DE2414250A1

DE2414250A1 - Vorrichtung zur automatischen verfolgung der ausbreitung eines ermuedungsrisses in einem probekoerper

Info

Publication number: DE2414250A1
Application number: DE2414250A
Authority: DE
Inventors: Henry Donnadieu
Original assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Current assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Priority date: 1973-03-23
Filing date: 1974-03-25
Publication date: 1974-09-26
Also published as: GB1418853A; US3918299A; FR2222912A5; JPS49129583A

Description

DR.-ING. EUGEN MAlER DR.-ING. ECKHARD WOLF

PATENTANWÄLTE

ft i Ι

DRESDNER BANK A3

7 STUTTSART 1, PI SC H EKSTR. 19 Postscheck stgt. 25=00-709

Ä 11 631
4.3.1974
f -

INSTITUT DE REOiERCHES DE LA SIDERUR6IE

185 0 rue President Roosevelt Saint Gsrmain-en-Laye (Yvelines), Frankreich

Vorrichtung zur automatischen Verfolgung der Ausbreitung eines Ermüdungsrisses in einem Probekörperc

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sur automatischen Verfolgung d©r Ausbreitung eines Ermüdungsrisses in einem Körper ₀ insbesondere in einem einer Dauerbelastung unterworfenen Körper.

Die ÄbsoliätsiHig d®r Lebensdauer von ermüdungebelaststsn Strukturen s©tat di® Kenntnis des Verhaltens der weaeatlichen Element® dieses· Strukturen bei WechselbeangpsruG&ungen voraus

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Wenn ein Strukturelement einer Beanspruchg dieser Art unterworfen wird, können ausgehend von einem Materialfehler oder einer Diskontinuität BnnUdungsrisse entstehen, die sich danach Bit einer gewissen Geschwindigkeit in dem Strukturelement ausbreiten.

Die Entstehung und die Ausbreitung eines Risses in einem

beanspruchten Körper stellen Phänomene dar. die von zahlreichen Parametern abhängen, vornehmlich von der Art und den Struktureigenschaften des beanspruchten Materials, der Größe und der Art der ausgeübten Kräfte und deren Variationsamplitude, der Zahl und der Frequenz der Wechselbeanspruchungen und den Umgebungeverhältnissen.

Die experimentelle Untersuchung der Rißbildung aufgrund einer Materialermüdung erfolgt im wesentlichen dadurch, daß die Entstehung eines Risses in dem zu untersuchenden Körper beobachtet und die Ausbreitungegeschwindigkeit dieses Rieses in Abhängigkeit von den Belastungsverhältnissen und der Geometrie des Körpers zu bestimmt wird. Aue solchen experimentellen Untersuchungen lassen sich Kriterien ableiten, die auf die Sicherheitsplanung und Sicherheitaanalyse von Strukturen anwendbar

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde „ eine Vorrichtung zu schaffen ₀ die eine Automatisierung der esqperimentellen Bestimmung der Äusbreitungsges äiwindigkeit eines Risses in einem Körper ermöglicht»

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung ein Folgesystem ^or-geschlagen«, das folgende Merkmale aufweists

- einen in Ausbreitungsrichtung des Risses mittels eines Motors verschiebbaren ₀ suf die Entstehung und die Ausbreitung des Risses ansprechenden Meßfühler«

- einen an einem erstea Eingang mit dem Ausgang des Meßfühlers und an einem zweiten Eingang mit einem einstelle baren Sollwertgeber verbundenen "/ergleicher,, der dann an seinem Ausgang ein Steuersignal abgibt«, wenn das dem ersten Eingang aufgedrückte Signal einen größeren Wert aufweist, als das dem zweiten Eingang aufgedrückte Sollwertsignal a

- eine auf das Steuersignal des Vetrgleichers ansprechende Schaltstufe zur Auslösung der Translationsbewegung des Meßfühlers„

- und ein die Transla-bionsbevregiimg des Meßfühlers aufzeichnendes Registriergerät.

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Die starken Belastungen unterliegenden Strukturen werden beispielsweise im Maschinenbau oder im Bauwesen häufig aus Materialien mit hohem Elastizitätsmodul hergestellt» insbesondere aus Metall. In einem elektrisch leitenden Material, wie in einem Metall, ist es möglich» durch ein Magnetfeld Induktionsströme oder Wirbelströme zu erzeugen, wobei das Magnetfeld etwa durch eine von einem Hochfrequenzstrom durchflossene Drahtwindung erzeugt werden kann. Diese Eigenschaft wird bei induktiven Meßfühlern ausgenutzt, deren einfache Anwendungemöglichkeit und deren Empfindlichkeit auf dem einschlägigen Gebiet der Meßfühler an sich bekannt sind.

Dementsprechend wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, den Meßfühler im Falle eines elektrisch leitfähigen Probekörpers als von einem Hochf requenzetrom durclif lossenen Induktionsfühler auszubilden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen„

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht also im wesentlichen aus einem automatischen Folgesystem, das mit besonderen, der Art der zu untersuchenden Phänomene

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speziell angepaßten Nachführautomatik ausgestattet ist. Die Entstehung und die Ausbreitung eines Risses sind Erscheinungen, die während wichtiger Versuchezeiten entstehen und sich entwickeln _a insbesondere im Verlauf des Experimentierens unter realen Belastungslbsäingungen. Extrembelastungen* die eine grobe Zerstörung des getesteten Elements zur Folge haben„ werden im Rahmen einer Materialermüdungsuntersuchung gewöhnlich nicht in Betracht gezogen. Dagegen kann sich die Dauer eines Versuches unter sehr schwachen Belastungsverhältnissen sehr lange hinziehen „ bevor ©in Ermüdungsriß auftritt· Ebenso kann sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit dieses Risses während des größten Teils eines Versuches als sehr klein erweisen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist mit einem Machführsystem ausgestattet, das erst dann einen Regelungsvorgang auslöst, wenn die untersuchte Erscheinung ein vorgegebenes Entwicklungsstadium erreicht hat. Die Auslösefrequenz weiterer Regelvorgänge paßt sich dann automatisch an die Schnelligkeit der Entwicklung der untersuchten Erscheinung an,

Diese Eigenschaft bildet für lang andauernde Versuche ©inen wesentlichen Vorteil„ indem ein Auslösen stetiger Regelvorgänge des Nachführsystems vermieden wird. Darüber-

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hinaus erzeugen die Meßfühler im allgemeinen und üe Induktionsfühler im besonderen immer ein Rauschsijnal, das durch eine entsprechende Wahl eines Schwellen.*eres eliminiert werden kann. Die Festlegung e;ln»3r Ausloseschwelle für die Folgeautomatik erlaubt daher eina Zuordnung zwischen dam an dem Meßfühler abgegriffenen Ausgangssignal und der tatsächlichen Enfr/icklung der zu untersuchenden Erscheinung.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Folgesystems bleiben wohlgamerkt für Versuche mit relativ kurzer Dauer gewahr-, da dia Auslösungen des Nachführungssystems im Vergleich zur gesamten Versuchsdauer nur relativ kleine Zeiträume betreffen.

In jedem Augenblick und insbesondere am Anfang eines Verbuch«? ist es auch möglich, die Nachfolgeautomatik auszuschalten,, um unmittelbar das am unbewegten Meßfühler auftretende Ausgangssignal aufzunehmen, wodurch die Beobachtung der Entstehung eines Risses und die Verfolgung seiner weiteren Entwicklung über eine dem Feld des Meßfühlers entsprechende Entfernung ermöglicht wird.

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In der Z&lctaixmg sind einige Äusführungsbeispiele der Erfindung In seliema'eischer Weise dargestellt» Es zeigen

1 eine perspektivische Darstellung dar gesamten

Figo 2 ein Ausführungsbeispiel eines Meßfühlers in

geschnittener Darstellung?
Fig» 3 eine Schaltskizae eines ersten AasführuncrsbeiBpisls

des Nachführungssystems ?
Fig_o 4 eine Sehaltskizze eines zweiten Ausführungsbsisplelss des Haehführungssystems·

Die in Fig» 1 dargestellte Vorrichtung zur automatisshen Verfolgung eines/Risses in einem überbeanspruchten Körper enthält ±m wesentlichen einen Meßfühler X₀ der gegenüber dem &u untersuchenden Körper 2 angeordnet ist und mit einem eines Motors 4 verschiebbaren Arm 3 verbunden ist, Motor über ein automatisches Folgesystem 5 gestatiert i@t„ welches auf ■ das Au@gamg@signal des Meßfühlers anspricht. Die Bewegungen des Armes werden durch.eine Meßeinrichtung 6 gemessen wa.d in einem Registriergerät 7 aufgezeichnet.

Der Körper 2 kann als eine normierte flachs quaderförmig®

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Probeplatte ausgebildet sein, die einen Einschnitt 8 mit einem schräg verlaufenden Boden sowie zwei Löcher 9 aufweist, die zur Befestigung der Probeplatte an den Backen einer nicht dargestellten Materialbelastungs-Versuchsraaschine bestimmt sind.

Der Arm 3 ist über Stangen 10 mit einer Gewindemutter 11 verbunden, die längs eines Trägers 12 verschiebbar ist. Die Gewindemutter 11 wirkt mit einer an dem Träger 12 drehbar gelagerten Gewindespindel 13 zusammen, die mittels einer nicht dargestellten Kupplung mit dem Motor 4 kuppelbar ist. Die Mutter 11 und die Spindel 13 weisen vorzugsweise Gewindeschnitte mit zylindrischem Querschnitt auf und wirken über eine Zwischenlage aus Kugeln miteinander zusammen.

Der Träger 12 ist mittels einer in ein Innengewinde des Trägers eingreifenden Spindel 16 längs zweier vertikaler PUhrungssäulen 14 in die gewünschte Höhe verschiebbar. Die Säulen 14 sind ihrerseits an einer Platte 15 befestigt, die mittels einer Spindel gegenüber einer festen Platte 17 in einer Schwalbenschwanzführung seitlich verschiebbar ist. Die Platte 17 wird von einer senkrechten Säule 18 getragen und kann gegenüber

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dieser verdreht werden. Der Träger .und dia Platten können mittels Bremsorgane in der jeweils' gewünschten Lage arretiert werden. Die Säule 18 ist an einem Ständer 19 befestigt„ der seinerseits auf einen Arbeitstisch gestellt und dort beispielsweise mittels eines in dam Ständer befindlichen Elektromagneten befestigt werden kann. Die vorbeschriebene Vorrichtung ermöglicht eine sehr genaue Bestimmung der Stellung des Armes und damit eine genaue Messung der parallel zu einer Oberfläche des zu untersuchenden Probekörpers verlaufenden Translationsbewegung des Armes.

Der Arm 3 ist mit einer Stange 20 verbunden, die in einen mit dam Träger verbundenen Zylinder 21 eingreift. Die Reißvorrichtung 6 befindet sich innerhalb dieses Zylinders und kann beispielsweise aus einem langgestreckten Poteräiometer bestehen, dessen-Schleifer an der Stange 20 befestigt ist. Jedenfalls sollte diese Meßeinrichtung so ausgebildet sein, daß sie ein zur Verschiebung des Armes proportionales« beispielsweise analoges oder digitales Signal abgibt.

In Fig. 2 ist ein Meßfühler der Vorrichtung im Detail dargestellt. Dieser Fühler besteht aus einer Spule 22„ die

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aus einer großen Anzahl auf einen Kern 23 aufgewickelter Drahtwindungen besteht. Der Kern 23 ist vorzugsweise aus Kunststoff und weist eine Stützfläche 24 auf. Er ist axial verschiebbar in einer zylindrischen Aussparung 25 eines Metallgehäuses 26 angeordnet. Das für das Gehäuse verwendete Metall weist zwecke seitlicher Abschirmung des durch die Spule gebildeten Magnetfelds eine hohe Permeabilität auf. Damit wird der störende Einfluß parasitärer Metallteile auf den Meßfühler unterdrückt. In dem Gehäuse befindet sich eine zweite Spule 27, die mit der Spule 22 im wesentlichen übereinstimmt und achsparallel zu dieser angeordnet ist. Die beiden Spulenkerne sind von Druckfedern 28, 29 beaufschlagt, die sich gegen den Boden der betreffenden zylindrischen Aussparungen in dem Gehäuse abstützen. Die Axialbewegung der Spulen ist durch einen Anschlag 30 begrenzt. Die Windungen der beiden Spulen sind über Drähte an einen koaxialen Anschluß elektrisch angeschlossen. Das Gehäuse 26 kann mit einem zylindrischen Aueleger in einer Klennvorrichtung 31 befestigt werden, die ihrerseits am Ende des Armes 3 angeordnet ist, wodurch eine Drehung der durch die Achsen der beiden Spulen aufgespannten Ebene bezüglich dem Arm möglich ist.

Aus dem Schaltschema der Fig. 3 ist ersichtlich, daß die den Meßfühler bildende Spule 22 in einer Brückenschaltung

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angeordnet ist₀ die außerdem die Spul© 27 und zwei Potentiometer 33 wad 34 enthält. Die beiden Spulen 22 υηά 27' sind in Reihe an den Klemmen einer Hochfrequenz-Stromquelle angeschlossen,, die einen an sich bekannten Ossiilator 35 zur Erzeugung eines Sinus-Signals mit einer Frequenz von ©inigen kHz enthält„ das über einen Isolier» wandler 36 auf die Brückenschaltung übertragen wird. Die Potentiometer 33 und 34 sind zu den beiden hintereinandergestalteten Spulen 22 und 24 parallel geschaltet. Der Schleifer ctes Widerstandes 33 ist mit der Verbindungsstelle der beiden Spulenwindungen verbunden,, während der· Schleifer des Potentiometers 34 einen Ausgang der Meßbrücke itο Ein aweiter mit der Masse verbundener Ausgang der durch die Verbindungsstelle zwischen den

gebildet. Die Potentiometer 33 und 34 sollsa ©iss© Äbgleichung der Brücke 32 bezüglich Phase amplitude ermöglichen, da die Windungen 22 und 27 in Regel nicht absolut identische Eigenschaften aufweisen.

In der Fig_o 3 ist ein Selsaltschema eines bevorzugten fülirwagsbeispiels des Nachführungas^stems 5 dargestellt „ das eine Verstärkungs«= und Gleichrichtungsschaltung 37 enthält„ mit einem Verstärker 38„ einem Swaiweggleichrichtsr 39 und einem Filter 40. Das von der Meßbrücke ab-

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gegebene sinusförmige Auegangssignal mit variabler Amplitude wird in dieser Schaltung in ein Gleichspannungssignal mit variablem Spannungsniveau umgewandelt. Dieses Signal wird auf den ersten Eingang eines Vorgleichers 41 gegeben, der aus einem als Schwellenwertverstärker betriebenen Operationsverstärker besteht, dessen zweiter Eingang mit dem Schieber eines Potentiometers 42 verbunden ist. Der Vergleicher gibt an seinem Ausgang ein Steuersignal ab, wenn der Wert des an seinem ersten Eingang angelegten, von der Meßbrücke 32 stammenden Signals größer oder gleich dem Wert des an seinem zweiten Eingang angelegten, von dem Potentiometer 42 stammenden Signals ist. Im vorliegenden Aueführungsbeispiel erzeugt der Vergleicher bei Übersteigen des Schwellenwerts ein Auegangssignal mit einer Spannung von + 15 V₁ während bei Unterschreiten des Schwellenwerts eine Ausgangsepannung von- 15 V abge~ geben wird.

Das von dem Vergleicher abgegebene Steuersignal wird einer Schaltatufe 43 geleitet, die ein elektromacmetiscbee Relais 44 enthält„ deren Steuerwicklung 45 an den Kollektor eines Unijunktions-Transistors 46 angeschlossen ist,, dessen Basie mit dem Eingang des Vergleichers 41 verbunden iiit. Parallel zu der Steuerwicklung 45 ist eine Diode 47 auge-

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ordnet, um den Transistor vor Einschwingvorgängen zu schützen.

Das Relais 44 ist in den Steuerstromkreis des Motors eingeschaltet ₀ welcher Motor in dem gezeigten Fall al3 Schrittmotor 4a ausgebildet ist. Dieser SteuerStromkreis enthält einen Generator 48 zur Erzeugung eines Wechsel«

signals« der im iv©santlichen aus einem übeir einen Widerstand 50 a*afladbaren Kondensator 49 besteht. Die Frequenz des Weehselsignals wird durch, die Kapazität des Kondensators 49 und die Größe de© Widerstandes 50 bestimmt und beträgt im ■^erliegenden Äusfuhrungsfeaispiel 1 Hz. Der Steuerstromkreis 'äm& Setaifetmotor® enthält einen Transistor 5I₉ dessen Basis mit dem Wechselsig&al-Generator 48 verbindbar ist_a und der leitend wird» wenn das an die Basis angelegte Signal einen bestimmten Äuslösewert überschreitet. Das an dem Kollektor des Transistors 51 auftretende Signal wird durch nach- £olg®nü® Begrenzer in einer Verstärkerstufe 52 so umgeformte daß Steuersignal© bestimmter Dauer mit der durch den Generator 48 festgelegtes. Frequenz erhalten v/erden. Zm Fall© des x-orli®g@ndeR Ausführungsbeispiels werden Rechteckse mit einer Impulsdauer von 30 ms und einem zeitlichen von 1 s gebildet. Die in dieser Weise erzeugten werdesn an ein Leistungsrelais 53 angelegt, das den

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Betrieb des Schrittmotors auslöst. Die Antriebswelle des Motors ist mit der Spindel 13 verbunden, die mit der mit dem Arm 3 verbundenen Gewindemutter 11 zusammenwirkt.

Zu den Klemmen 'les Potentiometers 6 ist ein weiteres Potentiometer 54 parallelgeschaltet, so daß der Nullzustand der Messung eingestellt und das dem Registriergerät 7 zuzuführende Meßsignal zwischen dem Schleifer des Potentiometers 6 und dem Schleifer des Potentiometers 54 abgegriffen werden kann.

Zwischen dem Ausgang des Verstärkers 58 und der Masse ist außerdem ein Anschluß 55 für die Sichtbarmachung des von der Meßbrücke abgegebenen Signals angeordnet, um die Brücke abgleichen zu können. Ferner ist ein Registriergerät: 56 zur Aufzeichnung des von der Veratärkungs- und Gleichrichtungsschaltung 37 abgegebenen Signale zwischen dem Ausgang dieser Schaltung und dem Eingang des Vergleichers angeordnet. Zwischen dem Ausgang des Vergleichers 41 und dem Eingang der Schaltstufe 43 ist ein Ausschalter 57 zwischengeschaltet, womit der Regelkreis unterbrochen werden kann. Ein weiterer Ausschalter 58 befindet sich zwischen dem Signalgenerator 48 und der Steuerschaltung des Schrittmotors, um eine Handsteuerung des Motoirs zu ermöglichen.

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Ia Fig. 4 ist ein Schalt schema eines weiteren Ausführungsbeispiels des Nachfolgesystems 5 gezeigt, das sich von dem oben beschriebenen und in Fig. 3 dargestellten System im wesentlichen dadurch unterscheidet« daß ein kontinuierlich betriebener Motor verwendet wird. Zm übrigen ist dieses ÄBsfiihrungsbeispiel mit dem in Fig„ 3 gezeigten Ausführungsbeispiel identisch. Bs wird im folgenden nur in den sich von jenem unterscheidenden Teilen beschrieben. Die in den beiden Schaltungen übereinstimmenden Teile sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Der kontinuierlich betriebene Motor 4b ist mit der spindel «3 mittels einer elektromagnetischen Kupplung 59 kuppelbar, die ihrerseits über die Schaltstufe 43 angesteuert wird. Zu diesem Zweck ist das Relais 44 zwischen einem Steuersignal-Generator 60 und einem die Kupplung 59 ansteuernden Relais 61 angeordnet.

Im folgenden wird die Funktionsweise der in den Figuren 1-3 schematisch dargestellten vorrichtung beschrieben.-,

Die Untersuchung der Gesetzmäßigkeiten von Ermüdungsrissen werden im allgemeinen an normierten Probskörp©rn vorgenommen,, beispielsweise an seitlich geschlitzten Körpern «!,

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wie sie in Fig. 1 dargestellt sind. Der Probekörper ißt an den Befestigungslöchern 9 zwischen den Backen einer Belastungs-Testmaschine in der Weise eingespannt« daß der Einschnitt 8 horizontal angeordnet ist. Entsprechend wird das Gehäuse 26 so in der Klemmvorrichtung 31 gedreht« daß die durch die Achsen der Spulen 22 und 27 aufgespannte Ebene senkrecht zur Hauptrichtung des Einschnittes verläuft. Die beiden Stützflächen 24 der Spulen werden dann so gegen eine Seitenfläche des Probekörpers geführt, daß sie unter dem Druck der Federn 28 und 29 gegen diese andrücken, während im übrigen die Vorrichtung so eingestellt und orientiert wird, daß der Arm 3 eine Translationsbewegung parallel zu derjenigen Seitenfläche des Probe-körpers ausführen kann, gegen die sich der Meßfühler 1 abstützt.

Bei unterbrochenem Regelkreis wird dann durch gleichzeitige Betätigung der Potentiometer 33 und 34 die Meßbrücke abgeglichen. Die Abgleichung erfolgt unter identischen Verteilungsverhältnissen der Induktionsströme in dem Probekörper, d.h. im wesentlichen ohne Diskontinuität oder Fehler in dem durch die Spulen erzeugten Feld. Die Abgleichung zeigt sich in einer Geraden auf dem Schirm einer an den Anschluß 55 angeschlossenen Kathodenstrahlröhre, während jede Störung der Abgleichung die Gerade in eine Sinuslinie ändert. Die Spule 22 wird in der Nähe des

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Bodens des Einschnittes 8 angeordnet. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß der Einschnitt, was die Störung der Äbgleichung der Meßbrücke betrifft«, eine Art "Riß'³ darstellt. Bs ist jedoch einfach,, den Meßfühler In ©isse solche Lag© zu bringen „ daß er sich an der äusBersten Grenze befindet*, an der das Signal gerade noch nicht durch den Einschnitt gestört, ist»

Der Probekörper wird dansi zyklischen Belastungen unterworfen, aufgrund derer sich Riese-ausbilden können wobei diese R&@B® notwendigerweise vom Soden des Einschnittes ausgehen· Die lafcst@hung ©ines Risses sseigt sich in einer unsymmetrie der Meßbrfisls® ₀ ©la aufgrund des Risses eine Störung der in dem Probekörp@r induzierten Wirbelßfcroia-Verteilung eintritt,, die sich auf die Impedanz der windung 22 auswirkt. Das Äsyiwietriesignal kann nach Verstärkung, Gleichrichtung und Filterung in dem Schaltungsteil 37 unmittelbar in dem Kegi@txi@rg®rMfc 56 sichtbar gemacht werden. Auf diese Weis® kann man <fii@ anfängliche Entwicklung eines Risses während der Seit der Ausbreitung des Risses über den durch das Feld der Spul® 22 überdeckten Bereich des Probekörpers verfolgen. Anschließend kann man durch Schließen des Schalters 57 den Regelkreis schließen und das automatisch® Folgesystem in Betrieb setzen. Wenn die Vorgänge bei der

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Entstehung des Rieses nicht interessieren, kann man den Regelkreis vom Beginn des Versuches an schließen. Dabei ' wird der Schwellenwert, von dem an der Nachführ-Vörgang ausgelöst wird, an dem Potentiometer 42 eingestellt. Dabei ist die Amplitude des einen Regelvorgang auslösenden Signals wesentlich kleiner als die Amplitude des maximalen Signals, das über die Spule 22 im Falle des ausgeschalteten Servobetriebes, also bei offenem Schalter 57 direkt registriert werden kann.

Solange die Amplitude des an den vergleicher 41 angelegten Signals kleiner ist als der über das Potentiometer 42 eingestellte Sollwert, erzeugt der Vergleicher an seinem Ausgang eine solche negative Spannung, die den Transistor sperrt.

Sobald die Ausgangsspannung des Schaltungsteils 37 den Sollwert übersteigt, kippt der Vergleicher 41 um und erzeugt eine positive Ausgangsspannung, die den Transistor leitend macht. Dabei wird die Spule 45 erregt und das Relais 44 angezogen. Der Ausschalter 58 ist bei Normalbetrieb offen.

Nach dem S_chließen des Relais 44 kann sich der Kondensator

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Weshselsignal- Generators 48 entladen. Sobald die an dee Baeie des Transistors 51 anliegende Spannung den

erreicht» wird der Transistoiqplötzlich leitend, ein Impuls zu der Verstärkungestufe 52 gelangt.

wird durch eine Folge von Begrenzern in Wsrstärkerstufe derart «»geformt, daß am Ausgang ein Rechteskslgnal aisgegeben wird, das das Leistungszelais 53 auslöst "und den Schrittmotor 4a in Betrieb setzt. In dem .beschriebenen SaasfHhstragsbeispiel wird die Spindel 13 bei jedem Xmpr&ls durch dmn Motor um 30° gedrehte wodurch bei

g@t*ä!ait©sä Gewindesteigung eine Translation des Armes 3 won Q₀I IEM lies^/orgesiafea wird. Wann diese Translation ms.a'£@!Ldht_g um ä®s> !am <Smb, ¥©rgl®ich«r 41 anliegende Signal a^f #inen Wert ^mterbaib da® Sollwertes abzusenken, kippt der V«rgl©iGla@r in den Zustand der Sperrung des Transistors um und das Relais 44 öffnet sich« und dies solange, bis der Schwellenwert erneut überschritten wird. Wenn dazu aber die Translation nicht ausreicht, was auftreten kann, wenn sich der Riß rasch ausbreitet, kippt der Vergleicher nicht in seinen Sperrzustand um und das Relais 44 bleibt geschlossen. Der Generator 48 erzeugt Wechselsignale mit einer durch die Werte der Kapazität 49 und des Widerstandes 48 bestimmten Frequenz, indem sich der Kondensator abwechselnd ent- und auflädt. Die dabei gebildete Signalfolge

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wird durch den Transistor 51 und dl« Verstärkerstufe 52 in «ine Impulsfolge umgeformt, die den Schrittmotor mit der Frequenz des Generators 48, hier also mit 1 Hz, nacheinander auslöst, und zwar bis «u einem erneuten Umkippen des Vergleichers 41. Ba versteht sich von selbst, daß die Impulsdauer, die die Auslösung des Motors bestirnt, kleiner ist als die Perlode der betreffenden Impulsfolge.

Somit bewegt sich der Arm 3 in hintereinander folgenden Schritten von 0,1 am mit einer von der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Risses in dem Probekörper abhängenden Taktfrequenz. Das Potentiometer 6 registriert diese Verschiebungen in Abhängigkeit von der Zeit oder besser in Abhängigkeit von der Anzahl der auf den Probekörper einwirkenden Belastungszyklen.

In dem in Fig. 4 gezeigten Auefiihrungebeispiel kann die Schaltstufe 43 durch Betätigung des Relais 61 die elektromagnetische Kupplung 59 auslösen. Dabei wird die kontinuierliche Drehung des Motors 4b während der ganzen Schlieflzeit des Relais 44 auf die Spindel 13 Übertragen. Die Spindel wird erst dann entkuppelt, wenn der Wert des an den Vergleicher 41 angelegten Meßsignals unter den Sollwert absinkt.

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Im Laufe der Tr&nslationsbewegung des Meßfühlars 1 bleiben die Kerne: 23 der Spulen 22, 27 ianter Wirkung der Federn 28, 29 selbst im Falle von Abweichungen in der Parallelität gegen die Oberfläche des Probekörpers angedrückt. Dadurch wird die Entstehung von Luftepalten zwischen dem Meßfühler und dem Probekörper und somit das Auftreten störender parasitärer Signale vermieden.

Die beschriebene Vorrichtung wird vornehmlich zur automatischen experimenteilen Bestimmung der Geschwindigkeit von Rissen in Körpern, die zyklischen Belastungen unterworfen sind, verwendet. Die Benutzung eines induktiven Meßfühlers verleiht der Vorrichtung ein· sehr große Empfindlichkeit , so daß die Entstehung eines Risses bei mikroskopischen Naßstäben beobachtet werden kann. Die Anordnung mit einem induktiven Meßfühler in einer BrUckenechaltung, deren einer Zweig durch eine mit der Windung des Meßfühlers identische und zu dieser benachbarte Windung gebildet ist, macht die Messung weniger empfindlich gegenüber Temperaturveränderungen, die bekanntlich diese Art Meßfühler erheblich beeinflussen. Darüberhinaus bleibt eine eventuelle Änderung in der Permeabilität des Probekörpermateriala ohne Einfluß auf den Betrieb der Meßbrücke, da eine solche Variation gleichermaßen beide

Windungen des Meßfühlers betrifft. Schließlich ist noch

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auf einen Vorteil dee Ausführungsbeiapiele der Vorrichtung mit einem Schrittmotor hinzuweisen, der darin besteht, daß in jedem Augenblick der Messung durch einfache Zählung der Anzahl der Motorauelösungen die Rißlänge bestimmt werden kann, mit einer Genauigkeit, die der Verschiebung des Armes bei jedem Schritt des Motors entspricht.

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Claims

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Patentansprüche

γ 1.1 Vorrichtung zur automatischen Verfolgung der Ausbreitung ©in©© Ermüdraigsrisses in einem Körper,, insbesondere in einem daüerbelasteten Körper „ gekennzeichnet durch einen in Ausbreitungsrichtung des

mittels eines Motors (4) verschiebbaren ₀ auf Ewtstetrang νηά die Ausbreitung des Risses ansprechenden Meßfühler CD? @in®n an einem ersten Eingang ssatt. dara Ämsgasg des Meßfühler® und an einem zweiten Einrissen einstellbaren Sollwertgeber (42) ver-Vergleieher (41J₀ der ein Steuersignal abgibt/ wmw, das am ©rsfcen Eingang anliegende Signal einen größeren Wert aufweist als das am zweiten Eingang anliegende Sollwertsignal; eine auf das Steuersignal des ¥©rgleiehers ansprechende Schaltstufe (43) zur Auslösung <3©r Translationsbewegung des Heßfühlers? und ein die Translationsbewegung des Meßfühlers aufzeichnendes Registriergerät {7)«

Vorrichtung nach Anspruch I₀ dadurch gekennsoiGfenet ο daß der Meßfühler CU bei elektrisch leitfähigem Testkörper (2) ein von einem Hochfrequenzstrom

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durchflossener Induktionsfühler (Spule 22) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Meßfühler aus einer Windung (22) besteht, die zusammen mit einer zweiten im wesentlichen gleichen Windung (27) in einer Brückenschaltung (32) angeordnet ist, so daß die beiden Windungen in Reihenschaltung mit den Klemmen einer Hochfrequenzstromquelle (35, 36) verbunden sind und das Meßsignal zwischen der Verbindungsstelle der beiden Windungen und einem in einem anderen Zweig der Brückenschaltung befindlichen Punkt abgreifbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß in dem anderen Zweig der Brückenschal tung (32) ein Potentiometer (34) angeordnet ist, und daß das Meßsignal zwischen der Verbindungsstelle der Windungen (22, 27) und dem Schleifer des Potentiometers (34) abgreifbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder A₀ gekennzeichnet durch ein zwischen den beiden äußeren Anschlußpunkten der Windungen (22, 27) parallel angeordnetes Potentiometer (33), dessen Schleifer mit der Verbindungsstelle zwischen den beiden Windungen vrr-

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6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 - 5_a dadurch gekennzeichnet „ daß zwischen der Meßbrücke (32) und dem Vergleicher (41) eine Verstärkungs- und Gleichrichtungsschaltung C37) angeordnet ist₀ die einen Verstärker (38), einen Zweiweggleishrichter (39) und einen Filter (40) umfaßt.

7. Vorrichtung nach einam der Ansprüche 1-6,, dadurch gekennzeichnet» daß der Vergleicher (41) ein als Schwellenwertverstärker oder Kippverstärker betriebener Operationsverstärker ist_a dessen Schwellenwert durch den als Potentiometer C42) ausgebildeten Sollwertgeber einstellbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 7 „ dadurch gekennzeichnet» daß die Schaltstufe (43) zur Auslösung der Translationsbewegung des Meßfühlers ein elektromagnetisches Relais (44₀ 45) umfaßt t. dessen Steuerwicklung (45) mit dem Kollektor eines an der Basis mit dem Ausgang des Vergleichers (41) verbundenen Transistors (46) verbunden ist. .

9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 8_t, dadurch gekennzeichnet« daß der Motor (4}

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ein kontinuierlich drehender Elektromotor (4b) ist, und daß eine über die Schaltstufe (43) betätigbare elektromagnetische Kupplung (59) zur Herstellung einer Getriebeverbindung zwischen dem Motor und einem den Meßfühler tragenden Tragorgan (Arm 3) vorgesehen ist CFig. 4)«

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet , daß der Motor als elektrischer Schrittmotor (4a) ausgebildet ist, womit der Meßfühler (I) bei jedem Schritt um eine bestimmte Strecke verschiebbar ist und dessen Schrittfrequenz durch einen Taktgeber (Generator 48) bestimmt ist (Fig. 3).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 10„ dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Vergleicher (41) und der Schaltstufe (43) ein Ausschalter (57) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß das Registriergerät (7) ein langgestrecktes Potentiometer (6) enthält, dessen Schleifer starr mit dem Meßfühler (1) bzw. dessen Träger (Arm 3) verbunden ist.

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13. Vorrichtung nach Anspruch 3_C dadurch gekennzeichnet ο daß die beiden Windungen(22„ 27) als achsparallel nebeneinander in einem Gehäuse (26) angeordnete., in axialer Richtung verschiebbare und mit einem ihrer Enden mittels elastischer Organe {Federn 28 ₀ 29) gegen den Körper (2) andrüekbare Spulen ausgebildet sind» und daß das Gehäuse starr mit dem Meßfühlerträger (Arm 3) verbunden ist„

14_O Vorrichtung nach Anspruch !<, dadurch gekennzeichnet „ daß der Meßfühlerträger als in Translationsrichtung geführter ₀ mit einer drehfesten Gewindemutter (11) verbundener Arm (3) ausgebildet ist _a welche Geifindemutter ClI) auf einer verschiebafasten und mit dem Motor C4) gekuppelten oder kuppelbaren Gewindespindel (13) geführt ist«

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 - 14₀ dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Windungen C22« 27) von einer aus einem Material höher Permeabilität bestehenden Abschirmung umgeben sind.

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