DE19855247A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung des Wechsellastverhaltens einer Werkstoffprobe - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Bestimmung des Wechsellastverhaltens einer Werkstoffprobe, worin eine vorgegebene Wechsellast auf die Probe aufgeprägt und mit wenigstens einem Sensor wenigstens ein, das Wechsellastverhalten charakterisierender Probenparameter erfaßt wird. Erfindungsgemäß wird alternierend ein für erwartete Praxislasten repräsentatives Lastmuster und ein zweites, hiervon verschiedenes Lastmuster auf die Probe aufgeprägt, wobei der das Wechsellastverhalten charakterisierende Porbenparameter aus den während des zweiten Lastmusters erfaßten Sensordaten bestimmt wird. Das erste Lastmuster kann einem Laststandrad entsprechen und das zweite Lastmuster einen zumindest im wesentlichen sinusförmigen oder dreieckförmigen Verlauf besitzen, wobei das erste Lastmuster jeweils für einen längeren Zeitraum aufgeprägt wird als das zweite und nur während des ersten Lastmusters Lastspitzen oberhalb der Dauerfestigkeitswerte aufgeprägt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche. Sie befaßt sich somit mit der Bestimmung des Wechsellastver­ haltens einer Werkstoffprobe, d. h. mit der Durchführung von Dauerschwingversuchen.

Viele Bauteile in Maschinen und dergl. werden im Betrieb wech­ selnden Lasten ausgesetzt, wie z. B. Flugzeugtragflächen, Ma­ schinenlager, Kolben von Verbrennungsmotoren usw. Diese wech­ selnden Lasten können auf Dauer die Leistungs- oder Funktions­ fähigkeit der Maschinen beeinträchtigen und letztlich zu deren Zerstörung führen. Um ohne teure, oft unmögliche Überdimensio­ nierung dennoch einen sicheren Betrieb der Maschinen und lange Standzeiten zu erzielen, ist es erforderlich, das Wechsel­ lastverhalten von Werkstoffen zu charakterisieren und anhand dieser Charakterisierung die Werkstoffauswahl und/oder Dimen­ sionierung der Bauteile vorzunehmen.

Die Bestimmung des Wechsellastverhaltens einer Werkstoffprobe ist somit ein wichtiger Schritt vor oder bei der Konstruktion von Maschinen. Hierzu wird die Probe bekannten Lastmustern ausgesetzt und dabei untersucht, wie sich die Lastaufprägung auf die Probe auswirkt.

Ein erstes Untersuchungsverfahren sieht vor, die Probe einem ähnlichen Lastmuster auszusetzen, wie es im späteren Betrieb einer Maschine erwartet wird. So kann beispielsweise bei der Auswahl und beim Test eines Werkstoffes für eine Flugzeugtrag­ fläche ein Lastmuster herangezogen werden, das die Startphase, einen unruhigen Flug durch starke Luftturbulenzen und eine nachfolgende harte Landung kurz nacheinander simuliert. In dem aufgeprägten, die Probe stauchenden und/oder dehnenden Lastmu­ ster werden dabei die einzelnen Lastspitzen dichter beieinan­ der liegen als in der Praxis, um trotz vertretbarer Testdauern praxisgerechte Aussagen zu erhalten. Diesen sog. verdichteten Lastmustern, die typisch national oder international normiert sind, können die Proben auf hydraulisch arbeitenden Prüfstän­ den ausgesetzt werden, die das z. B. in digitaler Form abgeleg­ te Lastmuster abfahren. Um eine Aussage darüber zu erhalten, wie gut die Probe dem Belastungsmuster widerstehen kann, wird das Lastmuster mit vorgegebener maximaler Lastamplitude bis zur Zerstörung der Probe wiederholt abgefahren. Die Anzahl der Wiederholungen bis zur Probenzerstörung in Abhängigkeit von den Lastspitzen in jeder Wiederholung kennzeichnet dann das Wechsellastverhalten. Nachteilig ist hierbei, daß keine Aussa­ ge darüber erhalten wird, wie sich die Probe vor ihrer Zerstö­ rung verhält; aufgrund des zeitlich komplexen Lastmusterver­ laufs ist es sehr aufwendig, eine solche Aussage zu gewinnen.

Eine weitere Möglichkeit zur Untersuchung des Wechsellastver­ haltens besteht darin, die Werkstoffproben einem streng peri­ odischen Lastmuster auszusetzen, z. B. einer sinusförmigen Last, wobei auch hier die Probe gestaucht und/oder gedehnt werden kann. Während der Aufprägung der Belastung wird die Probe mit einem oder mehreren Sensoren überwacht, mit denen für das Wechsellastverhalten charakteristische Kenngrößen er­ faßt werden. Typisch wird hierzu die Dehnung der Probe über­ wacht, es ist aber gleichfalls möglich, den Widerstand der Probe und/oder deren Temperatur zu überwachen; die Bedeutung dieser Parameter für das Wechsellastverhalten einer Probe wird beispielsweise diskutiert von G. Biallas, A. Piotrowski und D. Eifler in "Cyclic Stress-Strain, Stress-Temperature and Stress-Electrical Resistance Response of NiCuMo alloyed sinte­ red Steel" in Fatigue Fract. Engng. Mater. Struct. Bd. 18, Nr. 5, Seiten 605-615, 1995. Hingewiesen sei auch auf A. Piotrows­ ki und D. Eifler in "Bewertung zyklischer Verformungsvorgänge metallischer Werkstoffe mit Hilfe mechanischer, thermometri­ scher und elektrischer Meßverfahren" in Mat.-wiss. u. Werk­ stofftech. 26, 121-127, 195. Bei der Belastung mit den peri­ odischen Lastmustern wird kontinuierlich der ausgesuchte cha­ rateristische Parameter überwacht und kann so gegen die Anzahl der bereits durchlaufenen Lastwechsel aufgetragen werden. Es ergibt sich damit eine Kurve, die für eine gegebene Lastampli­ tude die allmähliche Veränderung der Werkstoffprobe unter der Wechsellast anzeigt. Die daraus bestimmten maximalen Last­ spielzahlen bei einer gegebenen Belastung können aber von den Lastspielzahlen abweichen, die bei gleicher Maximallast in der Praxis beobachtet werden. Dies liegt insbesondere daran, daß im Test stets eine gleichbleibende Lastamplitude auf die Probe aufgeprägt wird, daß aber die sich in der Praxis einstellende Schädigung davon abhängen wird, wie hoch die Lastspitzen sind und wann sie auftreten. Die Abschätzung von Lebensdauern aus Dauerschwingversuchen mit gleichbleibender Lastamplitude er­ fordert daher in der Regel Korrekturen, mit denen die Abwei­ chung des vom Praxisfall abweichenden Lastverlaufs kompensiert wird. Hingewiesen sei in diesem Zusammenhang z. B. auf die Auf­ sätze von H. Zennner und J. Liu "Vorschlag zur Verbesserung der Lebensdauerabschätzung nach dem Nennspannungskonzept" in Kon­ struktion 44, (1992), 9-17; von G. Schott "Lebensdauerberech­ nung auf der Grundlage von Ermüdungsfunktionen" in Mat.-wiss­ u. Werkstofftech. 19, Seiten 67-73, 1988; von T. Bruder und T. Seeger in "Schwingfestigkeitsbeurteilung randschichtverfestig­ ter Proben auf der Grundlage örtlicher elastisch plastischer Beanspruchungen" in Mat.-wiss- u. Werkstofftech. 26, 89-100 (1995) sowie von K. G. Eulitz, H. H. Hickethier und K. L. Kotte "Lebensdauer bei Ermüdungsbeanspruchung vorhersagen" in Mate­ rialprüfung 40, 1998, Seiten 250-255. Das Aufprägen einer einstufigen Meßlast erlaubt somit ebenfalls keine hinreichend genaue und aussagekräftige Bestimmung des Wechsellastverhal­ tens.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereit zu stellen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird unabhängig beansprucht. Bevor­ zugte Ausführungsformen der Erfindung finden sich in den Un­ teransprüchen.

Ein Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, daß bei einem Verfahren zur Bestimmung des Wechsellastverhaltens einer Werkstoffprobe, worin eine vorgegebene Wechsellast auf die Probe aufgeprägt und mit wenigstens einem Sensor wenigstens ein, das Wechsellastverhalten charakterisierender Probenpara­ meter erfaßt wird, vorgesehen wird, alternierend ein für er­ wartete Praxislasten repräsentatives Lastmuster und ein zwei­ tes, hiervon verschiedenes Lastmuster auf die Probe aufzuprä­ gen und den für das Wechsellastverhalten charakterisierenden Probenparameter aus den während des zweiten Lastmusters erfaß­ ten Sensordaten zu bestimmen.

Damit kann erfindungsgemäß auf verblüffend einfache Weise eine sehr aussagekräftige und deutlich verbesserte Charakterisie­ rung des Wechsellastverhaltens einer Werkstoffprobe gewonnen werden. Dazu werden Ein- und Mehrstufenbelastungstests auf be­ sondere Weise verknüpft. Es wird nämlich mit anderen Worten zunächst ein Lastmuster aufgeprägt, das sicher stellt, daß die im Dauerschwingversuch aufgeprägte Probenbelastung der prak­ tisch vorkommenden so nahe wie möglich kommt. Diese Aufprägung des praxisnahen Lastmusters wird lediglich unterbrochen, um währenddessen Sensorwerte zu erfassen, die anzeigen, wie die Probe durch die praxisnahe Last verändert wurde. Dazu wird ein zweites Lastmuster, das eine einfache Auswertung erlaubt, auf­ geprägt. Die Sensorwerte können zwar durchgehend aufgenommen werden, aber da nur jene zur Charakterisierung der Wechsellast herangezogen werden müssen, die während des zweiten Lastmu­ sters erfaßt werden, ist die rechnerische Verarbeitung und sonstige Datenauswertung dennoch sehr einfach.

Das erste Lastmuster kann aus einer Vielzahl von identischen Blöcken zusammengesetzt werden, die insbesondere einem nor­ mierten Laststandard entsprechen, was eine besonders praxisna­ he Belastung verspricht, während das zweite Lastmuster einen zumindest im wesentlichen sinusförmigen oder dreieckförmigen Verlauf besitzt, um eine besonders einfache Auswertung der Sensorsignale zu ermöglichen. Durch die Heranziehung der stan­ dardisierten Lastmuster wird insbesondere die direkte und unmittelbare Vergleichbarkeit der mit dem Verfahren der vorlie­ genden Erfindung automatisch mitbestimmten maximalen Last­ spielzahl bei gegebener Maximallast mit bei herkömmlichen Mes­ sungen bestimmten erreicht.

Das erste Lastmuster kann jeweils für einen längeren Zeitraum aufgeprägt werden als das zweite. Dies ist vorteilhaft, um trotz Dokumentation und Charakterisierung der allmählich fort­ schreitenden Probenzerstörung die Gesamtmeßzeit nicht signifi­ kant zu erhöhen. Es versteht sich hierbei auch, daß die beiden unterschiedlichen Lastmuster nicht mit einer strengen Periodi­ zität alternieren müssen, sondern daß z. B. zu Beginn des Dau­ erschwingversuchs und gegen Ende der Probenlebensdauer häufi­ gere Messungen durchgeführt werden können. Die Zeit bis zur nächsten Aufprägung des zweiten Lastmusters kann demnach kon­ stant sein oder gesteuert werden, und zwar auch in Abhängig­ keit von der beobachteten Veränderung des bestimmten Parame­ ters; geringe Veränderungen des Parameters im Vergleich zu ei­ ner vorausgegangen Bestimmung können hierbei z. B. längere Pha­ sen für das erste Lastmuster erlauben. Der Wechsel zwischen erstem und zweitem Lastmuster kann zwar auch zeitgesteuert er­ folgen, wird aber typisch einfach durch das Erreichen einer bestimmten Wiederholungszahl abhängen.

Bevorzugt werden während des ersten Lastmusters höhere Last­ spitzen aufgeprägt werden als während des zweiten Lastmusters, und zwar derart, daß nur während des ersten Lastmusters Last­ spitzen oberhalb der Dauerfestigkeitswerte aufgeprägt werden. Dies ist vorteilhaft, weil so verhindert wird, daß zumindest zu Beginn des Versuches durch die Bestimmung der Sensorwerte selbst eine Schädigung eintritt. Es wird mit anderen Worten erreicht, daß die gesamte beobachtet fortschreitende Proben­ zerstörung zumindest zum wesentlichen Teil und somit fast aus­ schließlich durch das erste Lastmuster bewirkt wird.

Üblicherweise werden die Proben auf einem Prüfstand unter­ sucht, in welchem die Lastmuster hydraulisch auf die Proben aufgeprägt werden, indem die Proben hydraulisch gedehnt und/oder gestaucht werden. Diese Prüfstände weisen dabei all­ gemein Regelungen auf, die für eine enge Einhaltung der Lastmuster z. B. mit PID-Regelschleifen arbeiten. Die ersten und zweiten Lastmuster werden sich dabei allgemein so stark unterscheiden, daß jeweils unterschiedliche Regelparamter er­ forderlich sind. Wenn diese Regelparamter programmierbar sind, ist es vorteilhaft, zwischen den Lastmusterwechseln, insbeson­ dere beim Wechsel vom ersten zum zweiten Lastmuster, die Rege­ lung umzuprogrammieren. Es ist dabei von Vorteil, erst die Aufprägung des einen Lastmusters zu beenden, dann die Umpro­ grammierung vorzunehmen und erst danach das andere Lastmuster aufzuprägen, um so zu verhindern, daß die tatsächlich aufge­ prägten Lastspitzen bei Messung und/oder Nachfahren einer Pra­ xislast aufgrund von Regelungsüberschwingern über den ge­ wünschten Vorgabewerten liegen. Es ist demnach auch möglich, bei Lastmusterwechseln eine kurze Belastungspause zur Rege­ lungsumprogrammierung verstreichen zu lassen.

Schutz wird im übrigen auch beansprucht für zur Ausführung des Verfahrens besonders hergerichtete und vorbereitete Prüfstän­ de.

Die Erfindung wird im folgenden nur beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Bestimmung des Wechsel­ lastverhaltens einer Werkstoffprobe gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Beanspru­ chungsfolge gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 einen bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ge­ messenen Temperaturverlauf einer Werkstoffprobe;

Fig. 4 ein Beispiel für ein mit dem Verfahren der vor­ liegenden Erfindung bestimmtes Wechsellastver­ halten.

Nach Fig. 1 umfaßt eine allgemein mit 1 bezeichnete Vorrich­ tung 1 zur Bestimmung des Wechsellastverhaltens einer Werk­ stoffprobe 2 eine Hydraulikanordnung 3, eine Steuerung 4 und Sensoren 5a, b, c auf.

Die Hydraulikanordnung 3 weist Spannbacken 6a, 6b auf, welche wie durch Temperierleitungen 7 angedeutet temperierbar, insbe­ sondere kühlbar sind und in welche die Werkstoffprobe 2 einge­ spannt ist. Die Hydraulikanordnung weist einen Sollwerteingang 8 für einen augenblicklichen Sollwert einer auf die Werkstoff­ probe 2 aufzuprägenden, stauchenden oder dehnenden Last auf. Der Sollwerteingang 8 ist mit einem Auslenkungsollwertausgang der Steuerung 4 verbunden. Die Hydraulikanordnung weist weiter eine Istwert-Erfassung zur Erfassung der augenblicklichen, auf die Werkstoffprobe 2 aufgeprägten stauchenden oder dehnenden Last auf, sowie eine Proportional-Integral-Differential- Regelung zur Einregelung einer evtl. vorhandenen Abweichung zwischen Ist- und Sollwert auf Null. Die Proportional- Integral-Differential-Regelung ist so gebildet, daß die das Regelverhalten bestimmenden Proportional-, Integral- und Diffe­ rentialparameter von der Steuerung 4 programmiert werden kön­ nen.

Die Sensoren 5 umfassen einen Dehnungsmesser 5a, eine Wider­ standsmessanordnung 5b und eine Temperaturmeßanordnung 5c.

Die Widerstandsmessanordnung 5b ist aus einem Spannungsmesser 9, der mit zwei Spannungsmesspunkten 9a, 9b verbunden ist, und einer Konstantstromquelle 10 aufgebaut, die mit den äußeren Enden der Werkstoffprobe verbundenen ist.

Die Temperaturmeßanordnung umfaßt zwei nahe der Spannbacken 6 angeordnete Temperatursensoren 12a, 12b sowie einen in der verjüngten und somit besonders stark belasteten Mitte 2a der Werkstoffprobe angeordneten Temperatursensor 12c. Die drei Temperatursensoren 12 sind einander baulich identisch und sind mit einer Signalkonditionierung 13 verbunden, in welcher der Mittelwert der Signale aus den beiden Temperatursensoren 12a, 12b vom Signal aus dem Temperatursensor 12c subtrahiert wird.

Die Ausgangssignale der Signalkonditionierung 13, des Span­ nungsmessers 9 und/oder des Dehnungsmessers 5a werden an re­ spektive Sensoreingänge 14 der Steuerung 4 gelegt, wo sie di­ gitalisiert und weiterverarbeitet werden.

Die Steuerung 4 umfaßt neben den Sensoreingängen 14 für die Eingabe der Sensorwerte der das Wechsellastverhalten charakte­ risierenden Probenparameter weiter einen Speicher 41 für den auf die Werkstoffprobe 2 mittels der Hydraulikanordnung 3 auf­ zuprägende Wechsellastverlauf, einen mit dem Sollwerteingang 8 der Hydraulikanordnung 3 verbundenen Auslenkungsollwertausgang 42, einen Speicher 43 für PID-Regelparameter der PID-Regelung der Hydraulikanordnung 3 sowie einen Ausgang für diese Regel­ parameter, der mit einem entsprechenden Programmiereingang der Regelung verbunden ist.

Erfindungsgemäß ist nun der Speicher 41 in erste und zweite Speicherbereiche 41a und 41b unterteilt, in welchen voneinan­ der unabhängige Lastmuster abgelegt sind. Der Speicherbereich 41a ist dabei so groß, daß er für ein erstes Lastmuster aus­ reicht, welches für einen in der Praxis beobachtbaren Lastver­ lauf repräsentativ ist. Der Speicherbereich 41b ist für die Aufnahme eines zweiten Lastmusters vorgesehen, das einen Lastverlauf entsprechend einer Dreieckslastkurve repräsen­ tiert.

Erfindungsgemäß ist weiter der Speicher 43 in einen ersten Speicherbereich 43a und einen zweiten Speicherbereich 43b un­ terteilt, in welchen die Regelparameter abgelegt sind, die von der PID-Regelung während des ersten bzw. zweiten Lastmusters verwendet werden sollen.

Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird betrieben wie folgt:
Zunächst wird ein für eine Praxislast repräsentatives, erstes Lastmuster im Speicherbereich 41a der Steuerung 4 und ein zweites Lastmuster im Speicherbereich 41b abgelegt, wobei das zweite Lastmuster für eine Dreieckslast mit einer Frequenz von z. B. einigen Hertz repräsentativ ist. Dann werden die PID- Regelparameter, die jeweils für eine optimale Einregelung der Hydraulik auf die ersten und zweiten Lastmuster geeignet sind, in den Speicherbereichen 43a bzw. 43b abgelegt.

Anschließend wird festgelegt, wie oft das erste Lastmuster wiederholt wird, bevor das zweite Lastmuster auf die Werk­ stoffprobe 2 aufgeprägt wird, und die Lastspitzen von erstem und zweitem Lastmuster werden gewählt, und zwar so, daß die beim zweiten Lastmuster auftretenden Lastspitzen unterhalb der Dauerfestigkeit liegen.

Es wird dann die Werkstoffprobe 2 in die Spannbacken 6 der temperierten Hydraulikanordnung 3 eingespannt und an die Sen­ soren 5 angeschlossen.

Dann werden die zum ersten Lastmuster gehörenden PID- Regelparameter aus dem Speicherbereich 43a ausgelesen und an die PID-Regelung übertragen und nach derart erfolgter Program­ mierung das erste Lastmuster aus dem Speicherbereich 41a aus­ gelesen und für die vorgesehene Anzahl von Blockwiederholungen auf die Werkstoffprobe 2 aufgeprägt. Die während dieser Zeit des Dauerschwingversuchs an die Steuerung 4 gespeisten Sensor­ meßwerte können zu Kontroll- und/oder Dokumentationszwecken aufgezeichnet werden, müssen jedoch nicht ausgewertet werden.

Es wird nun die vorgesehene Anzahl von Blockwiederholungen des ersten Lastmusters erreicht. Die Aufprägung des ersten Lastmu­ sters wird daraufhin beendet. Dann werden die zum zweiten Lastmuster gehörenden PID-Regelparameter aus dem Speicherbe­ reich 43b ausgelesen und an die PID-Regelung übertragen. Nach der dadurch verursachten kurzen Pause der Lastmusteraufprä­ gung wird das zweite Lastmuster aus dem Speicherbereich 41b ausgelesen und für die vorgesehene Anzahl von Blockwiederho­ lungen auf die Probe aufgeprägt. Die Probe durchläuft nun eine Hystereseschleife mit einer unterhalb der Dauerschwingfestig­ keit liegenden Spitzenlast. Die während des Durchlaufens der Hystereseschleife erfaßten Sensorwerte werden ausgewertet und daraus der augenblickliche Werkstoffprobenzustand bestimmt.

Sobald die vorgesehene Anzahl von Blockwiederholungen des zweiten Lastmusters beendet ist und damit die Erfassung und gegebenenfalls Echtzeit-Auswertung der Sensorwerte erfolgt ist, wird die PID-Regelung erneut auf die Parameter aus Spei­ cherbereich 43a umprogrammiert und das erste Lastmuster auf die Werkstoffprobe aufgeprägt.

Dieser Wechsel setzt sich solange fort, bis eine vorgegebene Versuchsdauer erreicht oder die Werkstoffprobe 2 zerstört ist.

Damit wird die auf die Werkstoffprobe 2 aufgeprägte Wechsel­ last den allgemeinen Verlauf annehmen, der in Fig. 2 gezeigt ist. Aufgetragen ist hier die Probendehnung/-stauchung über der Zeit. Hier sind deutlich die kurzen einstufigen Meßzyklen, während denen das zweite Lastmuster aufgeprägt wird, und die davon unterschiedenen, typisch deutlich längeren Betriebslast­ zyklen des ersten, daher auch verkürzt abgebildeten Lastmu­ sters zu erkennen.

Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren an eine Probe beobach­ tete Temperaturverlauf ist in Fig. 3 dargestellt. Hier ist ei­ nerseits der Bereich I erkennbar, in welchem das erste Lastmu­ ster auf die Probe aufgeprägt wird, weiter der Bereich II, in welchem die PID-Regelung beim Wechsel vom ersten auf das zwei­ te Lastmuster umprogrammiert wird, wobei während der Umpro­ grammierung keine Lastaufprägung erfolgt, was aufgrund der verringerten Probenerwärmung einen sofortigen Temperaturabfall zur Folge hat, und schließlich der Bereich II, in welchem der einstufige Meßzyklus durchfahren wird und in welchem eine für das Wechsellastverhalten repräsentative Differenztemperatur bestimmt wird.

Wenn die zu unterschiedlichen Zeiten bestimmten Differenztem­ peraturen von Fig. 3 graphisch für verschieden Lastspitzen aufgetragen werden, ergibt sich ein Verlauf wie in Fig. 4.

Hier ist deutlich zu erkennen, daß die Differenztemperatur zu­ nächst allmählich und dann kurz vor Probenzerstörung stark an­ steigt. Wichtig ist hierbei, daß diese Kurve die Probenzerstö­ rung anzeigt, die bei einer praxisnahen Belastung zu erwarten ist, obwohl die eigentlichen Meßpunkte auf einfache Weise und ohne eigene Verursachung von Probenschädigung bestimmt wurden.

Abweichend von vorstehender Darstellung kann die Erfindung auch mit anderen Arten der Wechselbelastung außer der Stauch- und/oder Dehnbelastung ausgeführt werden, z. B. unter Aufprä­ gung einer variierenden Torsionsbelastung.

Abweichend von vorstehender Darstellung wird es in der Regel üblich sein, lediglich einen einzigen Parameter zur Charakte­ risierung des Wechsellastverhaltens einer Werkstoffprobe heranzuziehen, also entweder die Probentemperatur, den Wider­ stand oder die Dehnung. Es sei erwähnt, daß mit Wechsel­ lastverhalten im Sinne der vorliegenden Erfindung auch und insbesondere auf das Betriebsverhalten Bezug genommen wer­ den kann. Sofern also von einer Wechsellast die Rede ist, kann Bezug genommen werden auf ein- und mehrstufige Lastfunktionen wie auch auf Betriebslasten, wie sie insbe­ sondere in Laststandards normiert sind.

Es sei erwähnt, daß die vorliegende Erfindung nicht auf be­ stimmte Probengeometrien beschränkt ist; insbesondere ist es auch möglich, mit der vorliegenden Erfindung Werkstoffproben mit Kerben oder anderen besonderen Merkmalen zu untersuchen. Der Begriff Werkstoffprobe oder Probe, wie er vorliegend in Beschreibung und Ansprüchen verwendet wird, umfaßt also nicht nur glatte, in bestimmter und stets gleicher Weise geometrisch geformte Körper, sondern jedwede Art von Geometrie und wird insbesondere auch verwendet, um auf ein für einen gegebenen Einsatzzweck auch vollständig betriebsfertig ausgeformtes und/oder vorbereitetes, etwa oberflächenbehandeltes Bauteil Bezug zu nehmen.

Es sei erwähnt, daß die Steuerung 4 insbesondere mit Mikropro­ zessoren, Prozeßrechnern und dergl. aufgebaut werden kann.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Bestimmung des Wechsellastverhaltens einer Werkstoffprobe mit einer Steuerung zur Aufprägung einer vorgegebenen Wechsellast auf die Probe und wenig­ stens einem Sensor zur Erfassung wenigstens eines, das Wechsellastverhalten charakterisierenden Probenparame­ ters, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung dazu ausgebildet ist, alternierend ein erstes, für erwartete Praxislasten repräsentatives und ein zweites Lastmuster auf die Probe aufzuprägen und
den wenigstens einen charakterisierenden Probenparame­ ter aus den während der Aufprägung des zweiten Lastmu­ sters auf die Probe erfaßten Sensordaten zu bestimmen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin als Sensor wenig­ stens einer aus Temperatursensor, Dehnungsmesser und Widerstandsmessanordnung vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin eine Hydraulikanordnung zur Aufprägung der Lastmuster auf die Probe sowie eine programmierbare Hy­ draulik-Regelung vorgesehen ist, wobei die Regelung und/oder die Steuerung dazu ausgebildet ist, zumindest bei einem Teil der Lastmusterwechsel eine Umprogrammie­ rung der Regelparameter vorzunehmen.

4. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung dazu ausgebildet ist, nach der Umprogrammierung der Regelparameter erst einen vorgebenen Zeitraum verstreichen zu lassen, bevor Sen­ sordaten für die Erfassung des wenigstens einen charak­ teristischen Probenparameters bestimmt werden.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher vorgesehen ist, in welchem Daten für die Erzeugung zumindest des ersten Lastmusters abgelegt sind.

6. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, worin die die Steuerung einen Zähler aufweist und dazu ausgebil­ det ist, die im Speicher für die Erzeugung zumindest des ersten Lastmusters abgelegten Daten vor dem Wechsel zum zweiten Lastmuster so oft auf die Probe aufzuprä­ gen, bis eine vorgegebene Wiederholungszahl im Zähler aufgelaufen ist.

7. Verfahren zur Bestimmung des Wechsellastverhaltens ei­ ner Werkstoffprobe, worin eine vorgegebene Wechsellast auf die Probe aufgeprägt und mit wenigstens einem Sen­ sor wenigstens ein, das Wechsellastverhalten charakte­ risierender Probenparameter erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß alternierend ein erstes, für erwartete Praxislasten re­ präsentatives Lastmuster und ein zweites, hiervon ver­ schiedenes Lastmuster auf die Probe aufgeprägt werden, und der das Wechsellastverhalten charakterisierende Probenparameter aus den während des zweiten Lastmusters erfaßten Sensordaten bestimmt werden.

8. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, worin das erste Lastmuster aus einer Vielzahl von identischen Blöcken zusammengesetzt wird.

9. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, worin die Blöcke des ersten Lastmusters einem Laststandard ent­ sprechen.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensan­ sprüche, worin das zweite Lastmuster einen zumindest im wesentlichen sinusförmigen oder dreieckförmigen Verlauf besitzt.

11. Verfahren nach einem der vorgehenden Verfahrensansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Lastmuster jeweils für einen längeren Zeitraum aufgeprägt wird als das zweite.

12. Verfahren nach einem der vorgehenden Verfahrensansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß während des ersten Lastmusters höhere Lastspitzen aufgeprägt werden als während des zweiten Lastmusters.

13. Verfahren nach dem vorgehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß während des ersten Lastmusters Last­ spitzen oberhalb der Dauerfestigkeitswerte aufgeprägt werden.

14. Verfahren nach dem vorgehenden Verfahrensanspruch, da­ durch gekennzeichnet, daß nur während des ersten Lastmusters Lastspitzen oberhalb der Dauerfestigkeits­ werte aufgeprägt werden.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensan­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeprägten auf die vorgegebenen Lastmuster eingeregelt werden, insbesondere mit einer Proportional-Integral- Differential-(PID)-Regelung, wobei zwischen oder wäh­ rend zumindest eines Teil der Lastmusterwechsel die Re­ gelparameter des Regelkreises verändert werden.

16. Verfahren nach dem vorgehenden Verfahrensanspruch, wor­ in zwischen der Aufprägung des ersten und des zweiten Lastmusters die Regelparameter verändert werden.