DE69015399T2 - Verfahren zur Abschätzung der thermischen Beanspruchung eines hitzebeständigen Elements. - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschätzen der Wärmespannung eines wärmebeständigen Bauteils, von dem ein Teil oder die Gesamtheit auf eine so hohe Temperatur wie 500ºC oder noch höher erwärmt werden soll.
• Wärmeisolierende Bauteile, die wiederholt erwärmten und abgekühlten Zuständen ausgesetzt werden, beispielsweise Abgaseinrichtungen, wie etwa Auspuffkrümmer, die in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen verwendet werden, usw., müssen so konstruiert sein, daß sie einer minimalen Wärmedehnung unterzogen werden, um ihren Bruch, wie etwa die Rissebildung während der Betriebsvorgänge, zu verhindern. Beispielsweise sind sie im Fall von Auspuffkrümmern von Kraftfahrzeugen zunehmend höheren Temperaturen und Wärmebelastungen unterzogen, weil Motoren zunehmend höhere Leistung entwickelt haben. Deshalb sollten die Auspuffkrümmer so konstruiert sein, daß verhindert ist, daß sich Wärmerisse in ihnen infolge von Wärmedehnungen erzeugen.
• In herkömmlicher Weise wird die Messung einer Wärmedehnungsverteilung eines Krümmers und dergleichen dadurch ausgeführt, daß man Hochtemperatur-Dehnungsfühler benutzt, wie sie in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 51- 42947 offenbart sind, wenn die Meßtemperatur 200ºC oder mehr beträgt. Hochtemperatur-Dehnungsfühler haben jedoch eine große Steifigkeit und leiden unter einer Wärmedehnung, weil sie an den Meßstellen des Krümmers durch Schweißung angebracht sind. Dementsprechend können an Abschnitten mit kleinen Krümmungsradien zuverlässige Daten infolge des Abschälens von den Meßstellen nicht erreicht werden. Ferner wird selbst bei den obigen Dehnungsfühlern die Linearität der Messung bei einer Temperatur verlorengehen, die höher ist als 500ºC. Deshalb hat man die Dehnungsverteilung an der gesamten Krümmeroberfläche bei hoher Temperatur herkömmlicherweise von Daten bei 500ºC oder weniger entnommen.
• Zusätzlich wurden beim obigen Verfahren Prüfungsmuster durch Gießen hergestellt und einem Prüfstandtest unterzogen, und die Abänderung der Konstruktionen des gegossenen Produktes wird auf der Grundlage der Daten durchgeführt, die iin Hinblick auf die gegossenen Muster erhalten wurden. Dementsprechend erfordert ein solches Verfahren einen langen Zeitraum, um die beste Konstruktion eines wärmebeständigen Teils, wie etwa eines Auspuffkrümmers, zu bestimmen, was zu hohen Entwicklungskosten führt.
• Die VDI-Zeitschrift, Band 118, Nr. 17, September 1976, Seiten 829 bis 834, bezieht sich auf die Spannungsverteilung in Bauteilen, die schwierig zu errechnen ist, und die Bestimmung der Auswirkungen eines Dehnungsfühlers auf die Ausdehnung eines Bauteils.
• Die DE-B-23 05 308 betrifft ein Verfahren, Verformungen von Hohlräumen in einem Modell aus elastisch verformbarem Material sichtbar zu machen.
• Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Abschätzen einer Wärmespannung eines wärmebeständigen Bauteils vorzusehen, das auf eine Temperatur von 500ºC oder mehr zu erwärmen ist, mit hoher Genauigkeit und Wirksamkeit, ohne daß man auf Probemuster zurückgreift, die aus denselben Metallmaterialien wie das wärmebeständige Bauteil hergestellt sind.
• Dieses Ziel wird durch die Merkmale des Anspruches 1 und 3 erreicht.
• Somit weist das Verfahren zum Abschätzen einer Wärmespannung eines wärmebeständigen Bauteils gemäß der vorliegenden Erfindung das Erwärmen eines Modells auf, das aus einem Material mit hoher Wärmedehnung gebildet ist und eine Form hat, die der des wärmebeständigen Bauteils ähnelt bzw. gleichkommt; und das Messen einer Wärmedehnung des Modells an jeder von vorbestimmten Positionen durch Dehnungsfühler, die hieran anhaften.
• Im einzelnen wird durch Messen einer Spannung während des Erwärmens des Modells sowohl in eingespanntem Zustand als auch in freiem Zustand oder durch Messen einer Spannung, während man das Modell von einer hohen Temperatur auf eine niedere Temperatur sowohl in eingespanntem Zustand als auch in freiem Zustand abkühlt, es möglich, eine äußerst zuverlässige Wärmespannungsverteilung zu erhalten.
• Ferner werden genauere Ergebnisse dort erhalten, wo die Spannung sowohl in eingespanntem Zustand als auch in freiem Zustand bzw. in erwärmtem Zustand wie auch in abgekühltem Zustand gemessen wird.
• Ferner werden genauere Ergebnisse durch Messen der Temperatur eines Modells durch einen Temperaturfühler, durch Korrigieren der Dehnungswerte, die von den Dehnungsfühlern gemessen werden, durch die Temperatur, die vom Temperaturfühler gemessen wird, und durch Berechnen der echten Spannung bei jeder gemessenen Temperatur erhalten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Fig. 1 ist eine Frontansicht, die ein Modell zeigt, das beim Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
• Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die ein Wärme-Bildanalyse-Gerät zum Messen einer Temperaturverteilung des Modells zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Modell mit einer Form, die der des zu messenden wärmebeständigen Bauteils ähnelt, durch ein Material gebildet, das einen Wärmedehnungsbeiwert aufweist, der mehrere Zehnmal so groß ist, wie der des wärmebeständigen Bauteils. Ein solches Modellmaterial ist bevorzugt ein Hartschaummaterial, wie etwa Polyurethanschaum, mit einem Wärmedehnungsbeiwert, der 20- 25-mal so groß ist wie der von Kugelgraphit-Gußeisen. Wenn ein Modell aus Polyurethanschaum benutzt wird, wird dieselbe Wärmeexpansion wie die des Kugelgraphit-Gußeisens erreicht, wenn es auf eine Temperatur in der Höhe von 1/20-1/25 von der des Kugelgraphit-Gußeisens erwärmt wird. Wenn im einzelnen ein Krümmer, der aus Kugelgraphit-Gußeisen hergestellt ist, während des Betriebs auf 800ºC erwärmt wird, kann dieselbe Wärmeexpansion wie die des Kugelgraphit-Gußeisens in einem Modell aus Polyurethanschaum erhalten werden, wenn es auf nur 32-40ºC erwärmt wird. Dieser Temperaturbereich wird aus der folgenden Gleichung abgeleitet: 800 x 1/(20-25) = 32-40. Zusätzlich kann der Polyurethanschaum leicht zu einer gewünschten Form bearbeitet werden.
• Der Polyurethanschaum wird durch einen kontinuierlichen Schäumungsprozeß erzeugt und hat eine hohe Gleichförmigkeit in der Dichte (0,03-0,10 g/cm³). Ferner expandiert er nur verhältnismäßig langsam, wenn er erwärmt wird.
• In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Wärmespannung eines wärmebeständigen Bauteils dadurch abgeschätzt, daß man ein Modell erwärmt, das aus einem Material mit hoher Wärmedehnung gebildet ist und eine Form aufweist, die der des wärmebeständigen Bauteils ähnelt; und daß man die Wärmedehnung des Modells bei jeder vorbestimmten Position durch Dehnungsfühler mißt, die hieran anhaften.
• In einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Wärmespannung eines wärmebeständigen Bauteils dadurch abgeschätzt, daß man ein Modell erwärmt, das aus einem Material mit hoher Wärmedehnung gebildet ist und eine Form aufweist, die der des wärmebeständigen Bauteils ähnelt, und zwar in einem eingespannten Zustand bzw. in einem freien Zustand; daß man die Spannung des Modells an jeder der vorbestimmten Stellen in erwärmtem Zustand durch Dehnungsfühler mißt, die an den bestimmten Stellen des Modells angebracht sind; und daß man eine Spannung an jeder vorbestimmten Lage aus der Differenz in dem Dehnungswert zwischen dem eingespannten Zustand und dem freien Zustand berechnet und dadurch die Spannung des wärmebeständigen Bauteils in erwärmtem Zustand abschätzt.
• In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Wärmespannung eines wärmebeständigen Bauteils dadurch abgeschätzt, daß man ein Modell abkühlt, das aus einem Material mit hoher Wärmeexpansion gebildet ist und eine Form aufweist, die der des wärmebeständigen Teils ähnelt, in eingespanntem Zustand bzw. freiem Zustand und von einer hohen Temperatur zu einer niedrigen Temperatur;
• daß man die Dehnung des Modells an jeder der vorbestimmten Stellen in abgekühltem Zustand durch Dehnungsmeßfühler mißt, die an den vorbestimmten Stellen des Modells angeheftet sind; und daß man eine Spannung an jeder vorbestimmten Stelle aus der Differenz im Dehnungswert zwischen dem eingespannten Zustand und dem freien Zustand berechnet und hierdurch die Spannung des wärmebeständigen Bauteils in abgekühltem Zustand abschätzt.
• In einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Wärmespannung eines wärmebeständigen Bauteils dadurch abgeschätzt, daß man ein Modell erwärmt, das aus einem Material mit hoher Wärmeexpansion gebildet ist und eine Form aufweist, die der des wärmebeständigen Bauteils ähnelt, in einem eingespannten Zustand und einem freien Zustand und von einer niedrigen Temperatur bis zu einer hohen Temperatur; daß man die Spannung des Modells an jeder von vorbestimmten Stellen in erwärmtem Zustand mißt; daß man das Modell mit oder ohne Einspannung abkühlt; daß man die Dehnung des Modells an jeder der vorbestimmten Stellen in abgekühltem Zustand mißt; und daß man die Spannungen an jeder vorbestimmten Stelle in erwärmtem Zustand und in abgekühltem Zustand aus den Unterschieden im Dehnungswert zwischen dem eingespannten Zustand und in freiem Zustand errechnet und hierdurch die Spannungen des wärmebeständigen Bauteils sowohl in erwärmtem Zustand als auch in abgekühltem Zustand abschätzt.
• In einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Dehnungswert des Modells, gemessen durch den Dehnungsmeßfühler, mittels einer Temperatur korrigiert, die an jeder vorbestimmten Stelle gemessen wird, wodurch man die echten Spannungswerte des Modells bei der vorbestimmten Temperatur errechnet.
• Das Meßverfahren gemäß einem jeden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.
• Ein Krümmermodell 2, das aus Polyurethanschaum hergestellt wird, wird auf einen Tisch (nicht gezeigt) aufgesetzt und mit einer Vielzahl von Dehnungsmeßfühlern 4, 4, ... bestückt. Ein Abgasauslaß 3 des Krümmermodells 2 wird an ein Auspuffgasrohr (nicht gezeigt) angeschlossen. Es wird in einen eingespannten Zustand versetzt, indem man seine Flanschabschnitte am Tisch mittels Schrauben befestigt, und dann dadurch erhitzt, daß man warme Luft in das Modell 2 durch Öffnungen 8, 8, ... durch einen Trockner (nicht gezeigt) so einbläst, daß die Oberflächentemperatur des Modells 2 etwa 50ºC erreicht. Bei dieser Temperatur und in eingespanntem Zustand werden Spannungswerte ε&sub1; an verschiedenartigen Meßlagen a, b, c, ... gemessen. Als nächstes wird in einem freien Zustand, in dem die Flanschabschnitte 6, 6, ... nicht festgelegt sind, das Polyurethanmodell 2 in gleichartiger Weise zum Messen der Dehnungswerte ε&sub2; an den verschiedenartigen Meßlagen a, b, c, ... erwärmt. Als Ergebnis wird die Dehnung, die frei ist vom Einfluß des eingespannten Zustands an jeder Lage in einem erwärmten Zustand, berechnet durch (ε&sub1; - ε&sub2;).
• Die Spannung a wird ausgedrückt durch:
• = (ε&sub1; - ε&sub2;) E,
• worin E der Elastizitätsmodul des tatsächlichen wärmebeständigen Bauteils ist (beispielsweise der Elastizitätsmodul von Kugelgraphit-Gußeisen bei 800ºC).
• Somit kann die Spannung berechnet werden aus der obigen Gleichung: (ε&sub1; - ε&sub2;). Die Konstruktion und die Konstruktionsänderung des Krümmers kann auf der Grundlage der somit erhaltenen Spannungsverteilung vorgenommen werden. Wenn im einzelnen eine Spannung an einer speziellen Stelle oder einem Abschnitt konzentriert ist, ist es notwendig, diese Stelle oder diesen Abschnitt zu verstärken oder die Form seines benachbarten Abschnitts zu ändern.
• Da die somit erhaltene Spannungsverteilung frei ist vom Einfluß des eingespannten Zustands, kann die Konstruktionsänderung des Krümmers mit äußerster Genauigkeit durchgeführt werden.
• Da es in manchen Fällen wahrscheinlich ist, daß eine Spannungsverteilung, die in erwärmtem Zustand erhalten wurde, und die, die in kaltem Zustand erhalten wurde, nicht gleich sind, ist es erwünscht, die Wärmedehnungsverteilung nicht nur in einem erwärmten Zustand, sondern auch in abgekühltem Zustand für eine genauere Messung zu messen. Zu diesem Zweck wird die Wärmedehnungsverteilung des Modells nicht nur nach dem Erwärmen des Modells von einer niedrigen Temperatur in eine hohe Temperatur, sondern auch nach dem Abkühlen des Modells von einer hohen Temperatur zu einer niedrigen Temperatur gemessen. Im einzelnen wird das Modell zunächst in einem freien Zustand erwärmt und dann dadurch in einen eingespannten Zustand versetzt, daß man seinen Flanschabschnitt durch Schrauben befestigt. Als nächstes wird das Modell 2 durch Blasen von Kaltluft abgekühlt und dann bezüglich einer Dehnung ε'&sub1; an jeder vorbestimmten Stelle bei niedriger Temperatur in eingespanntem Zustand gemessen. Ferner wird nach Erwärmen des Modells in freiem Zustand es ohne Einspannung abgekühlt und bezüglich einer Dehnung ε'&sub2; gemessen. (ε'&sub1; - ε'&sub2;) wird als eine Dehnung angesehen, die frei ist vom Einfluß des eingespannten Zustands im abgekühlten Zustand. Schließlich wird die Spannung ' = (ε'&sub1; - ε'&sub2;) E bemessen.
• Der Elastizitätsmodul E ist im allgemeinen mit der Temperatur veränderlich, und der Wärmedehnungsbeiwert eines jeden Materials ändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur. Dementsprechend sind zum genaueren Abschätzen der Spannungsverteilung Temperaturfühler (nicht gezeigt) am Modell 2 an Stellen nahe den Dehnungsmeßfühlern 4, 4, ... angebracht, und die Dehnungs- und Spannungswerte werden mittels der Temperatur korrigiert, die durch den Temperaturfühler gemessen wird.
• Im einzelnen unterscheidet sich die Änderung des Elastizitätsmoduls mit der Temperatur inhärenterweise unter den verschiedenartigen Materialien. Dementsprechend wird der Elastizitätsmodul E' eines tatsächlichen Metallmaterials bei jeder Temperatur, die der Meßtemperatur des Modells 2 entspricht, vorab gemessen und der Elastizitätsmodul E' wird benutzt, um die Spannung a = εE' zu berechnen.
• Die Temperaturverteilung des Modells 2 wird in erwünschter Weise von einem Wärme-Bildanalysegerät gleichzeitig mit der Messung der Dehnungsverteilung erfaßt. Das Wärme-Bildanalysegerät weist, wie in Fig. 2 gezeigt, eine Infrarotkamera 30 zum Erfassung der Wärmeverteilung des Modells 2 auf, eine Anzeige 32, um die Wärmeverteilung als Wärmebild in Farbe zu zeigen, einen Kleincomputer (PC) 36, der an die Anzeige 32 über einen Bildaufzeichner 34 angeschlossen ist und eine Anzeige 32' aufweist, um das Wärmebild zu zeichnen, und einen Farbdrucker 38, um eine gedruckte Ausgabe des Wärmebildes zu liefern. Der Kleincomputer 36 führt auch die Datenanalyse durch. Indem man einen prozeßgekoppelten Anschluß zwischen dem Bildaufzeichner 34 und dem Kleincomputer 36 erreicht, kann die Information über das Wärmebild in Echtzeit erhalten werden. Es kann auch eine prozeß-entkoppelte Verbindung so benutzt werden, daß die Information über das Wärmebild auf einer Diskette 40 im Bildaufzeichner 34 gespeichert wird und die Information durch einen Diskettenantrieb des Kleincomputers 36 abgelesen wird. Indem man die Temperaturverteilung auf diese Weise beobachtet, kann eine wirksame Änderung einer Modellkonstruktion durchgeführt werden.
• Die vorliegende Erfindung wird noch detaillierter durch die folgenden Beispiele beschrieben.
Beispiel 1
• Wie in Fig. 1 gezeigt, wurde ein Modell 2 eines Auspuffkrümmers aus einem Polyurethanschaum ("KM-60", hergestellt durch Kinuura Kogyo K.K.) hergestellt und eine Vielzahl (sieben) von Widerstandsdraht-Dehnungsfühlern 4, 4, ... wurde durch einen Kleber an einer Seitenfläche des Modells 2 an vorbestimmten Stellen angebracht, die mit "a"-"g." gezeigt sind. Unter Benutzung von Schrauben, die aus demselben Polyurethanschaum wie das Modell 2 hergestellt wurden, wurden Flansche des Modells 2 auf einem Tisch an Stellen von Schraubenöffnungen 10, 10, ... befestigt. Als nächstes wurde Heißluft durch einen Trockner in das Modell 2 durch vier Öffnungen 8, 8, ... von unten her eingeleitet.
• Die Oberflächentemperatur des Modells 2 erreichte 50ºC nach 10 Sekunden, und die Erwärmung wurde angehalten, um eine Dehnung ε&sub1; an jeder Meßfühlerstelle zu messen.
• Die Schrauben wurden dann vom Modell 2 abgenommen, wobei man das Modell 2 ohne Einspannung auf dem Tisch beließ, und es wurde in gleicher Weise erwärmt, um eine Dehnung ε&sub2; an jeder Meßfühlerstelle zu messen.
• Als nächstes wurde das Modell 2 auf etwa 50ºC ohne Einspannung erwärmt und durch Schrauben auf einem Tisch befestigt. In diesem eingespannten Zustand wurde Kaltluft in das Modell 2 von einem Trockner eingeleitet, um das Modell 2 zu kühlen. Wenn die 0berflächentemperatur des Modells 2 etwa 20ºC erreichte, wurde die Kühlung angehalten, um eine Dehnung ε'&sub1; an jeder Meßfühlerstelle zu messen.
• In gleichartiger Weise wurde nach Erwärmen bis auf 50ºC ohne Einspannung des Modells 2 in freiem Zustand (ohne Einspannung) abgekühlt, um eine Dehnung ε'&sub2; zu messen. Meßbedingungen:
• ε&sub1; : eingespannt, erwärmt
• ε&sub2; : frei, erwärmt
• ε'&sub1;: eingespannt, abgekühlt
• ε'&sub2;: frei, abgekühlt
• (ε&sub1; - ε&sub2;) und (ε'&sub1; - ε'&sub2;) an jeder Meßfühlerstelle sind in Tabelle 1 gezeigt.
• Der Elastizitätsmodul E, der benutzt wurde, betrug 17000 kg/mm² als der Elastizitätsmodul von Kugelgraphit-Gußeisen bei 800ºC, und die Spannung oder ' an jeder vorbestimmten Lage wurde errechnet aus der Formel
• = (ε&sub1; - ε&sub2;) E, oder
• ' = (ε'&sub1; - ε'&sub2;) E.
• Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
• Es ist im übrigen bekannt, daß, wenn Spannungsfühler an einem Modell angeklebt sind, die meiste Expansion des Modells von der Expansion des benutzten Klebers absorbiert wird, und daß eine Wärmedehnung, die vom Dehnungsfühler gemessen wird, etwa 1/14,8 dessen vom Modell selbst ist.
• Dementsprechend sind die Werte von (ε&sub1; - ε&sub2;) und (ε'&sub1; - ε'&sub2;) jene, die durch Multiplizieren der gemessenen Dehnungswerte mit 14,8 erhalten wurden. In Tabelle 1 bedeutet eine Spannung mit einem Minus-Symbol (-) "Druckspannung" und eine Spannung mit einem Plus-Symbol (+) bedeutet "Zugspannung". Tabelle 1 Bei Erwärmung Bei Abkühlung Vor der Änderung der Modellkonstruktion Nach der Änderung der Modellkonstruktion Lage der Messung Drehung Spannung Anmerkung: Die Einheit der Spannung , ' ist kM/cm²
• Wie aus der Tabelle 1 deutlich wird, gibt es verhältnismäßig große Dehnungen an den Stellen b, c, d und e, wo eine Aussparung vorliegt, um einen Raum für ein Werkzeug zum Schneiden des Gewindes eines Flanschbolzens 10 vorzusehen. Somit wurde das Modell 2 vertikal ein wenig verlängert, ohne die Querschnittsfläche eines jeden rohrförmigen Abschnitts zu ändern, der sich von einem Flansch 10 aus erstreckt, um hierdurch den Raum für ein Werkzeug zu verringern.
• Nach dieser Änderung der Modellkonstruktion wurden die Dehnungswerte ε&sub1;, die bei Erwärmung in eingespanntem Zustand gemessen wurden, die Dehnungswerte ε&sub2;, die bei Erwärmung in freiem Zustand gemessen wurden, die Dehnungswerte ε'&sub1;, die bei Kühlung in eingespanntem Zustand gemessen wurden, und die Dehnungswerte ε'&sub2;, die bei Kühlung in freiem Zustand gemessen wurden, auf dieselbe Weise wie oben erhalten. Die Werte von (ε&sub1; - ε&sub2;) und (ε'&sub1; - ε'&sub2;) und die errechneten Werte der Spannungen , ' sind auch in Tabelle 1 gezeigt.
• Wie aus dem Vergleich eines jeden Spannungswertes deutlich wird, wurde durch Änderung der Modellkonstruktion die Gesamtspannung verringert.
• Zur gleichen Zeit mit der obigen Spannungsmessung wurde die Temperaturverteilung des Modells 2, als es erwärmt wurde, gemessen und auf einer Anzeige als ein Wärmebild unter Verwendung einer Infrarotkamera gezeigt ("TVS3000", hergestellt von Nippon Flugelektronik K.K.). Das Wärmebild wurde auch als Druckerausgabe geliefert.
• Als Ergebnis hat sich herausgestellt, daß Wärmepunkte nach der Änderung der Modellkonstruktion verringert wurden, was zu einer gleichförmigeren Wärmeverteilung geführt hat.
• Insbesondere wurde bestätigt, daß die Wärmepunkte in der Aussparung für ein Werkzeug weggefallen waren.
• Wie oben beschrieben, können, weil das Wärmespannungs- Schätzverfahren der vorliegenden Erfindung ein Modell benutzt, das durch eine wärmeisolierendes Material mit hoher Wärmedehnung gebildet ist, um eine Niedrig-Temperaturverteilung an seiner Oberfläche zu erzeugen, Dehnungsfühler zum Erfassen einer Wärmedehnung jene sein, die im Handel erhältlich sind. Dementsprechend kann die Linearität der Dehnungsdaten in einem breiten Temperaturbereich mit guter Zuverlässigkeit selbst in Abschnitten mit kleinen Krümmungsradien sichergestellt werden. Als Ergebnis ist die Wärmespannungs-Verteilungsmessung verhältnismäßig einfach bei Teilen, die solche Formen aufweisen, daß die Wärmespannungsverteilungsmessung schwierig wäre, wenn nicht ihre Polyurethanmodelle benutzt würden.
• Da zusätzlich eine Dehnungs am Modell sowohl im eingespannten als auch im freien Zustand gemessen wird und ihre Differenz bewertet wird, kann der Einfluß des Einspannungszustandes ausgeschlossen werden. Deshalb kann die Änderung der Modellkonstruktion an sich mühelos abgeschätzt werden, und die Wärmespannungsverteilung des wärmebeständigen Bauteils kann mit hoher Zuverlässigkeit erhalten werden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Abschätzung der thermischen Beanspruchung eines wärmebeständigen Bauteils, das teilweise oder ganz auf eine hohe Temperatur zu erwärmen ist, mit folgenden Schritten:

< a) Erwärmen eines Modells, dass aus einem Material hoher Wärmedehnung gebildet ist und eine Form aufweist, die derjenigen des wärmebeständigen Bauteils ähnlich ist, wobei das Material hoher Wärmedehnung einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer ist als derjenige des Materials des wärmebeständigen Bauteils;

(b) Messen der Spannung des Modells an mehreren vorgegebenen Positionen im erwärmten und sowohl in einem eingespannten als auch in einem freien Zustand mittels Dehnungsmessern, die an den vorgegebenen Positionen am Modell angebracht sind; und

(c) Berechnen der Spannung an jeder vorgegebenen Position aus der Differenz der Spannungswerte zwischen dem eingespannten und dem freien Zustand.

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit folgenden Schritten:

(a) Abkühlen des erwärmten eingespannten oder freien Modells;

(b) Messung der Spannung des Modells an jeder vorgegebenen Position in einem abgekühlten, eingespannten und/oder freien Zustand; und

(c) Berechnen der Spannung an den vorgegebenen Positionen sowohl im erwärmten als auch im abgekühlten Zustand aus der Differenz der Spannungswerte zwischen dem eingespannten und dem freien Zustand.

3. Verfahren zur Abschätzung der thermischen Beanspruchung eines wärmebeständigen Bauteils, das teilweise oder ganz auf eine hohe Temperatur zu erwärmen ist, mit den folgenden Schritten:

(a) Abkühlen eines Modells, das aus einem Material hoher Wärmedehnung gebildet ist und eine Form aufweist, die derjenigen des wärmebeständigen Bauteils ähnlich ist, von einer hohen Temperatur auf eine niedrige Temperatur, wobei das Material hoher Wärmedehnung einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer ist als derjenige des Materials des wärmebeständigen Bauteils;

(b) Messen der Spannung des Modells an jeder vorgegebenen Position in einem abgekühlten und sowohl in einem eingespannten als auch in einem freien Zustand mittels Dehnungsmessern, die an den vorgegebenen Positionen am Modell angebracht sind; und

(c) Berechnen der Spannung an jeder vorgegebenen Position aus der Differenz der Spannungswerte zwischen dem eingespannten und dem freien Zustand.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Temperatur des Modells mittels eines Temperatursensors an jeder vorgegebenen Position gemessen wird und der vom Spannungsmesser gemessene Spannungswert des Modells bezüglich der Temperatur an jeder vorgegebenen Position korrigiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Material hoher Wärmedehnung ein Schaumstoffmaterial ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Schaumstoffmaterial ein Polyurethanschaum ist.