Kappa SS-CF für Thermo-mechanische Ermüdungsprüfung an Turbinen- und Motorenwerkstoffen

Für die Auslegung und Konstruktion von gleichzeitig thermisch und mechanisch zyklisch belasteten Bauteilen von z.B. Gasturbinen oder Verbrennungsmotoren müssen verlässliche Kennwerte für die Vorhersage der Ermüdungslebensdauer und des zyklischen Verformungsverhaltens unter den vorliegenden Betriebsbedingungen verfügbar sein. Bei der thermo-mechanischen Ermüdungsprüfung werden die erforderlichen Materialkennwerte durch die phasengleiche oder phasenverschobene Kombination von zyklischen thermischen und mechanischen Belastungen ermittelt.
Elektromechanische Zeitstandprüfmaschine für thermo-mechanische Ermüdungsprüfungen

Für diese spezifische Anwendung wurde bei ZwickRoell in Fürstenfeld in enger Zusammenarbeit mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ein neuartiges elektromechanisches Prüfsystem entwickelt. Dafür wurde die bewährte Kappa 100 SS-CF mit einem Induktionserwärmungssystem für den Temperaturbereich von 50°C bis zu 1.200°C und einem Luft-Kühlsystem ausgestattet. Diese Kombination ermöglicht in Abhängigkeit von Versuchsmaterial und Probengeometrie max. Heizraten und max. Kühlraten von 25 K pro Sekunde. Durch den Einsatz von probenspezifischen Induktoren wird die gleichmäßige Temperaturverteilung entlang der Probe sichergestellt und die exakte und gleichzeitig normgerechte Probentemperatur mit max. Temperaturabweichung von  < 10K bzw. < ± 2% von  ∆T garantiert. Die Messung der Temperatur kann mit kalibrierten Band-Thermoelementen z.B. vom Typ K in der Mitte der Probenmessstrecke erfolgen.

Um die Metallproben sicher einzuspannen, werden wassergekühlte mechanische oder hydraulische Probenhalter eingesetzt. Die Messung der Probendehnung erfolgt mit Hilfe eines kontaktierenden Extensometers in der Genauigkeitsklasse 0,5 gemäß ISO 9513.

Für die Steuerung des Induktions-Heizsystems und der aktiven Kühlung sowie für die Synchronisation von mechanischen und thermischen Zyklen wird ein eigens entwickeltes Echtzeit-Kontrollsystem eingesetzt. Die Parametrisierung und Bedienung sowie die Speicherung der Messdaten und die Auswertung der Ergebnisse erfolgt über die bekannte Prüfsoftware testXpert III von ZwickRoell.

Diese neuartige Prüflösung für die thermo-mechanische Ermüdungsprüfung erfüllt alle Anforderungen des European Code-of-Practice für thermomechanische Ermüdungsprüfung und der beiden spezifischen Normen ASTM E 2368 und ISO 12111.


Induktions-Heizsystem
Probenspezifischer Induktor
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