Gasturbinenbau, setzt eine sorgfältige Werkstoffprüfung im Hochtemperaturbereich voraus. Die bekannten Werkstoffprüfvorrichtungen, deren Einspannvorrichtungen aus Metall bestehen, können in oxydierender Atmosphäre bei Temperaturen bis zu maximal 950⁰C eingesetzt werden. Bei höheren Temperaturen ist die Formstabilität und die Festigkeit der fcinspannvorrichtungen nicht mehr gewährleistet, was insbesondere apf die mangelnde Oxydationsbeständigkeit zurückzuführen ist. Infolge der Verformungen besteht bei hohen Temperaturen auch die Gefahr, daß die Probe später nicht mehr aus der Einspannvorrichtung demontiert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zugspannvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine Werkstoffprüfung bei erheblich höheren Temperaturen ermöglicht

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß

a) die Einspannköpfe aus keramischen Material bestehen und an ihren einander zugewandten Stirnwänden jeweils eine nach innen erweiterte Öffnung aufweisen, und

b) in der Öffnung ein geteilter Halter angeordnet ist, der eine längslaufende Öffnung für den Durchtritt der Probe und an seiner Rückseite eine Stützfläche zum Abstützen eines verdickten Kopfes jeweils am Probenende aufweist.

Die Erfindung nutzt die hohe Temperaturbeständigkeit keramischer Werkstoffe aus, die in dieser Hinsicht metallischen Werkstoffen weit überlegen sind und bis zu Temperaturen von etwa 1600⁰C benutzt werden können. Allerdings können die bei metallischen Einspannvorrichtungen üblichen Konstruktionsmerkmale nicht auf eine Keramik-Konstruktion übertragen werden. Vielmehr erfordert der Einsatz keramischer Werkstoffe spezielle Konstruktionsmerkmale, denn nach der Fertigstellung ist eine materialabhebende Bearbeitung bei keramischem Material nicht oder nur mit großen Schwierigkeiten möglich. Auch die Sprödigkeit von Keramikmaterial erfordert spezielle Konstruktionsmerkmale.

Der geteilte Halter wird um die Schaftförmige Probe herumgelegt und vom Innern des Einspannkopfes aus in

die Öffnung des Einspannkopfes eingesetzt. Der am Probenende befindliche Kopf drückt bei einer Zugebeanspruchung der Probe gegen die Stützfläche am rückwärtigen Ende des Halters und preßt diesen somit in die Öffnung in der vorderen Stirnwand des Einspannkopfes hinein. Infolge der Konizität dieser Öffnung werden die beiden Hälften des Halters fest gegen den Probenschaft gedrückt, wodurch sich die Einspannkraft in Probenlängsrichtung verteilt. Der Einspannkopf ist ein im wesentlichen zylindrisches Teil, das innen hohl ist und an dessen Vorderseite sich die konische Öffnung zum Einsetzen des Halters und für den Durchtritt des Probenschaftes befindet. Der Einspannkopf besteht somit aus nur wenigen Teilen von einfacher Konstruktion, die den Konstruktionsanforderungen des Werkstoffs Keramik entspricht. Als Werkstoff hat sich insbesondere Siliziumnitrid als geeignet erwiesen.

Zur Befestigung der Einspannköpfe an den die Zugkraft übertragenden Schäften ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß jeder Schaft in eine längslaufende Miltelöffnung des zugehörigen Einspannkopfes hineinragt und durch einen Stift, der durch miteinander fluchtende Querkanäle im Einspannkopf und im Schaft hindurchgeht, an dem Einspannkopf befestigt ist. Die Querkanäle lassen sich bei der Fertigung der einzelnen Werkstücke leicht herstellen, ohne daß eine Nachbearbeitung, z. B. durch Bohren, erforderlich wäre. Zweckmäßigerweise sind die

Schäfte Keramikrohre. Durch die rohrförmige Ausbildung der Schäfte werden Materialspannungen weitgehend vermieden.

Im Hochtemperaturbereich bereitet nicht nur die Einspannung Schwierigkeiten, sondern auch die Dehnungsmessung. Zur Lösung dieses Proolems ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß an der Probe angreifende Dehnmeßhalter je ,veils einen zweigeteilten Innenring aufweisen, der in einem Mantelring befestigt ist und an einer Schulter der Probe mit einer Ringnut angreift. Jeder Dehnmeßhalter macht also die Bewegungen des entsprechenden Teiles der Probe, an dem er befestigt ist, mit Durch die Relativbewegungen der Dehnmeßhalter, kann die Materialdehnung der Probe ermittelt werden. Zur Befestigung des Innenringes an dem Mantelring ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung der Innenring in dem Mantelring durch Stifte gehalten, die in einander ergänzende Halbkanäle von Innenring und Mantelring eingesteckt sind. Da die Stifte bzw. die Halbkanäle in der gemeinsamen Ebene der beiden Ringe verlaufen, werden sie bei eingesetzten Stiften relativ zueinander blockiert, so daß sie sowohl aneinander als auch an der Schulter der Probe festgelegt sind.

Zur Messung der Relativbewegung der Dehnmeßhaiter infolge einer Dehnung der Probe ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß an dem einen Dehnmeßhalter mindestens ein Stab angreift, der durch eine Öffnung des anderen Dehnmeßhalters und ein an dem anderen Dehnmeßhaiter abgestütztes Rohr hindurchgeht, und daß an den den Dehnmeßhaltern abgewandten Enden von Schaft und Rohr eine die Relativbewegungen beider Teile messende Meßeinrichtung vorgesehen ist. Der Stab und das Rohr tragen gewissermaßen das Meßergebnis aus der Hochtemperaturzone heraus zu der Meßeinrichtung.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch die Zugspannvorrichtung,

F i g. 2 eine Draufsicht eines zweigeteilten Halters,

Fig.3 eine Draufsicht des Mantelringes eines Dehnmeßhalters und

Fig.4 einen Längsschnitt durch den Innenring eines Dehnmeßhalters.

Die zur Durchführung von Zug- oder Zugkriechversuchen erforderliche Belastung wird von einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung auf die rohrförmigen Schäfte 3 übertragen, an denen jeweils ein Einspannkopf 1 befestigt ist. Jeder Einspannkopf 1 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist an seiner vorderen Stirnseite eine sich nach vorne konisch verjüngende Öffnung auf, ir\ der sich ein kegelstumpfförmiger zweigeteilter Halter 2 befindet Der Halter 2 weist eine Längsöffnung für den Durchtritt der schaftförmigen Probe 10 auf. Am Ende der Probe 10 befindet sich ein verdickter Kopf 11, der sich an der rückwärtigen Stirnfläche des Halters 2 abstützt

Jeder der Einspannköpfe 1 weist eine axiale Mittelöffnung auf, in die das Ende des zugehörigen Schaftes 3 hineinragt Durch miteinander fluchtende Querkanäle im Einspannkopf 1 und dem Schaft 3 ist ein Stift 4 hindurchgesteckt der die beiden Teile 1 und 3 miteinander verriegelt

Die Probe 10, deren beide Enden auf die gleiche Weise jeweils in einem Einspannkopf eingespannt sind, wird durch axiales Auseinanderziehen der Schäfte 3 gedehnt Zur Feststellung des Dehnungsmaßes dienen die Dehnungsmeßhalter 5 und 6, die an der Probe 10 befestigt sind. Zu diesem Zweck weist die Probe 10 zu beiden Seiten ihres axialen Mittelbereichs Ringschultern 12 auf. Um jede Ringschulter 12 herum ist ein geteilter Innenring 13 gelegt, dessen Trennspalt 14 in Fig.4 zu erkennen ist Die beiden Ringhäiften bilden den geschlossenen Innenring 13, der einen längslaufenden Kanal 15 für den Durchtritt der Probe 10 und im Verlauf dieses Kanales 15 eine Ringnut 16 zur Aufnahme der Ringschulter 12 aufweist

Wie Fig. 1 zeigt, ist der Innenring 13 von dem Mantelring 17 umgeben, dessen Mittelöffnung den Innenring passend umschließt Um zu verhindern, daß der Innenring 13 aus dem Mantelring 17 herausgleitet, sind durch den Mantelring 17 zwei parallel zu den Stirnseiten verlaufende Kanäle 20 geführt, die die Mittelöffnung 21 teilweise schneiden und im Bereich der Mittelöffnung lediglich Halbkanäle bilden. Weitere Halbkanäle 22 befinden sich in der zylindrischen Umfangsfläche des Innenringes 13 (F i g. 4). Stifte 8, die in die Kanäle 20 eingesteckt sind, arretieren den Innenring 13 im Innern des Mantelringes 17.

Gegen die Unterseite des oberen Dehnmeßhalteis 5 stoßen die Enden zweier achsparalleler Stäbe 23, die durch öffnungen 24 des unteren Dehnmeßhalters 6 hindurchgehen. An der Unterseite des unteren Dehnmeßhalters 6 sind Rohre 25 abgestützt, die die Stäbe 23 koaxial umgeben. Die (nicht dargestellten) unteren Enden der Stäbe 23 und der Rohre 25 führen zu einer Meßeinrichtung, die auf diese Weise Änderungen des Abstandes der beiden Ringschultern 12 mißt

Die Einspannköpfe 1, die Halter 2 sowie die Dehnmeßhalter 5, 6 sind sämtlich aus keramischen Material hergestellt, das hochtemperaturbeständig ist. Aus dem gleichen Material können auch die Stifte 4 und 8 hergestellt sein.

Hir.rzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zugspannvorrichtung für die Werkstoffprüfung im Hochtemperaturversuch, mit zwei eine Probe haltenden auseinanderbewegbaren Einspannköpfen, von denen jeder an einem Schaft befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß