HCF: High-Cycle-Fatigue

Bei periodischer Last können Materialien vorzeitig versagen. Das kann ein wichtiger Faktor für die  Bauteilauslegung sein. Daher führt man in der Werkstoffprüfung Tests zur Bestimmung von Eigenschaften bei Materialien durch. Man unterscheidet dabei zwei bzw. drei verschiedene Arten von Ermüdung:

• Low-Cycle-Fatigue (LCF) für die Niedriglastwechsel-Ermüdung
• High-Cycle-Fatigue (HCF)
• Very-High-Cycle-Fatigue (VHCF) für Dauerschwingverhalten

In diesem Artikel befassen wir uns mit dem High-Cycle-Fatigue (HCF) und dem Very-High-Cylcle-Fatigue (VHCF) Verfahren. Beim HCF wird der Prüfling in seinem Dauerschwingverhalten getestet. Die dabei verwendeten Parameter für die Tests unterscheiden sich stark und sind nicht eindeutig definiert. In vielen Fällen beschreibt man einen Test als HCF-Versuch bei 10⁴ bis 10⁸ Zyklen und einer Frequenz von 20 bis 250 Hz. Bei mehr als 10⁸ Zyklen wird dann oft von VHCF gesprochen. Die Definitionen sind jedoch nicht eindeutig; von VHCF wird teils auch schon bei weniger als  10⁸ Zyklen gesprochen. Bei den Frequenzen sind wir auch schon auf Versuche bis 35 kHz gestoßen.

HCF-Versuche messen

Die H.-D. Rudolph GmbH befasst sich mit der Messung von HCF-Versuchen und VHCF-Versuchen. Da die Frequenzen – im Gegensatz zu LCF-Versuchen – sehr hoch sein können, geht es bei der Auswahl von Messgeräten nicht nur um eine hohe Auflösung, sondern auch um hohe Messfrequenzen. Darüber hinaus sollen die Messgeräte in manchen Fällen auch an sehr heißen Proben (bis 3000 Grad Celsius) messen können, was mit mechanisch berührenden Verfahren sehr problematisch ist. Ein weiterer Vorteil des elektro-optischen Messprinzips besteht darin, dass alle mechanischen Bauteile im Messgerät fest montiert sind und es somit zu keinem mechanischen Verschleiß während des Betriebs kommt.

Sofern Sie bei einem HCF-Versuch bzw. VHCF-Versuch messen möchten, kontaktieren Sie uns bitte, um ein auf Ihre Anforderungen zugeschnittenes System anzufragen. 

Um Ihnen einen ersten Überblick über unsere Möglichkeiten zu geben, folgt nun die Vorstellung einiger Standardlösungen für (Very-)High-Cycle-Fatigue Versuche. Dabei bieten wir Systeme mit Messraten bis 500 kHz und bis 1:128000 an.

CCD-Zeilensensor ZS64A5K

Der ZS64A5K ist ein CMOS-Zeilensensor, der sich eines digitalen Linienabtastverfahrens bedient, um Kantenpositionen (Hell-Dunkel-Kontrast) berührungsfrei zu messen. Dabei wird das zu messende Objekt durch ein Objektiv auf ein lineares Array im Sensor abgebildet. Das verwendete Objektiv bestimmt den Messbereich. Standardmäßig liegen die Messbereiche zwischen 5 mm und 5000 mm.

Besonderheiten des ZS64A5K: 

• Sehr hohe Auflösung von 1:64000
• Messbereich: 5 mm – 5000 mm
• Hohe Empfindlichkeit für kürzeste Belichtungszeiten
• Abtastrate: 4673/s
• Schmale Abtastbreite
• Standardversion: Detektieren von zwei Kantenpositionen, hell/dunkel oder dunkel/hell
• Messwerte: Kante A, Kante B, B-A oder (A+B)/2
• Optional: Detektieren von max. 8 Kantenpositionen
• Analoge, kalibrierte Messwerte sofort nach jedem Abtastvorgang
• Anzeige mit integriertem LCD-Bildschirm
• Der ZS64A5K ist zum Betrieb mit 18 – 36 V Gleichspannung ausgelegt.

ZS128 (Digitales Extensometer)

Mit einer Auflösung von 1:128000 bei 4673 Messungen pro Sekunde misst das digitale Extensometer ZS128 auf elektro-optischem Wege Dehnungen an Materialproben. Die digitalen Sensorelemente garantieren eine hohe Konstanz und wartungsfreien Betrieb. Die Ausgabe kalibrierter Messwerte erfolgt unmittelbar sowohl im Kurzzeitversuch als auch beim Dauertest. Der ZS128 ist in der Lage an bis zu 3000° C heißen Materialien Dehnungsmessungen durchzuführen.

Besonderheiten des ZS128 (Digitales Extensometer)

• Messbereiche: 2 mm - 1000 mm
• Messabstände: 40 mm - 10 m
• Auflösung: 0,0016 %
• Abtastrate:  4673/s

200XR (Extensometer):

Das elektro-optische Extensometer 200XR misst berührungsfrei die Bewegung von zwei Schwarzweiß-Kanten auf einer Dehnungsprobe. Das analoge Ausgangssignal ist proportional der Dehnung.  Der integrierte Sucher und die beiden LCD-Anzeigen erleichtern die notwendigen Einstellungen; darüber hinaus kann man die Schwarzweiß-Kanten auf der Probe während des Messvorgangs durch den Sucher beobachten. 

Besonderheiten des 200XR (Extensometer):

• Messbereiche: 1 mm bis 500 mm.
• Frequenzbereich: 0 - 250 kHz (Sonderausführung mit 500 kHz)
• Ausgangsspannung: +/- 10 V
• Ausgabe von Einzelmesskanten und Dehnung
• Ausgangssignale stets live und kalibriert
• Messlängenadapter lieferbar (optional)

Zeilensensor  ZS16AHS:

Der ZS16AHS ist ein Zeilensensor, der sich eines digitalen Linienabtastverfahrens bedient, um Positionen berührungsfrei zu messen. Dabei wird das zu messende Objekt durch ein Objektiv auf ein lineares Array im ZS16A bzw. ZS16AHS abgebildet. Das verwendete Objektiv bestimmt den Messbereich. Standardmäßig liegen die Messbereiche zwischen 1 mm und 2000 mm. 

Besonderheiten des ZS16AHS: 

• Hohe Auflösung: 1:16000 (interpoliert)
• Messbereiche: 1 mm - 2000 mm
• Messabstände: 20 mm - 200 m
• Hohe Empfindlichkeit für kürzeste Belichtungszeiten
• Abtastrate: 4673/s 
• Schmale Abtastbreite
• Analoge Messwertausgabe
• Betrieb mit 18 – 36 V Gleichspannung 
• Kalibrierte Live-Ausgangssignale für dehnungsgeregelte Versuche