DE3643724C2

DE3643724C2 -

Info

Publication number: DE3643724C2
Application number: DE19863643724
Authority: DE
Inventors: Karl 8038 Groebenzell De Lechner
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 1986-12-20
Filing date: 1986-12-20
Publication date: 1989-08-10
Also published as: DE3643724A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Dehnungen von Werkstoffproben bei hohen Temperaturen mit zwei im Abstand gegen die Probe gedrückten biegesteifen Fühlern, die im Abstand von der Probe über ein mit Dehnungsmeßstreifen (DMS) versehenes biegeweiches Profil miteinander verbunden sind, auf dem die Dehnungsstreifen (DMS) angeordnet sind, wobei die biegesteifen Fühler über Zugfedern, die an einer ortsfesten Halterung befestigt sind, an die Probe gedrückt werden. The invention relates to a device for measuring the strains of material samples at high temperatures with two at a distance Rigid probes pressed against the sample at a distance from the sample via a strain gauge (DMS) flexible profile are connected to each other, on which the stretch marks (DMS) are arranged, the rigid sensors via tension springs, which are attached to a fixed bracket, pressed against the sample.

Derartige Meßvorrichtungen sind erforderlich, um die Dehnungen von Proben zu ermitteln, die in Materialprüfungsversuchen unterschiedlichsten Belastungen ausgesetzt sind. Insbesondere für den Gasturbinenbau ist es erforderlich, die Güte der dort eingesetzten Werkstoffe bei hohen Temperaturen bis über 1000°C zu prüfen. Bei diesen Temperaturen kommt eine direkte Befestigung von DMS auf der Probe nicht mehr in Frage. Für diese Zwecke sind daher Dehnungsmeßvorrichtungen der gattungsgemäßen Art bekannt, welche gegen die Probe gepreßt werden und die Dehnung der Probe dadurch messen, daß sich der Abstand der Auflagepunkte von den Fühlern verändert, wodurch das Profil zwischen den Fühlern verformt wird. Diese Verformung wird von am Profil befestigten DMS registriert und von einem angeschlossenen Meßgerät ausgewertet.Such measuring devices are required to measure the strains of Determine samples that are very different in material testing Are exposed to loads. Especially for gas turbine construction it is necessary to check the quality of those used there Check materials at high temperatures up to over 1000 ° C. At At these temperatures, strain gauges are attached directly to the Sample out of the question. Therefore strain gauges are used for these purposes of the generic type known against the sample is pressed and thereby measure the elongation of the sample, that the distance of the support points from the sensors changes, which deforms the profile between the sensors. This deformation is registered by DMS attached to the profile and by evaluated a connected measuring device.

Beispielsweise aus der US-PS 37 89 508 ist eine Dehnungsmeßvorrichtung bekanntgeworden, bei der zwei an den Enden von Fühlern angebrachte Schneiden mittels die Probe umgreifende Gummibänder gegen die Probe gedrückt werden. Diese Anordnung hat zum einen den Nachteil, daß nur punktförmige Berührungen zwischen der Probe und der Dehnungsmeßvorrichtung vorhanden ist, wodurch die Vorrichtung auf der Probe verrutschen kann. Gleichzeitig ist eine Führung der Dehnungsmeßvorrichtung in Umfangsrichtung bei der runden Probe nicht gegeben. Schließlich eignet sich diese Ausführung nicht für Hochtemperaturmessungen, da die Abstützung der Dehnungsmeßvorrichtung direkt an der Probe, insbesondere durch hitzeempfindliche Gummifedern erfolgt. For example, from US-PS 37 89 508 is a strain gauge became known, in which two at the ends of sensors attached cutting edges by means of rubber bands encompassing the sample pressed against the sample. This arrangement has the one Disadvantage that only point contact between the sample and the strain gauge is present, whereby the device can slip on the sample. At the same time, a leadership of Strain measuring device in the circumferential direction in the round sample not given. After all, this version is not suitable for High temperature measurements because the support of the strain gauge directly on the sample, especially by heat sensitive Rubber springs are made.

Aus "Journal of Materials", Band 2, 1967, Seite 373 ist beispielsweise eine Anordnung bekanntgeworden, bei der eine exakte Befestigung der Dehnungsmeßvorrichtungen an der Probe dadurch erfolgt, daß Meßfühler mit V-förmig ausgebildeten Schneiden vorgesehen sind, wodurch eine Zweipunktberührung mit der Probe ermöglicht wird, und gleichzeitig eine mit diesen Fühlern verbundene Spitze von der anderen Seite gegen die Probe wird. Diese Anordnung erfordert hohen Montageaufwand, und ist zudem für Hochtemperaturversuche ungeeignet, da die gesamte Anordnung in Probennähe vorgesehen ist, und somit innerhalb eines Ofens angebracht werden müßte.For example, from "Journal of Materials", Volume 2, 1967, page 373 an arrangement has become known in which an exact attachment of the strain gauges on the sample that sensors with V-shaped cutting edges are provided, which enables two-point contact with the sample, and at the same time a tip connected to these sensors from the other side against the sample. This arrangement requires high assembly effort, and is also for high temperature tests unsuitable, since the entire arrangement is close to the sample is, and thus should be installed within a furnace.

Schließlich ist in der DE 28 16 444 A1 eine Hochtemperaturausführungsform einer Dehnungsmeßvorrichtung offenbart, bei der zwei parallel ausgerichtete Quarzarme mittels Haltern gegen die Probe gezogen werden, wobei die Halter an der Probe vorbei verlaufend an schräg hinter der Probe vorgesehenen Haltestangen eingehakt sind. Auch diese für Hochtemperaturversuche an sich funktionsfähige Vorrichtung hat den Nachteil, daß keine gezielte relaxationsfreie Verspannung erzielbar ist, da die Spannmittel in Probennähe vorbeigeführt sind. Dadurch tritt ferner der Nachteil auf, daß einseitig schräg wirkende Kräfte auf die Quarzarme wirken, wodurch ein Abrutschen der Dehnungsmeßvorrichtung von einer runden Probe nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann. Um ein Abrutschen jedoch so weit wie möglich zu verhindern, müssen die Spitzen der Quarzarme mit erheblicher Kraft gegen die Probe gezogen werden, wodurch eine Körnung der Probenoberfläche auftritt.Finally, DE 28 16 444 A1 is a high-temperature embodiment a strain gauge disclosed in the two quartz arms aligned in parallel by means of holders against the sample be pulled, with the holder passing the sample the handrails provided at an angle behind the sample are hooked on. These, too, are functional for high-temperature tests The disadvantage of the device is that there is no specific relaxation-free one Bracing can be achieved because the clamping device passes near the sample are. This also has the disadvantage that one-sided oblique forces act on the quartz arms, whereby slipping of the strain gauge from a round specimen cannot be excluded with certainty. To slip However, as much as possible to prevent the tips of the Quartz arms are pulled against the sample with considerable force, whereby grain of the sample surface occurs.

Diese Körnung der Probe hat insbesondere bei hohen Temperaturen einen negativen Einfluß auf die Probeeigenschaften (Kerbspannungen), die sich bei den hohen thermischen und mechanischen Belastungen im Versuch gravierend auswirken können.This grain size of the sample is particularly high at high temperatures a negative influence on the test properties (notch stresses), which is reflected in the high thermal and mechanical loads can have a serious impact in the experiment.

Während des Versuchsablaufes treten ferner vereinzelt Biegeverformungen der Probe auf, welche zu Meßfehlern führen können, da die Auflagepunkte der Spitzen nicht in der Ebene der neutralen Biegefaser angeordnet sind. Bei starker Erhitzung der Probe in einem Ofen kann es außerdem zu einer Erwärmung des hinteren Endes der Dehnungsmeßvorrichtung kommen, wodurch ebenfalls Meßverfälschungen auftreten können.During the course of the experiment, there are also occasional bending deformations the sample, which can lead to measurement errors, since the Point of contact of the tips not in the plane of the neutral bending fiber are arranged. If the sample is strongly heated in one The oven may also heat the rear end of the oven Strain gauges come, which also leads to measurement errors may occur.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß diese an der Probe einfach montierbar ist, und unter allen vorkommenden Temperaturbedingungen relaxationsfrei eine rutschfeste Fixierung der Dehnungsmeßvorrichtung an der Probe gewährleistet wird. The object of the invention is a device according to the preamble of patent claim 1 in such a way that these on the Sample is easy to assemble, and under all occurring temperature conditions a non-slip fixation of the Strain measuring device on the sample is guaranteed.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die beiden biegesteifen Fühler an ihrem probeseitigen Ende V-förmige Schneiden aufweisen, und an den biegesteifen Fühlern an beiden Seiten der V-förmigen Schneiden Mittel vorgesehen sind, an denen die Probe umgreifende Zuggabeln einhängbar sind, wobei die Zugfedern an diesen Zuggabeln außerhalb des Bereichs der hohen Temperaturen befestigt sind.According to the invention the object is achieved in that the two rigid probe at its trial end V-shaped cutting edges have, and on the rigid sensors on both sides of the V-shaped To cut Means are provided on which drawbars encompassing the sample are hookable, the tension springs on these drawbars outside of Range of high temperatures are attached.

Beim Andrücken des V-förmigen Einschnittes gegen die Probe hat der Fühler eine Zweipunktberührung mit der Probe, wodurch ein Verrutschen des Fühlers und die dadurch bedingten Meßfehler nicht mehr möglich sind. Eine Körnung der Probe und der damit verbundene Nachteil tritt nicht mehr auf. Aufgrund der Zweipunktberührung zwischen Fühler und Probe erfolgt der Abgriff näher an der neutralen Biegefaser, so daß die durch Biegung der Probe bedingten Meßfehler kleiner sind. Durch die Befestigung von die Probe umgreifenden Zuggabeln an den Fühlern ist eine schnelle und trotzdem genaue Montage der Meßvorrichtung möglich, da die Fühler nur noch an den Haltegabeln angebracht werden müssen, und sich aufgrund der V-förmigen Schneiden an der Probe selbst zentrieren. Außerdem wird die Anpreßdruckbelastung in Schneidennähe in die Fühler eingeleitet, und die restliche Meßvorrichtung bleibt - im Gegensatz zu den herkömmlichen Anpreßdruckerzeugern - belastungsfrei.When pressing the V-shaped incision against the sample, the Feel a two-point contact with the sample, causing it to slip of the sensor and the measurement errors caused by it no longer possible are. A grain of the sample and the associated Disadvantage no longer occurs. Because of the two-point contact between sensor and sample, the tap is closer to the neutral one Bending fiber, so that the measurement errors caused by bending the sample are smaller. By attaching the sample Drawbars on the feelers is quick and still exact mounting of the measuring device possible, since the sensors only must be attached to the holding forks, and due to the Center the V-shaped cutting edges on the sample itself. Besides, will the contact pressure load is introduced into the sensor near the cutting edge, and the rest of the measuring device remains - in contrast to the conventional contact pressure generators - stress-free.

Vorteilhafterweise läßt sich die Zugkraft, mit der die Dehnungsmeßvorrichtung gegen die Probe gezogen wird auf einfache Weise dadurch einstellen, daß die Spannung der ortsfest abgestützten Zugfedern eingestellt wird. Diese Zugfedern sind keinen Wärmeeinflüssen ausgesetzt, und behalten somit die eingestellte Spannung bei. Andererseits läßt sich auf einfache Weise eine Anpassung beispielsweise an verschiedene Probendurchmesser erreichen durch eine schnelle Einstellung der erforderlichen Spannung.The tensile force with which the strain measuring device can advantageously be used is pulled against the sample in a simple way by adjusting the tension of the stationary Tension springs is set. These tension springs are not affected by heat exposed, and thus keep the set voltage at. On the other hand, an adjustment can be made in a simple manner for example, to reach different sample diameters a quick adjustment of the required voltage.

Vorzugsweise beträgt dabei der Winkel zwischen den Schneiden 90 bis 120 Grad. Aufgrund der Zweipunktberührung der Meßschneiden ist eine sehr genaue und schnelle Kalibrierung des Aufnehmers möglich.The angle between the cutting edges is preferably 90 up to 120 degrees. Due to the two-point contact of the measuring edges a very precise and fast calibration of the transducer is possible.

Dabei sind vorzugsweise die Haltegabeln mit widerhakenartigen Aussparungen versehen, in welchen an den Federn befestigte Stifte eingehakt sind. Diese, aus der US-PS 33 19 338 in ähnlicher Form bekannte Anordnung ermöglicht ein besonders einfaches Ein- und Aushaken der Zuggabeln an der Probe. Insgesamt läßt sich durch die vorliegende Erfindung eine besonders schnelle Anbringung und Entfernung der Dehnungsmeßvorrichtung von der Probe erzielen, ohne das Abstriche in bezug auf eine gleichbleibende Anpreßkraft oder eine zentrierte Lage gemacht werden müssen.The holding forks are preferably barb-like Provide recesses in which pins attached to the springs are hooked. This, from US-PS 33 19 338 in a similar form known arrangement allows a particularly simple entry and exit Unhook the drawbars on the sample. Overall, the present invention a particularly quick attachment and removal the strain gauge from the sample without the smears in relation to a constant contact pressure or a centered position must be made.

Vorteilhafterweise sind die Fühler für Versuche bei Temperaturen über 600°C aus keramischen Werkstoffen, insbesondere Al₂O₃ gefertigt.The sensors are advantageously for tests at temperatures over 600 ° C made of ceramic materials, especially Al₂O₃.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß zum Zweck der Abschirmung des verbindungsseitigen Endes von den Einflüssen der Strahlungswärme aus der Probenumgebung Wärmeabschirmeinrichtungen, vorzugsweise in Form von reflektierenden oder spiegelnden Schutzschilden vorgesehen sind. Vorteilhafterweise sind zwei hintereinanderliegende Schutzschilde im Abstand voneinander an den Fühlern befestigt.Another expedient embodiment of the invention exists in that for the purpose of shielding the connection end the influences of radiant heat from the sample environment Heat shielding devices, preferably in the form of reflective ones or reflective shields are provided. Advantageously are two protective shields in a row attached to each other by the sensors.

Bezüglich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen wird auf die weiteren Unteransprüche verwiesen.With regard to further advantageous refinements, reference is made to the referenced further subclaims.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachfolgend erläutert. Es zeigtBased on the drawings, an embodiment of the invention explained below. It shows

Fig. 1 eine Seitenansicht der Dehnungsmeßvorrichtung, Fig. 1 is a side view of the strain gage,

Fig. 2 einen Querschnitt des probenseitigen Abschnittes eines Meßfühlers mit U-förmiger Haltegabel. Fig. 2 shows a cross section of the sample-side section of a sensor with a U-shaped holding fork.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die Dehnungsmeßvorrichtung 1 einer Werkstoffprobe 22 angebracht. Die Werkstoffprobe 22 befindet sich auf einem nicht dargestellten Belastungsprüfstand und wird dabei in einem Ofen 23 erwärmt. Die Dehnungsmeßvorrichtung 1 besteht im wesentlichen aus zwei biegesteifen Fühlern 2, 3, welche an die Werkstoffprobe 22 gezogen werden. Am anderen Ende sind die biegesteifen Fühler 2, 3 an einem Doppel-T-förmigen biegeweichen Profil 14 mittels Schrauben 25 befestigt. Am Mittelflansch 26 des biegeweichen Profils 14 sind auf beiden Seiten DMS 15, 16 aufgebracht, welche über Signalleitungen 17 mit einem nicht dargestellten Meßgerät verbunden sind. Durch das Gebläse 21, welches das biegeweiche Profil 14 und den Raum zwischen den Schutzschilden 18, 19 mit kühler Umgebungsluft umspült, werden meßwertverfälschende Einflüsse der Hitze vermieden.As shown in Fig. 1, the strain gauge 1 of a material sample 22 is attached. The material sample 22 is located on a load test bench (not shown) and is heated in an oven 23 . The strain gauge 1 essentially consists of two rigid sensors 2, 3, which are pulled onto the material sample 22 . At the other end, the rigid sensors 2, 3 are attached to a double-T-shaped flexible profile 14 by means of screws 25 . On the central flange 26 of the flexible profile 14 , strain gauges 15, 16 are applied on both sides, which are connected via signal lines 17 to a measuring device, not shown. The blower 21 , which flushes the flexible profile 14 and the space between the protective shields 18, 19 with cool ambient air, prevents influences of the heat which falsify the measured values.

Zur Abschirmung der Dehnungsmeßvorrichtung 1 von der innerhalb des Ofens 23 herrschenden Hitze ist ein Schlitz 24, durch welchen die biegesteifen Fühler 2, 3 in den Ofen 23 hineinragen, mit hitzebeständigem, watteähnlichem Dichtungsmaterial 27 abgedichtet. An den biegesteifen Fühlern 2, 3 sind zum gleichen Zweck zwei hintereinanderliegende Schutzschilde 18, 19 befestigt. Ein Gebläse 21 versorgt diesen Teil der Dehnungsmeßvorrichtung 1 mit Umgebungskühlluft. Zweckmäßigerweise sind vier wärmekompensierte DMS auf dem Mittelflansch 26 des biegeweichen Profils 14 befestigt und als Vollbrücke zusammengeschaltet.To shield the strain gauge 1 from the heat prevailing within the furnace 23 , a slot 24 , through which the rigid sensors 2, 3 protrude into the furnace 23 , is sealed with heat-resistant, cotton-like sealing material 27 . For the same purpose, two protective shields 18, 19 are attached to the rigid sensors 2, 3 . A blower 21 supplies this part of the strain gauge 1 with ambient cooling air. Appropriately, four heat-compensated strain gauges are attached to the central flange 26 of the flexible profile 14 and interconnected as a full bridge.

Zum Begrenzen der maximalen Auslenkung der biegesteifen Fühler 2, 3, um plastische Verformungen des Mittelflansches 26 und Beschädigung der DMS zu vermeiden, ist eine aus zwei ineinandergreifenden U-Profilen 37, 38 bestehende Einrichtung vorgesehen. Die maximale Auslenkung der biegesteifen Fühler 2, 3 läßt sich dabei durch eine Stellschraube 39 regulieren.To limit the maximum deflection of the rigid sensors 2, 3 in order to avoid plastic deformation of the central flange 26 and damage to the strain gauges, a device consisting of two interlocking U-profiles 37, 38 is provided. The maximum deflection of the rigid sensors 2, 3 can be regulated by an adjusting screw 39 .

Das Andrücken bzw. Heranziehen der Dehnungsmeßvorrichtung 1 an die Werkstoffprobe 22 geschieht dadurch, daß jeder biegesteife Fühler 2, 3 über einen Stift 11, 12 mit einer die Werkstoffprobe 22 umgreifenden Zuggabel 6, 7 gekoppelt ist. Die an den Zuggabeln 6, 7 angebrachten Stiele 28, 29 ragen durch entsprechende Bohrungen 30, 31 durch die Wand des Ofens 23 hindurch und sind dahinter über Zugfedern 8, 9 mittels Haken 33 an ihren Enden an Verstelleinrichtungen 40, 41 angebracht, welche wiederum an einer festen Halterung 10 befestigt sind. Die Zuggabeln 6, 7 weisen widerhakenartige Aussparungen 13, 32 auf, in denen die Stifte 11, 12 auf einfache Weise ein- und ausgehakt werden können.The pressing or pulling of the strain gauge 1 against the material sample 22 is done in that each rigid probe 2, 3 is coupled via a pin 11, 12 to a drawbar 6, 7 encompassing the material sample 22 . The handles 28, 29 attached to the drawbars 6, 7 protrude through corresponding bores 30, 31 through the wall of the furnace 23 and are attached behind them via tension springs 8, 9 by means of hooks 33 at their ends to adjusting devices 40, 41 , which in turn engage a fixed bracket 10 are attached. The drawbars 6, 7 have barb-like recesses 13, 32 , in which the pins 11, 12 can be hooked in and out in a simple manner.

Wie in Fig. 2 am Beispiel des oberen biegesteifen Fühlers 2 zu sehen ist, ist dieser mit zwei V-förmig zueinanderstehenden Schneiden 4, 5 versehen, durch welche der biegesteife Fühler 2 an zwei Punkten auf der Werkstoffprobe 22 aufliegt. Der Stift 11 ist in einer Bohrung 34 des biegesteifen Fühlers 2 gelagert. Über einen Haken 33 ist der Stiel 28 der Zuggabel 6 an der Zugfeder 8 befestigt.As can be seen in FIG. 2 using the example of the upper rigid probe 2 , it is provided with two V-shaped cutting edges 4, 5 , through which the rigid probe 2 rests on the material sample 22 at two points. The pin 11 is mounted in a bore 34 of the rigid sensor 2 . The handle 28 of the tension fork 6 is fastened to the tension spring 8 via a hook 33 .

Claims

1.Device for measuring the elongation of material samples at high temperatures with two rigid sensors pressed at a distance from the sample, which are connected at a distance from the sample via a flexible profile provided with strain gauges (DMS) on which the strain gauges (DMS) are arranged, the rigid sensors ( 2, 3 ) being pressed against the material sample ( 22 ) by tension springs ( 8, 9 ), which are attached to a stationary holder ( 10 ), characterized in that the two rigid sensors ( 2 , 3 ) have V-shaped cutting edges ( 4, 5 ) at their test-side end, and means are provided on the rigid sensors ( 2, 3 ) on both sides of the V-shaped cutting edges ( 4, 5 ) on which the material sample ( 22 ) encompassing drawbars ( 6, 7 ) can be suspended, the tension springs ( 8, 9 ) being attached to these drawbars ( 6, 7 ) outside the range of the high temperatures.

2. Device according to claim 1, characterized in that the means for hanging the drawbars ( 6, 7 ) in the rigid sensors are mounted pins ( 11, 12 ).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the drawbars ( 6, 7 ) are provided with barb-like recesses ( 13, 32 ) in which the pins ( 11, 12 ) are hooked.

4. The device according to claim 1, characterized in that the angle between the V-shaped cutting edges ( 4, 5 ) is 90 ° -120 °.

5. The device according to claim 1, characterized in that the rigid sensors ( 2, 3 ) consist of hard metal.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the drawbars ( 6, 7 ) consist of ceramic.

7. The device according to claim 6, characterized in that the ceramic Al₂O₃ is.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that an adjusting device ( 40, 41 ) for changing the tension of the tension springs ( 8, 9 ) is provided for adjusting the contact pressure of the V-shaped cutting edges ( 4, 5 ).

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the rigid sensors ( 2, 3 ) and the connecting flexible profile ( 14 ) are in one piece.

10. The device according to claim 9, characterized in that heat shielding devices are provided for the flexible profile ( 14 ).

11. The device according to claim 10, characterized in that the heat shielding devices consist of one or more protective shields ( 18, 19 ) between the V-shaped cutting edges ( 4, 5 ) and the flexible profile ( 14 ) on the strain gauge ( 1 ) are attached.

12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the protective shields ( 18, 19 ) are arranged one behind the other at a distance and have reflecting or reflecting surfaces.