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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein begleitendes Verfahren
zur Verwendung darin zur Verwendung in einer herkömmlichen
dynamischen thermomechanischen Materialprüfanlage, um vorteilhaft eine
verbesserte Selbstwiderstandserwärmung für eine Probe
bereitzustellen, die eine größere Temperaturgleichmäßigkeit
in einer zu prüfenden
Probe hervorbringt als zuvor erreicht wurde.
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Vorteilhaft
findet die vorliegende Erfindung in einer herkömmlichen dynamischen mechanischen Materialprüfanlage
Anwendung, um eine Prüfprobe über ihr
gesamtes Volumen gleichmäßig mittels Selbstwiderstand
zu erwärmen.
Solch eine Erwärmung
kann gesteuert und mit einem mechanischen Prüfprogramm synchronisiert werden,
zum Beispiel mit einer vordefinierten Reihe von mechanischen Verformungen,
um der Probe ein gewünschtes
thermomechanisches Prüfprogramm
zur Verwendung in einer physikalischen Simulation und/oder anderen Materialprüfanwendungen
bereitzustellen.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Metallische
Materialien spielen eine unverzichtbare Rolle als eine wesentliche
Komponente einer großen
Anzahl an
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unterschiedlichen
Produkten und nehmen somit einen äußerst bedeutenden Teil der
Weltwirtschaft ein. Deshalb müssen
während
der Herstellung verschiedene Eigenschaften und Kosten dieser Materialien
sorgfältig
kontrolliert werden, um ihre Nutzbarkeit und ihren Wert in einer
gegebenen Anwendung zu maximieren.
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Unterschiedliche
Metallmaterialien besitzen stark variierende mechanische, metallurgische
und andere Eigenschaften. Unterschiedliche Anwendungen machen die
Verwendung von Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften erforderlich.
Die spezifischen Eigenschaften, die von einem Material zur Verwendung
in einer gegebenen Anwendung erfordert werden, werden zunächst durch
Auswahl eines spezifischen Materials, das angemessene Werte dieser
Eigenschaften aufweist, bestimmt.
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Während der
anfänglichen
Herstellung werden metallische Materialien im Allgemeinen in Platten
oder Rohblöcke
geformt und dann davon ausgehend mittels zum Beispiel herkömmlicher
Walz-, Schmiede- und/oder Extrudiervorgänge in Bleche, Stäbe oder
Rollen steuerbar verformt. Allerdings kann das korrekte Konfigurieren
eines Walzwerks, einer Schmiede oder eines Extruders, um ein Herstellungsmaterial
geeignet zu verformen und dem Material die gewünschten physikalischen und/oder
metallurgischen Eigenschaften zu verleihen, ein langwieriger, zeitaufwendiger
und kostenintensiver Prozeß sein,
insbesondere weil eine Herstellungsmaschine für eine längere Zeit außer Betrieb
genommen werden muß,
um ihre Betriebsparameter geeignet einzustellen. Folglich lehrt
der Stand der Technik zur Vermeidung solcher Ausfallzeiten das allgemeine
Konzept des Bestimmens der fraglichen Eigenschaften durch Prüfen relativ
kleiner Proben jedes solchen berücksichtigten
Materials. Eine solche Technik dafür ist die so genannte "physikalische Simulation". Im Idealfall ermöglicht diese
Technik durch die Verwendung einer dynamischen Materialprüfanlage,
daß jede
Probe eine angemessene mechanische Verformung und gegebenenfalls
eine gleichzeitige thermische Verarbeitung durchmacht, die insgesamt
und so genau wie möglich
in einer Umgebung im kleinen Umfang Formänderungen und andere Phänomene nachahmen,
die das gleiche Material (jedoch in einem weit größeren Umfang)
durch einen tatsächlichen
Herstellungsvorgang wie Walzen, Extrusion oder Schmieden durchmachen
würde.
Solche Simulationen ermöglichen,
wenn sie genau ausgeführt werden,
daß geeignete
Betriebsparameter der entsprechenden Herstellungsmaschinerie ohne
weiteres bestimmt werden und gleichzeitig unproduktive Ausfallzeiten
und die verbundenen hohen Kosten minimiert werden.
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Eine
wesentliche Eigenschaft von metallischen Materialien ist ihre Fähigkeit
zum Leiten von Elektrizität.
Ohne den Betrieb bei superleitenden Temperaturen besitzt ein metallisches
Objekt einen Widerstand gegen einen Stromfluß proportional zu seiner Länge und
seinem Widerstand und umgekehrt proportional zu seiner Querschnittsfläche. Auf
Grund seines Widerstands erzeugt das Objekt Wärme, immer wenn ein elektrischer
Strom dort hindurch geleitet wird. Diese Form von Erwärmung, das
heißt,
die so genannte „Selbstwiderstandserwärmung", findet in einem
breiten Spektrum an unterschiedlichen Anwendungen Verwendung. In
dem hier relevanten Maße
können
dynamische thermomechanische Materialprüfanlagen die Selbstwiderstandserwärmung anwenden,
um jeder Probe vor ihrer Verformung ein gewünschtes Wärmeprofil zu verleihen, um
Materialtemperaturen, die während
eines Herstellungsvorgangs erfahren werden, genauer zu simulieren.
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Im
allgemeinen wird in einer herkömmlichen dynamischen
thermomechanischen Materialprüfanlage
eine Druckprobe zwischen zwei Ambossen gehalten oder, im Falle einer
Zugprobe, an jedem ihrer Enden in ein Klemmbackensystem gefaßt. Da die
folgende Erörterung
gleichermaßen
sowohl für
Druck- als auch Zugprüfungen
gilt, wird diese Erörterung
der Einfachheit halber auf die Druckprüfung begrenzt.
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Für die Druckprüfung liegt
die Probe in der Regel in Form zum Beispiel eines kleinen Zylinders eines
gegebenen Materials vor und weist eine im wesentlichen gleichmäßige kreisförmige Querschnittsfläche auf.
Solche Proben können
in der Ordnung von zum Beispiel 10 mm Durchmesser und 15 mm Länge liegen;
nichtsdestotrotz werden ohne weiteres auch andere Größen benutzt.
Ein elektrischer Strom wird von einem Amboß zu einem anderen seriell
und somit im allgemeinen quer von einem Ende zum anderen Ende durch
die Probe geleitet, um eine schnelle, jedoch gesteuerte Erwärmungsrate
in der gesamten Probe zu erzeugen. Gleichzeitig werden verschiedene
Messungen an der Probe vorgenommen. In Abhängigkeit von den spezifischen
vorgenommenen Messungen kann die Probe eine gesteuerte Druckverformung
durchmachen oder nicht, während sie
erwärmt
wird. Wenn die Probe verformt werden soll, dann kann diese Verformung
durch Bewegen einer der zwei Ambosse bei einer gesteuerten Geschwindigkeit
in bezug auf den anderen erreicht werden, um die Probe zusammenzudrücken, indem
der Probe eine Druckkraft verliehen wird. Dieser Prozeß kann bei
verschiedenen Verformungsmengen und -raten mehrere Male wiederholt
werden, um der Probe eine Abfolge unterschiedlicher Verformungen
zu verleihen, wodurch sich unterschiedliche und zunehmende Formänderungsmengen
in der Probe ergeben. Physikalische Messungen wie zum Beispiel Probenerweiterung
und -temperatur werden in der Regel vorgenommen, während Erwärmen oder
Abkühlen und
Verformung gleichzeitig stattfinden. Diese Prüfung offenbart nicht nur verschiedene
statische Eigenschaften des Probenmaterials selbst, wie seine kontinuierliche
Erwärmungstransformationskurve, sondern
auch verschiedene dynamische Eigenschaften wie zum Beispiel Wärmebelastung
gegenüber Formänderungsraten
und Wärmedehnbarkeit,
wobei die dynamischen Eigenschaften bei der Quantifizierung des
Verhaltens des Materials besonders nützlich sind, das während der
Walz-, Schmiede-, Extrusions- oder
anderer Materialformungs- und/oder Verbindungsvorgänge wahrscheinlich
auftreten. Eine Anlage, die eine ausgezeichnete dynamische thermomechanische
Prüfung
bereitstellt, ist die GLEEBLE-3500-Anlage, die von Dynamic Systems,
Inc. of Poestenkill, New York, hergestellt wird (die auch Inhaberin
der eingetragenen Marke „GLEEBLE" ist und die vorliegende
Bevollmächtigte
ist). Vorteilhaft erwärmt
diese Anlage die Probe mittels Selbstwiderstand, um quer verlaufende,
im wesentlichen isotherme Ebenen entlang der gesamten Probe zu erzeugen,
das heißt,
das Probenmaterial in jeder Ebene wird gleichmäßig erwärmt, während Strom der Länge nach
durch diese Ebene der Probe strömt.
Folglich ist die Dichte des elektrischen Heizstroms in diesem Querschnitt
relativ gleichmäßig und
bewirkt als solche eine im wesentlichen gleichmäßige Erwärmung über diesen gesamten Querschnitt.
Beispiele solcher Anlagen sind in den folgenden US-Patentschriften beschrieben,
die alle durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden:
6,422,090 (erteilt an H. S. Ferguson
am 23. Juli 2002);
5,195,378 (erteilt
an H. S. Ferguson am 23. März
1993) und
5,092,179 (erteilt
an H. S. Ferguson am 3. März
1992). Siehe auch
US 5315085 (erteilt
an H.S Ferguson am 24. Mai 1994).
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In
solchen Anlagen müssen
die Ambosse den relativ großen
Kräften
standhalten, die der Probe verliehen werden, ohne sich selbst nennenswert
zu verformen. Somit sind diese Ambosse physikalisch viel größer und
bedeutend massiver als die Proben. Folglich erreichen die Ambosse
für eine
gegebene Menge an Selbstwiderstands-Heizstrom, der seriell sowohl
durch die Ambosse als auch die Probe strömt, eine viel niedrigere Temperatur
als die Probe. Demzufolge erscheinen von einem Ende zum anderen
Ende entlang der Probe längs
verlaufende Temperaturgradienten, wobei ein zentraler Arbeitsbereich der
Probe am heißesten
ist und die Probentemperatur zu jedem Amboß abfällt – selbst wenn die Selbstwiderstands-Heizströme das Auftreten
von im wesentlichen isothermen Ebenen quer verlaufend über die
Probe bewirken. Diese Gradienten begrenzen den Arbeitsbereich der
Probe tendenziell auf ihren zentralen Bereich, wodurch die effektive
Länge der Probe
vermindert wird, und zwar aus dem einfachen Grunde, daß der heißere Arbeitsbereich
tendenziell zunehmend weich wird und sich verformt, bevor dies die
kühleren
Bereich nahe der Probenenden tun. Dies wiederum schränkt tendenziell
die maximale Menge, um welche die Probe während jeder Verformung zusammengedrückt werden
kann, und somit die maximale Formänderung und Formänderungsrate
ein, die der Probe verliehen werden könnte.
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Um
diese längs
verlaufenden Gradienten zu beseitigen, können herkömmliche Amboßanordnungen
selbst erwärmt
oder getrennt erwärmt
werden. Leider wäre
die Erwärmungszeit
der Ambosse auf Grund der relativ großen Masse der Ambosse im Vergleich
zu der Probe bedeutend länger
als diejenige der Probe, was wiederum eine maximale Rate einschränkt, bei
welcher die Probe erwärmt
werden könnte.
Dies wiederum verlangsamt die thermische Reaktion der gesamten Anlage
und ist insbesondere problematisch, wenn für ein gegebenes thermomechanisches
Programm mehr als eine Prüftemperatur erforderlich
ist, das heißt,
jede aufeinanderfolgende Verformung („Stoß") bei einer unterschiedlichen Probentemperatur
ausgeführt
wird. Spezifisch erfordert dies, daß die Ambosse bei jeder dieser
aufeinanderfolgenden programmierten Temperaturen ein thermisches
Gleichgewicht erreichen, bevor jeder Stoß stattfindet. Je nach den
beteiligten Temperaturabweichungen könnten die erforderlichen Amboßerwärmungs-
oder -abkühlzeiten
die Gesamtreaktion der Anlage drastisch verlangsamen. Ein modernes
Materialherstellungsgerät
wie mehrstufige Walzwerke verformen Materialien häufig dynamisch
bei relativ hohen Geschwindigkeiten. Folglich könnte jegliche nennenswerte
Verminderung hinsichtlich der Reaktion der Prüfanlage wie diejenigen, die
durch Einschränkungen
auferlegt werden, die mit den Amboßerwärmungs- und -abkühlraten
verbunden sind, die Herstellungsprozesse, die durch solche Anlagen
genau simuliert werden könnten,
schwerwiegend und nachteilig einschränken, wodurch die Attraktivität und Kosteneffizienz,
die durch die Verwendung solcher Anlagen anderenfalls erreicht werden
könnte,
potentiell verringert werden.
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Da
derzeit zunehmend Hochgeschwindigkeits-Herstellungsprozesse in der Industrie
eingesetzt werden, ist in jüngerer
Zeit ein begleitender Bedarf dahingehend entstanden, daß herkömmliche Materialprüfanlagen
den Proben zunehmend höhere Mengen
an Formänderung
und Formänderungsraten verleihen.
Aus diesem Grund besteht im Stand der Technik ein Bedarf an einem
anderen Ansatz, der in solchen Anlagen angewendet werden kann, um
das Auftreten von längs
verlaufenden Temperaturgradienten in mittels Selbstwiderstand erwärmten Prüfproben,
die in Ambossen (und Klemmbackenanordnungen) gehalten werden, im
wesentlichen, wenn nicht sogar vollkommen zu beseitigen. Im Idealfall
sollte solch ein Ansatz die Reaktion der Anlage nicht nennenswert verlangsamen,
sondern noch immer isotherme Ebenen in den Proben hervorbringen.
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Um
diesen Bedarf zu erfüllen,
lehrt der Stand der Technik einen Ansatz, um diese Temperaturgradienten
im wesentlichen zu beseitigen; nämlich
durch Erzeugen von ausreichend Selbstwiderstandswärme innerhalb
jedes Ambosses, um sich ungefähr
an diejenige anzugleichen, die anderenfalls aus der Probe in den
Amboß fließen würde. Dies
würde wiederum einen
großen
Teil, wenn nicht sogar im wesentlichen die gesamte Temperaturdifferenz
beseitigen, die anderenfalls zwischen einer oberen Oberfläche des Ambosses
und dem Probenvolumen auftreten würde, und somit das Auftreten
sämtlicher
längs verlaufender
Temperaturgradienten in der Probe ausschließen.
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Zur
Ausführung
dieses Ansatzes lehrt der Stand der Technik, daß jeder Amboß aus einem
Amboßstapel
gebildet sein kann, der zylindrisch geformte obere und untere Glieder
aufweist, die durch ein Folienzwischenstück getrennt sind, das im Vergleich zu
dem Amboß einen
relativ hohen Widerstand hat. Die Seiten des Amboßstapels
sind elektrisch und thermisch von ihrer Stützstruktur durch ein geeignetes
Isolierglied, in der Regel ein Keramikgeweberohr oder eine steife
Keramikhülse,
isoliert. Als Folge und während
eines halben Zyklus angelegten Stroms fließt der Selbstwiderstands-Heizstrom
von dem Stützelement
nach oben durch eine Basis des Amboßstapels, durch das Folienzwischenstück mit hohem
Widerstand, durch einen Amboßoberteil
und in das Probenende (und in eine entgegengesetzte Richtung während eines
nachfolgenden Halbzyklus angelegten Stroms). Da der Widerstand des
Folienzwischenstücks
im Vergleich zu dem Amboß relativ
hoch ist, bewirkt der Durchfluß des
Heizstroms durch das Folienzwischenstück, daß es sich mittels Selbstwiderstand erwärmt, wobei
sich die Wärme durch
den gesamten Amboß,
einschließlich
des Amboßoberteils,
ausbreitet. Das Folienzwischenstück
ist in der Regel aus einem Stapel gebildet, der eine vordefinierte
Anzahl an Graphitscheiben aufweist, wobei jede Scheibe einen ungefähren Durchmesser
des Ambosses und eine gegebene Dicke aufweist, um einen gewünschten
Widerstand bereitzustellen. Leider sind die Graphitscheiben, wenn
sie den recht hohen Aufschlagkräften
ausgesetzt werden, die während
jedes Stoßes
auf den Amboßstapel übertragen
werden, recht nachgiebig und neigen dazu, sich von einer Scheibe
zur nächsten
mit jedem Schlag ungleichmäßig zu verformen.
Hieraus folgt, daß sich
der angrenzende elektrische Kontakt zwischen den Graphitscheiben
sowie der Widerstand jeder Scheibe mit jedem Stoß verändern, was wiederum den Durchfluß des Heizstroms
und somit die Erwärmung
der Probe nachteilig beeinflußt.
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Aus
diesem Grund besteht im Stand der Technik noch immer ein Bedarf
an einem Ansatz zur Anwendung in einer dynamischen thermomechanischen
Materialprüfanlage,
der das Auftreten von Temperaturgradienten in einer zu prüfenden Probe effektiv
und im wesentlichen, wenn nicht sogar vollständig beseitigen kann und gleichzeitig
noch immer ermöglicht,
daß isotherme
Ebenen in der Probe auftreten, jedoch, wenn überhaupt, ohne eine nennenswerte
Verformung unter der hohen Aufprallkraft, die während jedes Stoßes erzeugt
wird.
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Darüber hinaus
stellt eine bedeutende Anzahl an herkömmlichen, im Handel erhältlichen,
dynamischen Materialprüfanlagen
nur eine mechanische Verformung der Probe bereit, ohne irgendeine Fähigkeit
zur Wärmeverarbeitung
der Probe. Im Grund drücken
diese Anlagen lediglich eine Probe zusammen, die an einem Ende und
am anderen Ende zwischen zwei Ambossen gehalten wird, die sich selbst
durch servohydraulische oder durch Schrauben angetriebene Betätigungselemente
bewegen, um die Probe steuerbar zusammenzudrücken. Jedoch muß die zu
prüfende
Probe zur genauen Simulation der Herstellungsprozesse einer gesteuerten
gleichmäßigen Wärmeverarbeitung
unterzogen werden, die mit dem Auftreten der mechanischen Verformungen
synchronisiert ist. Als solche müssen
diese Anlagen durch die Hinzufügung
einer geeigneten Vorrichtung derart modifiziert werden, daß sie die
Fähigkeit
zur Bereitstellung einer genauen Probenerwärmung mittels Selbstwiderstand
besitzen, die über
die zu prüfende
Probe isotherme Ebenen erstellt, ohne jedoch zu bewirken, daß entlang dieser
Probe nennenswerte, falls überhaupt,
längs verlaufende
Temperaturgradienten auftreten. Auch hier sollte sich diese Vorrichtung
in keinem nennenswerten Maße,
falls überhaupt,
unter der hohen Aufprallkraft, die während jedes Stoßes erzeugt
wird, verformen. Folglich besteht im Stand der Technik auch ein
Bedarf an der Bereitstellung dieser Fähigkeiten in solchen herkömmlichen
mechanischen Prüfanlagen.
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Sollten
diese Bedürfnisse
erfüllt
werden, dann könnte
die Attraktivität
von physikalisch simulierten Hochgeschwindigkeits-Herstellungsprozessen
durch eine dynamische Materialprüfanlage
sehr wohl zunehmen, und zwar mit vorteilhaft wesentlichen Kosteneinsparungen,
die ihren Benutzern daraus zukommen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung überwindet
die Mängel
des Standes der Technik vorteilhaft durch Aufnehmen, in jede Amboßanordnung
zwischen einer Amboßbasis
und einem Amboßoberteil,
eines Folienzwischenstücks,
das mindestens eine Mehrkomponenten-Verbundschicht aufweist, wobei
jede Bestandteilkomponente darin spezifische, jedoch sich voneinander
unterscheidende, thermische, elektrische und mechanische Eigenschaften
aufweist.
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Diese
Verbundschicht, die im allgemeinen und in ihrer bevorzugten Ausführungsform
in Form einer Scheibe vorliegt, ist vorzugsweise konzentrisch ausgerichtet
und beispielhaft- aus
zwei Scheiben aus unterschiedlichen Materialien, jedoch der gleichen Dicke
gebildet, wobei eine in die andere paßt. Eine Scheibe, die ein thermischer
und elektrischer Isolator, jedoch mit einer hohen Druckkraft ist,
bildet einen zentralen Abschnitt der Verbundschicht; indessen bildet
die andere Scheibe, die einen elektrischen Widerstand aufweist,
einen äußeren Ringabschnitt,
der sich konzentrisch um und bezüglich
des Umfangs angrenzend an die äußere Oberfläche des
zentralen Abschnitts befindet. Elektrischer Strom fließt nur durch
den äußeren Ringabschnitt
und bewirkt, daß sich
dieser Abschnitt mittels Selbstwiderstand erwärmt, während der zentrale Abschnitt
eine hohe Stoßfestigkeit
und somit einen wesentlichen Widerstand gegen Verformung bereitstellt,
wodurch verhindert wird, daß sich
der äußere Ringabschnitt
als Folge eines Stoßes
verformt. Erläuternd
ist der zentrale Abschnitt aus einer Mikascheibe gebildet und der äußere Ringabschnitt
ist aus einem Graphitring gebildet. Bei der Herstellung des Folienzwischenstücks mit
dem geeigneten Widerstand und somit den geeigneten Erwärmungseigenschaften
kann die Verbundschicht so oft wie nötig mit einer geeigneten leitfähigen Scheibe,
in der Regel aus Tantal (oder einem anderen geeigneten leitfähigen Material),
die zwischen aufeinanderfolgenden Verbundschichten (in Form von
Scheiben) angeordnet ist, zur Verwendung innerhalb eines gegebenen
Amboßstapels
repliziert werden. Darüber
hinaus müssen
nicht alle Schichten innerhalb des Stapels die gleiche Dicke aufweisen,
da eine oder mehrere sich unterscheidende Dicken aufweisen können, um
den Widerstand des gesamten Folienzwischenstücks angemessen festzulegen. Auch
können
die Materialien, die für
den zentralen Abschnitt und den äußeren Ringabschnitt
verwendet werden, umgekehrt verwendet werden, so daß der zentrale
Abschnitt leitfähig
ist, zum Beispiel aus Graphit gebildet ist, während der äußere ringförmige Abschnitt aus einem Isoliermaterial
mit hoher Festigkeit, zum Beispiel Mika gebildet ist. Die Seiten
des Amboßstapels
sind elektrisch und thermisch von ihrer Stützstruktur durch ein geeignetes
Isolierglied, in der Regel ein Keramikgeweberohr oder eine steife
Keramikhülse,
isoliert.
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Die
erfinderische Amboßanordnung
kann existierende Amboßanordnungen,
die in herkömmlichen
dynamischen thermomechanischen Materialprüfanlagen benutzt werden, einfach
ersetzen, um in dem gesamten Probenvolumen eine im wesentlichen gleichmäßige Erwärmung mittels
Selbstwiderstand nutzbringend und vorteilhaft bereitzustellen, die
isotherme Ebenen aufweist, jedoch ohne das Auftreten von nennenswerten
längs verlaufenden
Temperaturgradienten und ohne eine nennenswerte Verformung, falls überhaupt,
als Folge jedes Stoßes.
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Darüber hinaus
kann die erfinderische Amboßanordnung
auch ohne weiteres in herkömmliche mechanische
Prüfanlagen
integriert werden, die keine Fähigkeit
zur Wärmeverarbeitung
der Probe haben, um die gleichen Vorteile bereitzustellen, die durch
die Verwendung dieser Amboßanordnungen
in einer dynamischen thermomechanischen Materialprüfanlage
entstehen würden.
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Hierzu
wird eine getrennte Vorrichtung, die nicht Teil der vorliegenden
Erfindung ist, zu diesen mechanischen Prüfanlagen hinzugefügt. Die
Vorrichtung weist zwei entgegengesetzte erfinderische koaxial ausgerichtete
Amboßanordnungen
auf, welche die Probe gemeinsam halten und durch die Ambosse eine
ausreichende Kraft auf die Probe ausüben, um zu ermöglichen,
daß ein
Selbstwiderstands-Heizstrom
seriell durch die Ambosse und die Probe zur Erwärmung der Probe fließt. Diese
Vorrichtung benutzt getrennte Stützarme,
von denen jeder eine entsprechende der Amboßanordnungen hält, die
auf entgegengesetzten Seiten der Probe angeordnet sind. Die Vorrichtung
wendet durch die Wirkung von Federn, pneumatischen Zylindern oder
einer Kombination davon eine Kraft auf jeden Arm an, die ausreicht,
um die Probe zwischen den entgegengesetzten Amboßanordnungen in Position zu
halten und einen guten angrenzenden elektrischen Kontakt dazwischen
zu erstellen, was ermöglicht,
daß der
Strom durch die Probe fließt,
ohne im wesentlichen eine Bogenbildung zu verursachen, jedoch mit
einer unzureichenden Kraft, um die Probe zu verformen, während sie
erwärmt
wird. Getrennte entgegengesetzte koaxial ausgerichtete Schäfte (Stossheber),
die innerhalb dieser Anlagen existieren und die bislang ausgefahren
wurden, um einfach die Probe selbst zusammenzudrücken, werden statt dessen steuerbar
ausgefahren, um die Arme zu erfassen und sie zusammenzudrücken, wodurch
die Ambosse zusammengedrückt werden,
um wiederum jeden Verformungs-„Stoß” in der
Probe zu erzeugen. Bei Beendigung jedes Stoßes werden diese Schäfte geeignet
zurückgezogen und
für den
nächsten
Stoß auf
die Vorrichtung und somit auf die Probe vorzubereiten. Die Schäfte sind elektrisch
von der Vorrichtung derart isoliert, daß der Selbstwiderstands-Heizstrom
nur durch die Vorrichtungsarme, die Amboßanordnungen und die Probe steuerbar
und seriell angelegt werden kann. Ein gesteuerter Stromfluß kann vor,
während
oder nach jedem Stoß auftreten,
um das Probenvolumen zu dem geeigneten Zeitpunkt in dem Prüfverfahren
angemessen und gleichmäßig auf
eine gewünschte
Temperatur zu erwärmen.
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Die
Vorrichtung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, kann
ohne weiteres in nahezu jedem beliebigen im Handel erhältlichen
mechanischen Prüfsystem
nachgerüstet
werden, indem sie einfach, zum Beispiel innerhalb eines geeigneten
Vakuumbehälters/atmosphärischen
Behälters,
an existierenden Stützsäulen in
diesen Anlagen und vorzugsweise innerhalb eines zentralen Arbeitsbereichs der
Anlage befestigt wird, um eine gleichmäßige Arbeitsverlängerung
der existierenden Schäfte
zu ermöglichen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Lehren der vorliegenden Erfindung sind durch Betrachtung der folgenden
ausführlichen
Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ohne
weiteres verständlich.
Es zeigen:
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1 in
Seitenansicht eine herkömmliche, im
Handel erhältliche,
servohydraulische mechanische Doppelstoßheber-Prüfanlage 100;
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2 in
Schnittansicht entlang der Linien 2-2, die in 4 dargestellt
sind, die mittels Selbstwiderstand erwärmte Amboßanordnung 200, welche die
Lehren der vorliegenden Erfindung integriert;
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3 gemäß der vorliegenden
Erfindung und in auseinandergezogener Ansicht einen beispielhaften
Amboßstapel 300,
der Teil der Amboßanordnung 200 ist,
der in 2 dargestellt ist; und
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4,
ebenfalls in Seitenansicht, die Vorrichtung 400, die nicht
Teil der vorliegenden Erfindung ist und die Amboßanordnung 200 aus 2 integriert
und die in die herkömmliche,
in 1 dargestellte Anlage integriert würde.
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Zur
Erleichterung des Verständnisses
sind, wo möglich,
identische Bezugszeichen verwendet worden, um identische Elemente
zu bezeichnen, die den Figuren gemeinsam sind.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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Nach
Betrachtung der folgenden Beschreibung wird der Fachmann eindeutig
feststellen, daß die
allgemeinen Lehren der Erfindung ohne weiteres in Verbindung mit
einer großen
Vielfalt an Materialprüfanlagen
benutzt werden können,
einschließlich sowohl
dynamischer mechanischer als auch thermomechanischer Materialprüfanlagen,
die eine Prüfprobe
steuerbar verformen, um zu ermöglichen,
daß solche
Anlagen komplexe thermische und mechanische Programme zur Verwendung
bei der Simulation einer großen
Vielfalt an Herstellungsverfahren und Materialanwendungen umsetzen.
Der Einfachheit halber wird die vorliegende Erfindung im Kontext
ihrer Integration und Verwendung in einer relativ einfachen und
allgemeinen dynamischen mechanischen Materialprüfanlage erläutert. Auf der Grundlage dieser
Beschreibung kann der Fachmann ohne weiteres und leicht feststellen,
wie die Lehren der vorliegenden Erfindung vorteilhaft in jede beliebige
einer großen
Vielfalt an existierenden thermomechanischen Materialprüfanlagen
integriert werden können.
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1 zeigt
in Seitenansicht eine herkömmliche,
im Handel erhältliche,
servohydraulische mechanische Materialprüfanlage 100.
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Wie
dargestellt, besteht die Anlage 100 aus einem Gestell,
das beispielhaft aus der Basis 101, den Säulen 102 und 102a,
dem oberen Kreuzkopf 103 und dem unteren Kreuzkopf 104 gebildet
ist. Die Anlage enthält
auch einen unteren hydraulischen Zylinder 105 und seinen
Schaft 106, einen oberen hydraulischen Zylinder 107 und
seinen Schaft 108. Die Kreuzköpfe 103 und 104 sind
vertikal an ihren horizontalen Enden, die nach innen zu den Säulen verlaufen,
gespalten. Die Bolzen 119 und 119a und 120 und 120a,
die durch ihre entsprechenden Kreuzköpfe verlaufen, befestigen den
entsprechenden Kreuzkopf 103 und 104 an den Säulen.
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Wie
dargestellt, weist diese Anlage im Gegensatz zu vielen herkömmlichen
Anlagen, die nur einen Zylinder aufweisen, der sich gewöhnlich auf
dem unteren Kreuzkopf 104 befindet, zwei hydraulische Zylinder 105 und 107 auf.
Der untere Zylinder 105 ist auf einer unteren Oberfläche des
unteren Kreuzkopfes 104 derart befestigt, daß der zugehörige Schaft 106 von
dem Zylinder durch ein Loch (nicht spezifisch dargestellt) in diesem
Kreuzkopf nach oben verläuft.
Der obere Zylinder 107 ist an einer oberen Oberfläche des
oberen Kreuzkopfes 103 derart befestigt, daß sein zugehöriger Schaft
von diesem Zylinder durch ein Loch (ebenfalls nicht dargestellt)
in dem oberen Kreuzkopf nach unten verläuft. Die hydraulischen Verbindungen 109 und 110, 111 und 112 mit
geeigneten hydraulischen Schläuchen
(nicht spezifisch dargestellt) verbinden jeweils die Zylinder 105 und 107 mit
getrennten entsprechenden servohydraulischen Steuersystemen (ebenfalls
nicht dargestellt). Diese zwei servohydraulischen Steuersysteme
sind einer Art, die gewöhnlich
bei der Steuerung von servohydraulischen Prüfmaschinen verwendet wird,
und sind im Stand der Technik sehr gut bekannt; folglich werden
sie nicht weiter im Detail beschrieben. Rückkopplungswandler 113 und 114,
die jeweils an den Zylindern 105 und 107 befestigt
sind, stellen den servohydraulischen Systemen zur Verwendung bei der
Steuerung der Bewegung der Schäfte
Schaftpositionsinformation bereit. Wenngleich diese Figur die Verwendung
der servohydraulischen gesteuerten Zylinder 105 und 107 zum
Positionieren der Schäfte 106 und 108 berücksichtigt,
könnten
diese Zylinder durch andere geeignete mechanische Betätigungselemente
wie Kugelgewindespindel mit angemessenen Positionswandlern und Servosteuerystemen
ersetzt werden, die zusammen eine geeignete Betätigungsgliedbewegung bereitstellen
und geeignete Kräfte
dadurch auf die entsprechenden Ambosse zum Verformen der Probe anwenden
können.
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Der
Bereich 306, der im allgemeinen zentral angeordnet ist
und sich zwischen den Säulen 102 und 102a befindet,
könnte
einen Vakuumbehälter/atmosphärischen
Behälter
(nicht spezifisch dargestellt) enthalten, wobei die erfinderische
Vorrichtung innerhalb des Behälters
angeordnet wäre.
Als Alternative nimmt der Bereich 306a, der größer als
der Bereich 306 ist, einen Teil der Säulen 102 und 102a auf
und bietet Raum innerhalb des Behälters, um die erfinderische
Vorrichtung an den Säulen
zu befestigen. In beiden Fällen
ist die Vorrichtung vertikal zwischen den Schäften 106 und 108 zentriert
(das heißt,
in einem ungefähr
zentralen Arbeitsbereich der Anlage) und an den Säulen (entweder
von innen, wie im Falle von Bereich 306a, oder von außen, wie
im Falle von Bereich 306) befestigt. Eine mechanische Anlage, die
nur einen hydraulischen Zylinder wie den Zylinder 105 einsetzt,
würde erfordern,
daß die
Vorrichtung innerhalb des Bereichs 306 oder 306a vertikal
versetzt ausgerichtet ist, so daß eine Amboßbefestigungsbasis, die sich
gegenüber
einem Ende des Schafts 106 befindet, an einem starren Schaft
(der nicht spezifisch dargestellt, jedoch gut bekannt ist) und nicht
an einem Stossheber, der sich auf einem Ende eines Schafts befindet,
befestigt würde.
In diesem Fall würde
der Schaft 106 seinen Stoßheber einfach zu dem Amboß treiben,
der an dem starren Schaft befestigt ist, wodurch beide Ambosse näher zueinander
bewegt werden. Die Schaftkappen 115 und 116 sind
jeweils an den Enden der Schäfte 108 und 106 bereitgestellt,
um geeignete und entsprechende Amboßbefestigungsbasen (in dieser
Figur nicht spezifisch dargestellt) anliegend in Eingriff zu bringen.
Die Kappen 115 und 116 sind auf den Schäften 108 und 106 angeordnet,
jedoch von diesen durch die entsprechenden Isolatoren 117 und 118 isoliert.
Jeder der Schäfte 106 und 108 ist
aus vorzugsweise austenitischem Edelstahl oder wärmebehandeltem 17-4-Ph-Edelstahl
gebildet. Die Kappen 115 und 116 sind vorzugsweise
aus wärmebehandeltem
17-4-Ph-Edelstahl gebildet. Die Isolatoren 117 und 118 sind
vorzugsweise aus Glasfasern wie der Klasse G-10 gebildet, die eine
angemessene Druckfestigkeit aufweisen, um einer maximalen Kraft
standzuhalten, die von den servohydraulisch gesteuerten Zylindern 105 und 107 bereitgestellt
wird, die an entfernten Enden der Schäfte angebracht sind.
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2 zeigt
eine Querschnittsansicht der Selbstwiderstands-Amboßanordnung 200 gemäß den erfinderischen
Lehren entlang der Linien 2-2, die in 4 dargestellt
und entlang einer Mittellinie der Anordnung angeordnet sind, wobei
das Auftreten von fast allen, wenn nicht sämtlichen längs verlaufenden Temperaturgradienten
in einer Probe verhindert wird, die von den Ambossen gehalten wird,
während
diese Probe einer Selbstwiderstandserwärmung ausgesetzt wird. Eine dynamische
Materialprüfanlage,
welche die vorliegende Erfindung benutzt, würde zwei solche Amboßanordnungen
einsetzen. Da beide Anordnungen identisch sind, wird nur eine von
ihnen erläutert.
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Wie
dargestellt, ist die Amboßanordnung 200 in
dem Stützarm 201 befestigt.
Das Amboßoberteil 240 ist
auf der Amboßbasis 241 mit
mindestens einem Folienzwischenstück 242 mit relativ
hohem Widerstand befestigt, das sich dazwischen befindet. Das Folienzwischenstück 242 (das
zur Erläuterung
in 3 ausführlicher
dargestellt ist und nachstehend kurz im Detail beschrieben werden
wird) kann aus einer beliebigen Anzahl von unterschiedlichen Substanzen
wie Graphit , Tantal, Mika oder anderen gut bekannten Materialien
gebildet sein, die einen geeigneten elektrischen Widerstand und
andere elektrische Eigenschaften sowie angemessene mechanische Eigenschaften
aufweisen. Das genaue für
das Folienzwischenstück
verwendete Material sowie die Anzahl von Schichten, die das Folienzwischenstück 242 herstellen,
sind nicht entscheidend. Das Amboßoberteil und die Amboßbasis sind
in der Regel aus einem Material von hoher Festigkeit wie Wolframkarbid mit
einem Kobaltbindemittel gebildet. Das Kobaltbindemittel ist hinsichtlich
seiner Menge angemessen variiert, um die Eigenschaften des Amboßmaterials zu
verändern,
und liegt gewöhnlich
im Bereich von 6 bis 12 Prozent eines resultierenden Verbundstoffs. Ein
Verbundstoff in diesem Bereich erzeugt ein Hochtemperaturmaterial,
das seine hohe Festigkeit bei relativ hohen Temperaturen bewahrt.
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Ein
resultierender Amboßstapel,
der aus dem Amboßoberteil 240,
der Amboßbasis 241 und dem
Folienzwischenstück 242 besteht,
ist mit einer sich im wesentlichen nach oben neigenden konischen
Verjüngung verjüngt, um
eine vertikale Befestigung, wie dargestellt, sowie eine umgekehrte
Befestigung (der dargestellten entgegengesetzt) zu ermöglichen.
Die im wesentlichen konische Form verleiht dem Stapel eine verbesserte
mechanische Stabilität.
Der Stapel wird durch einen Halter 243, vorzugsweise entweder
ein Keramikgeweberohr oder eine steife Keramikhülse, zusammengehalten und weist
diesen auf. Der Amboßstapel
ist innerhalb eines Hohlraums 244 in dem Stützarm angeordnet.
Die verjüngte
Klemme 245, die eine Verjüngung aufweist, welche diejenige
des Halters ergänzt,
sichert den Stapel einschließlich
seines Halters an dem Arm. Der Halter, sei es ein Keramikgeweberohr
oder eine steife Keramikhülse,
isoliert den Amboßstapel
von der Klemme 245 im wesentlichen thermisch und elektrisch.
Die Klemme 245 ist durch Befestigungsmittel (im allgemeinen
geeignete Bolzen) 246 selbst an dem Arm 201 befestigt.
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Der
Amboßstapel
wird durch serielles Durchleiten eines elektrischen Heizstroms durch
die Bestandteilkomponenten des Amboßstapels und der Probe erwärmt. Um
zu verhindern, daß sich
das Folienzwischenstück 242,
spezifisch irgendeine seiner Schichten, unter den Kräften, auf
die es während
jedes Stoßes
trifft, verformt, ist das Folienzwischenstück 242 aus Materialien
gefertigt, die hart genug sind, um einer Verformung standzuhalten,
sowie in einem ausreichenden Maße
der Selbstwiderstandswärme
einen ausreichenden Widerstand bereitstellen, um eine, wenn überhaupt
vorhanden, nennenswerte Wärmeleitung
aus einem Ende der zu prüfenden
Probe in den oberen Amboß zu
verhindern. Die von dem Halter 243 bereitgestellte Keramikisolierung auf
den Seiten des Amboßstapels
ermöglicht
einen Stromfluß nur
durch den Arm 201, durch die Unterseite der Amboßbasis 241 und
nach oben durch den Amboßstapel
zu der Probe 466 (spezifisch in 4 dargestellt).
Zur Verbesserung des angrenzenden elektrischen Kontakts zwischen
dem Amboßstapel und
der Stütze 201 befindet
sich eine einzelne weiche dünne
Scheibe 247, in der Regel aus Kupfer, zwischen der Amboßbasis und
einer unteren Oberfläche des
Hohlraums 244.
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Das
Folienzwischenstück 242,
das als ein Zwischenstück
zwischen dem Amboßoberteil 240 und
der Amboßbasis 241 des
Stapels dient, weist einen ausreichend hohen elektrischen Widerstand
auf, um an dem Zwischenstück
eine im wesentlichen Selbstwiderstandserwärmung zu bewirken. Bei der Erwärmung fließt Strom
seriell durch den Amboß und die
Probe, wobei im Idealfall genügend
Wärme durch das
Folienzwischenstück
erzeugt wird und sich durch das Amboßoberteil 242 ausbreitet,
um zu bewirken, daß sich
die Temperatur des Amboßoberteils
bei oder sehr nahe bei der Temperatur des Probenvolumens befindet,
wodurch eine Wärmeübertragung
von der Probe auf das Amboßoberteil
ausgeschlossen wird. Die Temperatur des Amboßoberteils kann durch Verändern des
Folienzwischenstücks 242 ohne
weiteres eingestellt werden, indem einzelne Folienzwischenstückschichten
hinzugefügt
oder abgezogen werden und/oder das Material der Folienzwischenstückschichten
verändert
wird, um den Gesamtwiderstand des Folienzwischenstücks einzustellen
und somit das Wärmeprofil
einzustellen, das in dem Amboßoberteil
erzeugt wird. Wenn der Widerstand und folglich die Konfiguration
und die Materialien des Folienzwischenstücks geeignet eingestellt sind,
ist das Wärmeprofil
entlang der Probe relativ flach oder bei einer konstanten Temperatur,
wenn die Enden der Probe mit den Ambossen (sowohl dem Amboßstapel, der
sich auf einer Seite der Probe befindet, als auch seinem zugehörigen Stapel,
der an ein entgegengesetztes Ende der Probe grenzt) bei der gleichen
Temperatur in Kontakt stehen. Folglich beseitigt dies im wesentlichen,
wenn nicht vollständig,
das Auftreten jeglicher Temperaturgradienten in dem Probenvolumen
und insbesondere in dem Bereich zwischen dem Arbeitsbereich einer
Probe und ihrem Ende, das an eine obere Oberfläche eines entsprechenden Amboßoberteils
grenzt.
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3 zeigt
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine beispielhafte Ausführungsform des Amboßstapels 300,
der Teil der Amboßanordnung 200 aus 2 ist,
mit dem Folienzwischenstück 242 in auseinandergezogener
Ansicht. Wie dargestellt, ist der Amboßstapel 300, wie derjenige
aus 2, aus der Amboßbasis 241, dem Folienzwischenstück 242 und
dem Amboßoberteil 240 gebildet,
die alle innerhalb des Halters 243, der hier ein Hülsenisolator
ist, enthalten sind. Diese Hülse
ist beispielhaft eine Nextel-Hülse,
die ein Hochtemperatur-Fasergewebeisolator ist, der den Temperaturverlust
für die
Klemme 245 (siehe 2) verringert
und auf den Seiten des Ambosses eine elektrische Isolierung bereitstellt.
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Gemäß den erfinderischen
Lehren wurde herausgefunden und empirisch bestätigt, daß mit einer konzentrisch ausgerichteten
Mehrkomponentenanordnung eine ausgezeichnete und gleichmäßige Probenerwärmung und
eine hohe Stoßfestigkeit
durch die Verwendung mindestens einer Verbundschicht in dem Folienzwischenstück 242 erreicht
werden kann. Spezifisch ist diese Verbundschicht aus zwei Scheiben
unterschiedlicher Materialien, jedoch der gleichen Dicke gebildet,
wobei eine in die andere paßt. Eine
Scheibe, die ein thermischer und elektrischer Isolator, jedoch mit
einer hohen Druckkraft ist, bildet einen zentralen Abschnitt der
Verbundschicht; indessen ist die andere Scheibe, die einen elektrischen
Widerstand aufweist, angemessen geformt, um einen äußeren Ringabschnitt zu
bilden, und ist konzentrisch um und bezüglich des Umfangs angrenzend
an die äußere Oberfläche des
zentralen Abschnitts angeordnet. Die resultierende Verbundschicht
ist eine einzige massive Scheibe, die aus zwei angrenzenden konzentrisch
ausgerichteten Abschnitten gebildet ist, die zusammen bedeutend
unterschiedliche mechanische, thermische und elektrische Eigenschaften
zwischen ihren äußeren Ringabschnitten und
zentralen Abschnitten aufweisen. Elektrischer Strom fließt nur durch
den äußeren Ringabschnitt und
bewirkt, daß sich
dieser Abschnitt mittels Selbstwiderstand erwärmt, während der zentrale Abschnitt eine
hohe Stoßfestigkeit
und somit einen wesentlichen Widerstand gegen Verformung bereitstellt,
wodurch verhindert wird, daß sich
der ringförmige
Abschnitt und die gesamte Verbundschicht als Folge eines Stoßes verformt
und sich der Widerstand des leitenden Wegs durch den äußeren Ringabschnitt
verändert.
Als Alternative können
die Materialien, die für den
zentralen Abschnitt und den äußeren Ringabschnitt
verwendet werden, ausgetauscht werden, so daß der zentrale Abschnitt einen
Widerstand aufweist, zum Beispiel aus Graphit gefertigt ist, während der äußere ringförmige Abschnitt
aus einem Isoliermaterial mit hoher Festigkeit, zum Beispiel Mika
gebildet ist. In diesem Fall verhindert der äußere Ringabschnitt die Verformung
des zentralen leitfähigen Abschnitts
während
jedes Stoßes.
In jedem Fall sind die Größe des äußeren Rings
und der Durchmesser des zentralen Abschnitts angemessen ausgewählt, um
auf der Grundlage der spezifischen Materialien, die diese Abschnitte
bilden, geeignete thermische, mechanische und elektrische Eigenschaften
für diese
Abschnitte zu erhalten
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Wie
spezifisch in 3 dargestellt, ist das Folienzwischenstück 242 aus
dreischichtigen Folienzwischenstückgruppierungen 310A , 310B und 310C gebildet, von denen die Folienzwischenstückgruppierungen 310A and 310B identisch
sind. Der Einfachheit halber wird spezifisch die Folienzwischenstückgruppierung 310A erläutert. Die Gruppierung 310A enthält den Ringabschnitt 313,
den zentralen Abschnitt 315, die beide eine einzige Verbundschicht 320A bilden, und die Scheibe 317,
die sich darüber
befindet. Der zentrale Abschnitt 315, der einen Durchmesser
in der Ordnung von 0,75 Zoll (ungefähr 1,9 cm) aufweist, ist beispielhaft
eine massive Mikascheibe, die sowohl als thermischer als auch als
elektrischer Isolator fungiert, und kann sehr hohen Druckkräften ohne
Verformen standhalten. Diese Mikascheibe ist ungefähr 0,004
Zoll dick (ungefähr
0,01 cm). Der äußere Ringabschnitt 313,
der die gleiche Dicke aufweist, ist aus Graphit gebildet, das einen
Innendurchmesser von 0,75 Zoll und einen Außendurchmesser von ungefähr 1 Zoll
(ungefähr
2,5 cm) aufweist. Die Scheibe 317 ist vorzugsweise eine
massive Tantalfolienscheibe mit einem Außendurchmesser von 1 Zoll und
einer Dicke von 0,004 Zoll. Die Folienzwischenstückgruppierung 310 B ist aus dem äußeren Ringabschnitt 323 und dem
zentralen Abschnitt 325 (die zusammen die Verbundschicht 320B bilden) und der Scheibe 327 gebildet – die mit
dem Ringabschnitt 313 und dem zentralen Abschnitt 315 (und
der Verbundschicht 320A ) und der
Scheibe 317 identisch sind. Die Folienzwischenstückgruppierung 310C ist mit den Folienzwischenstückgruppierungen 310 B und 310A identisch,
jedoch ohne eine obere Tantalscheibe, zum Beispiel die Scheibe 327.
Die resultierende Verbundschicht 320C , die
als die Oberseite des Folienzwischenstücks 242 lediglich
aus dem äußeren Ringabschnitt 333 und dem
zentralen Abschnitt 335 gebildet ist, grenzt an eine Unterseite
des Amboßoberteils 240.
Die Verwendung einer Vielzahl von Folienzwischenstückgruppierungen
zur Bildung des Folienzwischenstücks 242 schafft
zusätzlichen
Widertand und somit Erwärmung
in dem Amboß.
Die Dimensionen und Materialien und Anzahl einzelner Folienzwischenstückgruppierungen
und die Anzahl einzelner Schichten in jeder von ihnen ist nicht
entscheidend, solange das gesamte resultierende Folienzwischenstück, hier
das Folienzwischenstück 242,
einen ausreichenden elektrischen Widerstand aufweist, um einen angemessenen
Wärmegrad
innerhalb des Amboßstapels
zu erzeugen, um Selbstwiderstandswärme zu versetzen, die anderenfalls
von einem Ende der zu prüfenden
Probe. in ihr oberes angrenzendes Amboßoberteil fließen würde. Wenngleich
hier spezifisch Mika, Graphit und Tantal verwendet werden, könnten statt
dessen andere Materialien mit ähnlichen
elektrischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften verwendet
werden, wenngleich diese bezüglich
der Größe entsprechend
angepaßt
werden müßten.
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Wenngleich
die Verbundschicht erläuternd als
bestehend aus einer konzentrisch ausgerichteten zentralen Scheibe
und äußeren Ringabschnitten
dargestellt ist, die nur aus zwei Scheiben, zum Beispiel jeweils
aus den Scheiben 315 und 313 gebildet sind, können darüber hinaus
eindeutig auch andere Anordnungen für die Verbundschicht berücksichtigt
werden, die andere Geometrien aufweisen. Eine solche Geometrie kann
eine relativ große
einzelne Scheibe aus leitfähigem
Material wie Graphit in Betracht ziehen, die entweder kreisförmige, dreieckige
und/oder geradlinige Ausschnitte dadurch aufweist, in denen Stücke von
ergänzender
und entsprechender Größe eines
Isoliermaterials von hoher Festigkeit wie Mika angeordnet sind.
Darüber
hinaus können
unterschiedliche Materialien in unterschiedlichen Ausschnitten angeordnet
sein, um die gewünschten
Eigenschaften der gesamten Verbundschicht geeignet zu verändern. Wenngleich
empirisch herausgefunden wurde, daß konzentrische Anordnungen
der oben beschriebenen Art für
die Verbundschicht sehr zufriedenstellende Ergebnisse bereitstellen
und relativ einfach herzustellen sind, wird anerkannt, daß aus anderen
Verbundschichtgeometrien, seien sie konzentrisch oder nicht, die
gleiche Leistung erhalten werden kann. Nichtsdestotrotz muß die wie
auch immer konfigurierte resultierende Verbundschicht die notwendigen
thermischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften im Hinblick
auf elektrischen Widerstand/Isolation und/oder hohe Festigkeit besitzen,
so daß der
gesamte Amboßstapel
die gewünschte
Erwärmung,
Leitfähigkeit
und hohe Festigkeit gegen Stoßkräfte erbringt.
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4 zeigt
eine Amboßanordnung 200,
die in 2 zusammen mit der begleitenden Vorrichtung, die
nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, dargestellt ist und in
eine herkömmliche
mechanische Prüfanlage 100,
dargestellt in 1, integriert würde.
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Die
Probe wird in einer getrennten Stützvorrichtung gehalten, welche
die Amboßanordnung
enthält
und durch die Ambosse auf die Probe eine ausreichende Kraft (in
entgegengesetzte Richtungen) ausübt,
um zu ermöglichen,
daß ein
Selbstwiderstands-Heizstrom seriell durch die Ambosse und die Probe
zur Erwärmung
der Probe fließt.
Diese Vorrichtung benutzt getrennte Stützarme, von denen jeder eine
Amboßanordnung
hält, die
auf gegenüberliegenden
Seiten der Probe angeordnet sind. Die Vorrichtung wendet Kraft auf
jeden Arm an, um die Probe zwischen den entgegengesetzten Amboßanordnungen
ausreichend in Position zu halten und zu ermöglichen, daß der Heizstrom durch die Probe
fließt, ohne
im wesentlichen eine Lichtbogenbildung zu verursachen, jedoch mit
einer unzureichenden Kraft, um die Probe zu verformen, während sie
erwärmt
wird. Getrennte entgegengesetzte koaxial ausgerichtete Schäfte werden
dann steuerbar ausgefahren, um die Arme steuerbar zu erfassen und
sie zueinander zu bewegen, um die Probe zusammenzudrücken, und erzeugen
als solche jeden Verformungs-„Stoß” in der Probe.
Bei Beendigung jedes Stoßes
werden diese Schäfte
geeignet zurückgezogen,
um sich für
den nächsten
Stoß vorzubereiten.
Da die Schäfte
von der Vorrichtung elektrisch isoliert sind, kann ein Selbstwiderstands-Heizstrom
steuerbar und seriell vor, während
oder nach jedem Stoß durch
die Vorrichtungsarme, die Amboßanordnungen
und die Probe angelegt werden, um das Probenvolumen auf eine gewünschte Temperatur
angemessen und gleichmäßig zu erwärmen. Da
solch eine Vorrichtung in nahezu jeder beliebigen im Handel erhältlichen
mechanischen Prüfanlage
ohne weiteres nachgerüstet
werden kann, stellt die vorliegende Erfindung solchen Anlagen einzig
eine Selbstwiderstands-Erwärmungsfähigkeit
bereit und erwärmt
die Probe insbesondere durch die Verwendung der erfinderischen Amboßanordnung
gleichmäßig, um
isotherme Ebenen darin zu erzeugen, und ohne das Auftreten von,
wenn überhaupt,
nennenswerten Temperaturgradienten entlang der Probenlänge. Diese
Vorrichtung wird in einer dynamischen Materialprüfanlage, die bereits eine Selbstwiderstands-Erwärmungsfähigkeit
bereitstellt, nicht benötigt.
In diesem Fall reicht die Verwendung nur der erfinderischen Amboßanordnung
aus, um eine gleichmäßige Probenerwärmung zusammen
mit isothermen Ebenen und ohne längs
verlaufende Temperaturgradienten in dem gesamten Probenvolumen bereitzustellen.
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Spezifisch
und wie dargestellt ist die Vorrichtung 400, einschließlich der
Amboßanordnung,
fest, vertikal und zentral zwischen dem unteren Schaft 406 mit
der Schaftkappe 416 und dem oberen Schaft 408 mit
der Schaftkappe 415 befestigt. Die Schäfte 406 und 408 bewegen
sich unter der servohydraulischen Steuerung in die Richtungen, die
jeweils durch die Pfeile 407 und 409 dargestellt
sind. Um zu verhindern, daß der
Heizstrom durch die Schäfte
fließt,
sind die Schaftkappen 415 und 416 durch die Isolatoren 417 und 418 von
den zugehörigen
Schäften 408 und 406 elektrisch
isoliert.
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Diese
Vorrichtung ist aus Stützarmen 201 und 451 gebildet,
deren Bewegung vertikal nach oben oder unten, jedoch unabhängig voneinander, eingeschränkt ist.
Der Heizstrom fließt
durch jeden der Arme. Die Stützarme 201 und 451 weisen
Amboßanordnungen 200 und 453 auf,
die in jeweiligen Hohlräumen
(siehe 2 für
Hohlraum 244 in Arm 201) befestigt sind und mit
jeweiligen Befestigungsmitteln 455 und 246 gesichert
sind. Die Amboßanordnungen
sind koaxial ausgerichtet. Jeder der Stützarme ist aus einem ausreichend
starken Material hergestellt, das die wiederholten Stöße bei hoher
Kraft ohne Verformen aushält.
In der Regel sind diese Stützarme
aus einem Edelstahl der Serie 303 oder 304 oder
wärmebehandeltem
17-Ph-Edelstahl
gefertigt. Beide Stützarme 201 und 451 werden
wassergekühlt,
um ein übermäßiges Erwärmen der
Arme und Komponenten, mit denen sie physikalisch verbunden sind,
auf Grund der Selbstwiderstandserwärmung der Amboßstapel
und der Probe sowie jeglicher Selbstwiderstandserwärmung, die
auf Grund der Durchflusses von Heizstrom dadurch innerhalb der Arme
selbst auftreten kann, zu verhindern. Die Wasseranschlüsse 456 und 457 stellen
Verbindungen mit den Wasserkühldurchgängen (nicht
spezifisch dargestellt) in den Armen 201 bereit, während die
Wasseranschlüsse 458 und 459 Verbindungen
mit Wasserkühldurchgängen (ebenfalls
nicht spezifisch dargestellt) in Arm 451 bereitstellen.
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Die
Stützarme 201 und 451 sind
mittels herkömmlicher
isolierter Befestigungsmittel (nicht dargestellt) an den Gleitplatten 460 und 461 durch
jeweilige Isolationsplatten 462 und 463 befestigt.
Die Gleitplatten 460 und 461 können sich entlang der Anlagenbefestigungsschienen 464 und 465 vertikal
nach oben und unten frei bewegen und sind dazwischen durch geeignete
Paare (herkömmlicher
und nicht dargestellter) linearer Lager verbunden, welche diese
vertikale Bewegung lenken. Die Schienen und Gleitplatten bilden
zusammen eine Befestigung für
die Stützarme.
Als solche bewegen sich die Arme 201 und 451 in
vertikalen Richtungen, die jeweils durch die Pfeile 432 und 452 dargestellt
sind. Die Gleitplatten sind an den Schienen 464 und 465 durch
jeden beliebigen der vielen linearen Gleitmechanismen befestigt,
die im Handel erhältlich
sind und die Bewegung der Gleitplatten auf nur eine vertikale Bewegung
einschränken
würden.
Die linearen Lager werden in nebeneinander liegenden Paaren verwendet,
um diese Bewegung auf eine einzige Ebene einzuschränken. Die
Anordnung ermöglicht
auch, daß sich
die Stützarme 201 und 451,
die Amboßanordnungen 200 und 453 und
die Probe 466, die sich dazwischen befindet, als eine einzige
Einheit zusammen und frei vertikal nach oben und nach unten bewegen.
Außerdem
ermöglichen
die Arme 201 und 451 durch voneinander unabhängiges Bewegen,
daß die
Probe 466 dazwischen angemessen positioniert und danach
zusammengedrückt
wird. Die Befestigungsschienen 464 und 465 können an
der Innenseite eines Vakuumbehälters/atmosphärischen
Behälters
oder an den Säulen 102 und 102a (siehe 1)
befestigt werden. Wie in 4 dargestellt, sind die Schienen 464 und 465 selbst
starr an entsprechenden Befestigungsklammern 492 und 493 bzw. 494 und 495 befestigt. Die
Klammern sind geeignet gestaltet, um die Schienen an den Behälterwänden oder
Säulen 102 und 102a (siehe 1)
zu befestigen.
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Elektrischer
Heizstrom zum Selbstwiderstandserwärmen der Probe 466 wird
durch Transformatoren 477 geliefert und fließt in einen
einfachen Serienweg. Wenngleich dies nicht entscheidend ist, sollte
der Transformator eine Primärspannung
von 440 Volt, Einphase 75 kVA, mit einer Sekundärspannung
von 5,7 bis 10 Volt, die vorzugsweise durch einen Stufenschalter
gesteuert wird, und eine Betriebsfrequenz von 50 oder 60 Hz aufweisen.
Der Kurzschluß-Ausgangsstrom
sollte in einer Größenordnung
von 50 kA oder mehr liegen. Die sekundäre Wicklung des Transformators
ist in der Regel aus einer oder zwei Umwickelungen eines schweren
Kupfergusses gebildet. Durch Variieren des Wickelungsverhältnisses
des Transformators in endlichen Erhöhungen durch den Stufenschalter
können
Proben unterschiedlicher Größen und
Formen ohne weiteres erwärmt
werden. Solch ein Transformator ist das Modell G4475NS61S, hergestellt
von Kirkhof Transformer of Grand Rapids, Michigan. Der Transformator 477 ist
mit einer geeigneten und herkömmlichen
servogesteuerten Leistungsquelle (nicht dargestellt) über Leitungen 478 und 479 verbunden.
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Der
Stromweg für
einen halben Zyklus eines Wechselstromflusses beginnt bei dem Transformatorausgangsstab 475 und
geht von dort aus weiter in den Bus 471. Dieser Bus ist über Befestigungsmittel 473 mit
dem Stab verbunden. Von dem Bus 471 fließt der Strom
in ein Ende eines flexiblen Leiters 467, der selbst physikalisch
und elektrisch durch die Befestigungsmittel 470a mit dem
Bus verbunden ist. Der Bus 467 ist über die Befestigungsmittel 468 mit
dem Arm 451 verbunden, und somit wird der Heizstrom in diesen
Arm geleitet. Aus diesem Arm wird der Heizstrom durch die Amboßanordnung 453 und
in die Probe 466 geleitet. Nachdem der Strom durch die Probe
gegangen ist, durchquert er die Amboßanordnung 200 in
den Stützarm 201.
Dieser Arm ist selbst durch den flexiblen Leiter 469 mit
dem Bus 472 elektrisch verbunden: Der Bus 472 ist über die
Befestigungsmittel 470b selbst mit dem Leiter 469 und über die
Befestigungsmittel 474 mit dem Ausgangsstab 476 des
Transformators verbunden. Folglich fließt der Heizstrom von Arm 201 durch
den flexiblen Leiter 469 in den Bus 472 und schließlich über den
Stab 476 zurück
in den Transformator. Der Stromfluß kehrt für den anderen Halbzyklus des
Stromflusses einfach seine Richtung um. Der Bus, die flexiblen Leiter, Stützarme,
Amboßbasen
und Amboßoberteile
haben alle einen äußerst niedrigen
elektrischen Widerstand. Aus diesem Grund findet der Großteil der
Erwärmung in
der Probe 466 und in dem Amboßstapel statt, spezifisch innerhalb
des Folienzwischenstücks 242,
das sich innerhalb jedes Stapels befindet. Die Wasserkühlung entfernt
wärme,
die in den anderen Komponenten der Vorrichtung 400 auftritt,
die physikalisch und thermisch mit den Amboßanordnungen verbunden sind.
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Die
Selbstwiderstandserwärmung
wird durch ein herkömmliches
servogesteuertes System gesteuert, das eine Rückkopplung aus einem Thermopaar mit
Ausgangsleitungen
498 benutzt und das an einem Arbeitsbereich
der Probe
466 angebracht ist. Ein geeignetes Pyrometer
kann statt des Thermopaars benutzt werden. Ausgaberückkopplungssignale,
die entweder von dem Thermopaar oder dem Pyrometer (welches auch
immer benutzt wird) bereitgestellt werden, werden als Eingabe durch
eine angemessene herkömmliche
Signalaufbereitungsschaltung einer Eingabe des Servosteuersystems
bereitgestellt. Allgemein weist das Servosteuersystem ein vordefiniertes
Programm von Temperatur gegenüber Zeit
auf. Die Thermopaarausgabe wird kontinuierlich mit dem Programm
verglichen und die Leistung für den
Transformator wird dann eingestellt, um die Probentemperatur so
nahe wie möglich
bei der in dem Temperaturprogramm gewünschten und angegebenen Temperatur
zu halten. Das Temperaturprogramm ist in der Regel mit einem mechanischen
Programm synchronisiert, um eine vollständige thermische/mechanische
Steuerung über
die Probe bereitzustellen. Das Servosteuersystem ist demjenigen
sehr ähnlich, das
in den "GLEEBLE"-Materialprüfanlagen
benutzt wird, die von dem vorliegenden Bevollmächtigten hergestellt und in
den
US-Patentschriften 6,442,090 (erteilt
an H. S. Ferguson am 23. Juli 2002);
5,195,378 (erteilt
an H. S. Ferguson am 23. März 1993)
und
5,092,179 (erteilt
an H. S. Ferguson am 3. März
1992) erläuternd
beschrieben sind. Auf Grund der herkömmlichen Natur dieser Steuersysteme
werden sie nicht weiter im Detail erläutert.
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Damit
die Probe 466 in Position gehalten und mit einer angemessenen
Kraft zusammengedrückt wird,
um einen guten elektrischen Weg für den Heizstrom durch die Amboßanordnungen
und die Probe bereitzustellen, sind vier Federn bereitgestellt,
um Kräfte
auf die Oberseite und Unterseite der Gleitplatten 460 und 461 anzuwenden.
Zwei Federn werden benutzt, um für
die Platte 461 eine Druckkraft bereitzustellen, und die
anderen zwei stellen eine Druckkraft für die Platte 460 bereit.
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Die
Druckfeder 480 ist zwischen der Platte 460 und
der Einstellschraube 482 befestigt, die in die Innengewindeklammer 481 geschraubt
ist. Das Einstellen der Schraube nach innen oder nach oben bewirkt,
daß sich
die Feder 480 zunehmend zusammendrückt und somit eine erhöhte Kraft
auf die Gleitplatte 460 ausübt, wodurch die Platte nach
oben getrieben wird. Jede der drei anderen Federn 483, 486 und 489 ist
durch Einstellschrauben 485, 488 und 491,
die jeweils in die Innengewindeklammern 484, 487 und 490 geschraubt
sind, in einer ähnlichen
Weise befestigt und eingestellt. Da die Federn 480 und 489 eine
zusätzliche
Kraft (Vorbelastung) bereitstellen, um die Probe zu halten und den
elektrischen Widerstand für
den Heizstrom niedrig genug zu halten, können diese Federn stärker als
die Federn 483 und 486 sein. Die Vorbelastung,
die aus den Kräften
der Federn 480 und 489 erhalten wird, abzüglich jeglicher
Gegengewichtskräfte
aus den Federn 483 und 486 (Nettokraft) liegt
je nach der Probengröße in einer
Größenordnung
von 200 bis 600 N (Newton). Wenngleich die Nettokraft auf die Probe
nicht entscheidend ist, wird sie derart gewählt, daß sie groß genug ist, um elektrischen
Strom ohne das Auftreten einer Bogenbildung durch die Probe zu leiten,
jedoch klein genug ist, um die Probe nicht zu verformen, während diese
bei einer erhöhten
Temperatur verbleibt. Eine Zentrierkraft, die von allen Federn zusammen
erzeugt wird, sollte ausreichen, um das Gewicht der Gleitplatten,
Stützarme,
der Amboßanordnungen
und der Probe derart auszugleichen, daß diese Komponenten in einer
ungefähr
mittleren Position entlang der Befestigungsschienen 464 und 465 in
der Tat „schweben". Der Bereich der
gewünschten
Zentrierkraft liegt je nach der Probengröße in einer Größenordnung
von 50 bis 100 N.
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Als
Alternative können
geeignete herkömmliche
pneumatische Zylinder (zusammen mit geeigneten Reglern und Werten),
jeweils einer für
jede Gleitplatte, statt der Federn 480 und 483 und
der Einstellschrauben 482, 485, 488 und 491 benutzt
werden. Die Verwendung der Zylinder kann insofern bevorzugt sein,
als sich die Federkraft mit der Durchbiegung (sofern nicht eine äußerst lange
Feder benutzt wird) schnell verändert
und Federn im allgemeinen mehr Wartung erfordern und mechanisch
eingestellt werden müssen,
um die angemessenen Kräfte
hervorzubringen. Darüber
hinaus können
die Kräfte,
die zum Betreiben der Vorrichtung 400 erforderlich sind, durch
einfaches und angemessenes Einstellen des Drucks innerhalb jedes
Zylinders ohne weiteres auf eine gewünschte Menge eingestellt werden,
wie auch die Bewegung der Stützarme
und Ambosse, um ohne weiteres ein Laden und Entladen der Probe zu ermöglichen.
Da die Kraft, die von den Schäften 406 und 408 während jedes
Stoßes
auf die Stützarme 201 und 451 bereitgestellt
wird, die Probenhaltekraft, die von der Vorrichtung zum steuerbaren
Verformen der Probe bereitgestellt wird, im wesentlichen überschreitet,
muß die
Vorrichtung elastisch sein und ermöglichen, daß sich die Stützarme zueinander
bewegen, selbst während
sie die Probe halten. Aus diesem Grund werden Federn, pneumatische
Zylinder oder andere geeignete Kraft erzeugende Vorrichtungen, die
eine inhärente
Elastizität
aufweisen, anderen Vorrichtungen wie Kugelgewindespindeln, welche
die Stützarme
positionieren und die erforderliche Probehaltekraft bereitstellen
könnten,
jedoch im wesentlichen keine Elastizität aufweisen, bevorzugt.
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Zwei
Luftregler würden
den korrekten pneumatischen Druck ungeachtet der Bewegung der Zylinderstangen,
die auf die Gleitplatten 460 und 461 drücken, zu
jeder Zeit beibehalten. Eine atypische Installation würde die
Verwendung von zwei Luftreglern, zwei pneumatischen Zylindern und
zwei pneumatischen 4-Wege-, 3-Positions-Steuerventilen mit gesperrtem
Mittelanschluß einbeziehen.
Jede beliebige andere Art pneumatischer Ventile kann in Abhängigkeit
der Art und Weise, auf welche die Ventile verbunden und betrieben
wird, benutzt werden. Eine typische Installation betrifft das Befestigen
eines Zylinders an der Klammer 484 und des anderen Zylinders
an der Klammer 490. Ein Ende der Zylinderstange der Zylinder
drückt
auf die Platten 460 und 461. Ein Luftregler ist
eingestellt, um die gewünschte Druckkraft
bereitzustellen, um den elektrischen Kontakt zwischen den Ambossen
und der Probe während der
Selbstwiderstandserwärmung
zu bewahren. Der andere Luftregler ist eingestellt, um das Gewicht
der Anordnung derart auszugleichen, daß die Stützarme während des Betriebs auf den
Befestigungsschienen relativ gut zentriert bleiben.
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Zur
Einsetzung oder Entfernung der Probe zwischen den Amboßanordnungen
müssen
diese Anordnungen, das heißt,
die Arme 201 und 451, ausreichend auseinander
bewegt werden, um den angemessenen Raum zwischen ihnen für einen
Benutzer bereitzustellen, um die Probe geeignet zu manipulieren.
Wenn nur Federkraft benutzt wird, um die Bewegung der Gleitplatten 460 und 461 zu
steuern, dann müssen
die Arme 201 und 451 manuell mittels einer geeigneten
Stange getrennt werden, um die Kraft, die von den Federn erzeugt
wird, zu überwinden
und folglich ausreichend Raum zwischen den Amboßanordnungen zu schaffen, um
die Probe einzusetzen, zu positionieren und zu entfernen.
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Wenn
die pneumatischen Zylinder statt Federn benutzt werden, dann können die
pneumatischen Steuerventile einfach eingestellt werden, um zu bewirken,
daß sich
die Stützarme
und somit die Amboßanordnungen
ohne weiteres voneinander trennen, wodurch ermöglicht wird, daß die Probe leicht
eingesetzt, positioniert und danach entfernt wird. Wenn die Probe
geeignet eingesetzt ist, werden die pneumatischen Steuerventile
einfach in ihre ursprüngliche
Position zurückgeführt. Die
Verwendung von pneumatischen Zylindern erleichtert den Prozeß des Ladens
und Entladens der Probe gegenüber demjenigen,
der mit Federn erforderlich ist, eindeutig und in großem Maße.
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Nachdem
die Probe zwischen den Amboßanordnungen
geladen und ihr Thermopaar mit dem thermischen Servosteuersystem
verbunden worden ist, werden geeignete thermische und mechanische Programme
in dem Steuersystem angeordnet. Die Prüfung wird dann initiiert und
die gewünschten
Probenmessungen werden begonnen. Dadurch wird die Probe bei einer
programmierten Geschwindigkeit und durch gesteuertes Selbstwiderstandserwärmen auf
ihre erste Verformungstemperatur gebracht. Das mechanische System
bewegt dann steuerbar die Schäfte 406 und 408,
um die Stützarme
zu erfassen, und drückt
die Probe durch die Bewegung von gegenüberliegenden Amboßanordnungen 201 und 453 bei
einer programmierten Geschwindigkeit und Menge zusammen und verformt
sie unter Druck. Nachdem diese Verformung vollendet ist, werden
die Schäfte 406 und 408 geeignet
zurückgezogen.
Die Probe wird dann bei einer programmierten Geschwindigkeit geeignet
erwärmt
oder abgekühlt
und danach werden die Schäfte
zur Ausführung
einer nächsten
nachfolgenden Verformung noch einmal steuerbar bewegt, um die Stützarme zu
erfassen, und so fort.
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Wenngleich
die erfinderische Amboßanordnung
zur Verwendung mit Proben beschrieben worden ist, die Druckverformungen
durchmachen, könnte
die erfinderische Mehrkomponenten-Folienzwischenstückschicht
ohne weiteres in Klemmbackenanordnungen zur Verwendung mit durch
Selbstwiderstand erwärmten
Proben, die Zugverformungen durchmachen müssen, integriert werden, um
in ähnlicher
Weise wie bei durch Druck verformten Proben eine gleichmäßige Erwärmung in
dem gesamten Probenvolumen bereitzustellen. Jedoch liegen bei der Zugprüfung keine
Aufschlagkräfte
vor, die der Probe verliehen werden, da die Klemmbacken gesteuert sind,
um die Probe an ihren Enden durch Zugspannung auseinanderzudehnen
und nicht zusammendrücken.
Als solches besteht kein Bedarf an der Verwendung einer Komponente
von hoher Festigkeit innerhalb jeder beliebigen Verbundschicht,
die sich innerhalb des Folienzwischenstücks befindet, um Aufschlagkräften standzuhalten.
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Wenngleich
die Nachrüstung
einer dynamischen mechanischen Materialprüfanlage mit einer Vorrichtung
beschrieben wurde, welche die erfinderische Amboßanordnung benutzt, um dieser
Anlage durch eine Selbstwiderstands-Probenerwärmung verbunden mit den oben
beschriebenen Vorteilen, die durch die Verwendung dieser Anordnung
erzielt werden können,
eine thermische Verarbeitungsfähigkeit
zu verleihen, könnte
die Vorrichtung alternativ, falls gewünscht, darüber hinaus statt dessen mit
herkömmlichen
leitfähigen
Ambossen ausgestattet sein. In diesem Fall findet die Selbstwiderstands-Probenerwärmung noch
immer mit isothermen Ebenen statt, die sich in der Probe entwickeln.
Leider ist es gut möglich,
daß längs verlaufende
Temperaturgradienten in der Probe und nahe ihren Enden auftreten.
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Schließlich, wenngleich
die erfinderische Amboßanordnung
und Vorrichtung als vertikal ausgerichtet beschrieben worden ist,
könnten
sie alternativ zur Verwendung mit horizontal ausgerichteten Materialprüfanlagen
horizontal positioniert sein, wobei die Richtung einfach durch die
Bewegungsrichtung der Kolbenschäfte
(spezifisch Stoßheber),
die in diesen Anlagen zur Verformung der Probe verwendet werden,
bestimmt wird. Folglich versteht der Fachmann vollkommen, daß, wenn
hierin der Ausdruck „vertikal" verwendet wird,
dieser Ausdruck bloß in
einem relativen Sinne verwendet wird und, wo angemessen, horizontale
Ausrichtungen umfassen würde, wenn
die gesamte Prüfanlage
derart ausgerichtet sein sollte.
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Wenngleich
verschiedene Ausführungsformen,
welche die Lehren der vorliegenden Erfindung integrieren, hierin
ausführlich
dargestellt und beschrieben worden sind, kann der Fachmann ohne weiteres
viele verschiedene andere Ausführungsformen
ersinnen, welche diese Lehren dennoch integrieren.