DE2953044C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Eine solche Vorrichtung ist aus US-PS 40 03 246 bekanntgeworden.

Eine Vorrichtung dieser Art hat den Nachteil, daß der gemessene Grenz­ wert vom Wechselverhältnis abhängt, also vom Verhältnis zwischen minimaler und maximaler Belastung während des Belastungszyklus, wie der Erfinder erkannt hat.

Ferner ist aus VDI Fortschrittsberichte Reihe 5, Nummer 20 (1975) eine ähnliche Vorrichtung bekannt, wobei es insbesondere um die Aus­ wirkungen von Schwingbeanspruchungen geht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß Gattungsbegriff derart zu gestalten, daß der gemessene Grenzwert nicht vom Wechselverhältnis abhängt, so daß es möglich ist, einen eindeutigen Grenzwert zu ermitteln.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches gelöst.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die bereits erwähnte

Fig. 1a den Verlauf einer zeitabhängi­ gen, wechselnden Belastung gemäß dem eingangs erwähnten Essay.

Fig. 1b zeigt das Ausgangssignal eines Positionier-Meßinstrumen­ tes, mit dem die Schwankung des Abstandes zwischen zwei Punkten beidseits der Einkerbung (CGD) bei einem Ermüdungsprüfungsprüfling gemessen werden kann.

Fig. 1c stellt eine zeitabhängige, alter­ nierende Belastung gemäß der Erfindung dar.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines herkömmlichen Prüflings, der beim Ermüdungs­ test angewandt wird.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Einrichtung zum Durchführen des Ermüdungstestes an einem Prüfling gemäß Fig. 2.

Bei herkömmlichen Ermüdungstests wird ein Prüfling gemäß Fig. 2 einer zeitabhängigen, alternierenden Belastung P unterworfen. Der Prüfling hat eine Bruchnut 1, die sich dann vergrößert, wenn die Wechsellast von genügender Größe ist. Beidseits der Bruchnut 1 lassen sich am Prüfling zwei Punkte 2, 3 definieren. Während des Testes wird angestrebt, den Abstand (CGD) zwischen den beiden Punk­ ten 2 und 3 zwischen zwei Werten unter dem Einfluß der Lastschwan­ kung sich verändern zu lassen - siehe Fig. 1b. Zur Folge dieser Ver­ änderung und des Fortschreitens des Einschnittes nimmt die Last P ab, so wie in Fig. 1a dargestellt. Das Verhältnis P _min /P _max , im folgenden als R-Wert bezeichnet, schwankt, während des Testes zur Folge des kon­ stanten Wertes von P _min . Dies bedeutet, daß der Grenzwert bei einem Endwert von R bestimmt wird, der zu Beginn des Ermüdungstestes nicht vorausgesagt werden kann.

Gemäß der Erfindung wird sichergestellt, daß der R-Wert während des Ermüdungstestes konstant ist.

Dies wird dadurch sichergestellt, daß ein R-Wert ausgewählt wird und daß der maximale Wert P _max der Belastung P derart bemessen wird, daß das Fortschreiten eintritt. Demgemäß läßt sich P _min be­ stimmen. Wie zuvor wird dafür gesorgt, daß der Abstand zwischen den zwei Punkten 2, 3 zwischen zwei Werten alterniert, so wie in Fig. 1b dargestellt.

Die in Fig. 3 dargestellte Prüfeinrichtung 4 enthält einen Prüfling 5 von der in Fig. 2 dargestellten Art. Dieser ist in die Prüfein­ richtung eingespannt und einer zeitabhängigen, alternierenden Be­ lastung P ausgesetzt. Ein noch weiter unten zu beschreibendes Regel­ system 6 regelt die Belastung und sorgt dafür, daß diese sich über der Zeit gemäß der Darstellung von Fig. 1c ändert.

Die Prüfeinrichtung 4 umfaßt einen Belastungsrahmen 7 und zwei Spannklauen 8, 9 zum Einspannen des Prüflings 5. Die obere Klaue 8 ist über einen Belastungstransducer 10 an eine Gewindespindel 11 angeschlossen, die in den Lastrahmen 7 eingeschraubt ist. Die Ge­ windespindel 11 trägt ein Handrad 12, mit dem der Abstand zwischen den Spannklauen eingestellt werden kann. Die untere Spannklaue 9 ist an ein Gleitstück 13 angeschlossen, das im Lastrahmen 7 gleit­ bar montiert ist und in Wirkverbindung mit einer hydraulischen Zylinder-Kolben-Einheit 14 steht, in der Figur strichpunktiert dargestellt, worin auch die Kolbenstange 15 der Einheit veranschau­ licht ist.

Das Regelsystem 6 enthält zwei Rechenkreise, deren einer dazu dient, ein Signal zu erzeugen, das dem augenblicklichen P _min -Wert der Last entspricht. Der andere dient dazu, ein Regelsignal zum Regeln der hydraulischen Einheit 14 in bezug auf den augenblick­ lichen P _max - und P _min -Wert der Last zu erzeugen. Der zuerstgenann­ te Regelkreis besteht aus einem Rechner 16, der an eine manuell einstellbare Stelleinheit 17 zum Einstellen eines vorbestimmten R-Wertes und den zuvor erwähnten Lasttransducer 10 angeschlossen ist. Der andere Rechenkreis besteht aus einer Regeleinheit 18, die an die hydraulische Einheit 14 angeschlossen ist. An die Regelein­ heit ist ein Computer 16, eine Stellpunkteinrichtung 19 zum manuel­ len Einstellen von P _max und ein dem Prüfling zugeordnetes Positio­ nier-Meßinstrument 20 angeschlossen. Das Positionier-Meßinstrument 20 kann optischer oder mechanischer Art sein und dient dazu, ein Signal zu erzeugen, das der Veränderung des Abstandes (CGD) zwi­ schen den Punkten 2, 3 in Fig. 2 dient.

Beim Bestimmen des Grenzwertes, der für das Material des Prüf­ lings 5 gilt, wird das folgende Verfahren angewandt: Die Stell­ punkteinheiten 16 und 19 werden manuell auf ganz bestimmte Werte jeweils für R und P _max eingestellt. Die aus dem Lasttransducer 10 und der Stelleinheit 17 werden in der Berechnungseinrichtung 16 verarbeitet und es wird ein Wert P _min erhalten, der dem einge­ stellten Wert P _max entspricht. Mit Hilfe des Ausgangssignales aus den Einheiten 16 und 20 wie auch von einem äußeren Regelsignal, das als Pfeil 21 dargestellt ist und das beispielsweise von Sinus-Quadrat oder Sägezahnform sein kann, erzeugt Regeleinheit 18 ein Signal, das die hydraulische Einheit 14 dazu veranlaßt, den Prüfling einer Belastung auszusetzen, die sich gemäß dem Regelsignal ändert. Das Verhältnis zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert der Last wird somit konstant und gleich dem voreingestellten R-Wert gehalten. Minimal- und Maximalwert der Last werden auf derartige Größen gebracht, daß der Abstand (CGD) zwischen den beiden Punkten 2, 3 trotz des Fortschreitens des Risses konstant gehalten wird.

Es kommen auch jene Anwendungsfälle in Betracht, die normaler­ weise bei ähnlichen Ermittlungen der Grenzwerte vorliegen, beispielsweise die Bedingung konstanter Temperatur.

Claims (1)

1. Vorrichtung zum Bestimmen des Ermüdungsgrenzwertes eines Materia­ les, mit einer Belastungseinrichtung (4), in welcher ein Prüfling (5) mit einer Bruchnut (1) eingespannt ist, wobei die Vorrichtung derart gestaltet und angeordnet ist, daß sie den Prüfling (5) einer Belastung (P) aussetzt, mit einer Positionier-Meßeinrichtung (20), die ein Signal erzeugt, welches eindeutig dem Abstand zwi­ schen zwei Punkten (2, 3) beidseits der Bruchnut (1) entspricht, ferner mit Mitteln (18), die die Belastung gemäß dem genannten Signal derart regeln, daß diese Belastung von einem Ausgangswert beginnend genügend groß ist, um eine Bruchfortschreitung zu errei­ chen und einen nach und nach abfallenden Mittelwert erreicht, der dem Prüfling (5) eine verzögerte und schließlich aufhörende Bruch­ fortschreitung verleiht, und zwar derart, daß der Abstand zwischen den beiden Punkten (2, 3) zwischen zwei Werten schwankt, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (18) derart gestaltet und angeordnet ist, daß sie die Belastungseinrichtung (4) derart regelt, daß das Verhältnis (R) zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert der Belastung während der Ermittlung konstant gehalten wird.