DE102018206267B4

DE102018206267B4 - Device for determining the fatigue of specimens that are exposed to alternating thermo-mechanical loads

Info

Publication number: DE102018206267B4
Application number: DE102018206267.6A
Authority: DE
Inventors: René Metasch; Mike Röllig; Uwe Naumann; Felix Wiesenhütter; Rainer Kaufmann
Original assignee: Hegewald & Peschke Mess und Prueftechnik GmbH; Hegewald & Peschke Mess- und Prueftechnik GmbH; Mytron Bio und Solartechnik GmbH; Mytron Bio- und Solartechnik GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Hegewald & Peschke Mess und Prueftechnik GmbH; Hegewald & Peschke Mess- und Prueftechnik GmbH; Mytron Bio und Solartechnik GmbH; Mytron Bio- und Solartechnik GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2018-04-24
Filing date: 2018-04-24
Publication date: 2020-12-24
Anticipated expiration: 2038-04-25
Also published as: DE102018206267A1

Abstract

Vorrichtung zur Bestimmung der Ermüdung von Proben, die einer thermo-mechanischen Wechselbeanspruchung ausgesetzt werden, mit mindestens einer rahmenförmigen Halterung (2), wobei eine Probe (1) in einer rahmenförmigen Halterung (2) zwischen zwei parallel zueinander ausgerichteten Schenkeln (2.1) an ihren beiden gegenüberliegend angeordneten Stirnseiten fest eingespannt gehalten ist undmindestens ein thermisches Aktuatorelement (2.2), das aus einem Werkstoff mit bekanntem thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht, in ein die Schenkel (2.1) miteinander verbindendes Rahmenteil (2.3) integriert oderzwischen einem Schenkel (2.1) und der Probe (1) angeordnet ist undan der mindestens einen rahmenförmigen Halterung (2) mindestens ein Sensor, der zur Bestimmung von Kräften, die zwischen der Probe (1) und den Schenkeln (2.1) infolge der thermischen Ausdehnung bei wechselnden Temperaturen wirken, oderder thermischen Ausdehnung am Rahmenteil (2.3), die infolge von wechselnden Temperaturen auftreten, ausgebildet ist,angeordnet oder in ein kassettenförmiges Gehäuse (6) integriert ist unddie rahmenförmige(n) Halterung(en) (2) mit jeweils daran befestigter Probe (1) in ein kassettenförmiges Gehäuse (6) einsetzbar ist/sind und im kassettenförmigen Gehäuse (6) eine Einrichtung zur Veränderung der Temperatur innerhalb des kassettenförmigen Gehäuses (6) angeordnet und/oder eine Einrichtung zur Veränderung der Temperatur an das kassettenförmige Gehäuse (6) anschließbar ist, wobei die Einrichtung(en) steuer- und/oder regelbar ausgebildet ist/sind.Device for determining the fatigue of samples that are exposed to alternating thermo-mechanical stresses, with at least one frame-shaped holder (2), with a sample (1) in a frame-shaped holder (2) between two parallel legs (2.1) at its two oppositely arranged end faces is held firmly clamped and at least one thermal actuator element (2.2), which consists of a material with a known thermal expansion coefficient, is integrated in a frame part (2.3) connecting the legs (2.1) to one another or between a leg (2.1) and the sample ( 1) is arranged and on the at least one frame-shaped holder (2) at least one sensor which is used to determine forces that act between the sample (1) and the legs (2.1) as a result of thermal expansion at changing temperatures, or the thermal expansion on the frame part (2.3), which occurs as a result of changing temperatures eten, is formed, arranged or integrated into a cassette-shaped housing (6) and the frame-shaped holder (s) (2) with each attached sample (1) can be inserted into a cassette-shaped housing (6) and in the cassette-shaped manner Housing (6) a device for changing the temperature is arranged within the cassette-shaped housing (6) and / or a device for changing the temperature can be connected to the cassette-shaped housing (6), the device (s) being designed to be controllable and / or adjustable is / are.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Ermüdung von Proben, die einer thermo-mechanischen Wechselbeanspruchung ausgesetzt werden.The invention relates to a device for determining the fatigue of specimens which are exposed to alternating thermo-mechanical loading.

Herkömmliche Materialermüdung ist die zyklische, mechanische Belastung des Materials bei isothermen Verhältnissen (konstanter Temperatur), die schließlich zum Verlust von Festigkeit und damit zum katastrophalen Materialversagen durch Bruch führen kann.Conventional material fatigue is the cyclical, mechanical loading of the material under isothermal conditions (constant temperature), which can ultimately lead to a loss of strength and thus to catastrophic material failure due to breakage.

Thermische Ermüdung ist die zyklische Belastung des Materials durch Temperaturänderungen ohne zusätzliche Krafteinwirkung. Das Materialversagen tritt hierbei durch das Auftreten von mechanischen Thermospannungsgradienten ein. Diese Form des Materialermüdens liegt überwiegender Weise in der Mikroelektronik, Elektronik und Sensorik vor. Klassische Verfahren zur Prüfung von elektronischen Komponenten der Mikroelektronik und Sensorik sind die Temperaturwechseltests und Temperaturschocktests (ohne Messung der mechanisch auftretenden Kräfte und Deformationen).Thermal fatigue is the cyclical stress on the material due to temperature changes without additional force. The material failure occurs here due to the occurrence of mechanical thermal stress gradients. This form of material fatigue is predominantly found in microelectronics, electronics and sensors. Classic methods for testing electronic components in microelectronics and sensors are temperature change tests and temperature shock tests (without measuring the mechanically occurring forces and deformations).

Werden nun zyklische thermische und zyklische mechanische Belastung gekoppelt, so spricht man von thermo-mechanischer Ermüdung (TMF), die eine große Bedeutung bei Konstruktion und Auslegung von thermisch und mechanisch belasteten Bauteilen im Maschinenbau hat.If cyclical thermal and cyclical mechanical loads are now coupled, one speaks of thermo-mechanical fatigue (TMF), which is of great importance in the construction and design of thermally and mechanically loaded components in mechanical engineering.

Es ist ein klassischer Temperaturwechseltest bekannt. Die thermische Ermüdung ist dabei die zyklische Belastung des Materials durch Temperaturänderungen ohne zusätzliche Krafteinwirkung. Das Materialversagen tritt hierbei durch das Auftreten von mechanischen Thermospannungsgradienten ein. Es handelt sich um ein klassisches Verfahren zur Prüfung von Komponenten der Elektronik und Sensorik. Die schnellen Temperaturwechselbelastungen werden typischerweise mit einem 2-Kammersystem (Temperatur-Schocktest-Prüfschränke) durchgeführt. Bei Akzeptanz von langen Zykluszeiten ist auch eine Umtemperierung in einem 1- Kammersystem möglich. Es sind aber keine quantitativen, messtechnischen Aussagen zum Materialverhalten und zur Materialermüdung möglich.A classic temperature change test is known. Thermal fatigue is the cyclical stress on the material due to temperature changes without additional force. The material failure occurs here due to the occurrence of mechanical thermal stress gradients. It is a classic method for testing electronic and sensor components. The rapid thermal shock loads are typically carried out with a 2-chamber system (temperature shock test cabinets). If long cycle times are accepted, temperature change in a 1-chamber system is also possible. However, no quantitative, metrological statements on material behavior and material fatigue are possible.

Es ist auch ein so genannter Highly Accelerated Life Test (abgekürzt HALT, englisch für stark beschleunigte Grenzlastprüfung) bekannt. Dabei handelt es sich um ein ausschließliches qualitatives Testverfahren mit dem Ziel, vorzugsweise elektronische und elektromechanische Baugruppen noch im Entwicklungsstadium einer beschleunigten Alterung auszusetzen, um Schwachstellen und Designfehler aufdecken zu können um die Zuverlässigkeit des Produktes zu verbessern. Das Verfahren wird seit den 1980er-Jahren angewandt und wird zurzeit vorwiegend von amerikanischen Firmen eingesetzt. Es erfolgt eine Überlagerung einer Temperaturwechseltestprüfung mit einer Vibrationsprüfung. Dieses Verfahren ist nicht genormt und es ist keine eindeutige qualitative Zuordnung der Ergebnisse möglich.There is also a so-called Highly Accelerated Life Test (abbreviated HALT, English for strongly accelerated limit load test). This is an exclusively qualitative test procedure with the aim of subjecting electronic and electromechanical assemblies to accelerated aging while they are still in the development stage, in order to be able to detect weak points and design errors and to improve the reliability of the product. The process has been used since the 1980s and is currently mainly used by American companies. A temperature cycle test is superimposed on a vibration test. This procedure is not standardized and it is not possible to give a clear qualitative assignment of the results.

Es wurden auch TMF Versuche (englisch: thermo mechanical fatigue) durchgeführt. Dabei werden zyklische thermische und zyklische mechanische Belastung in einer definierten Phasenlage zueinander gekoppelt. Die thermo-mechanische Ermüdung ist ein anerkanntes Testverfahren im Anwendungsfelde des Maschinen- und Anlagenbaus. Es hat eine große Bedeutung für die Konstruktion und Auslegung von thermisch und mechanisch belasteten Bauteilen, zur Abschätzung derer Zuverlässigkeit. Als Ergebnis mehrerer TMF-Versuche mit unterschiedlichen Belastungen können Wöhlerdiagramme erstellt werden. Diese sind bei der Bauteilauslegung für die temperaturabhängige Ermüdungslebensdauer von Bedeutung. Es wird bisher typischerweise im Motoren und Turbinenbau sowie in der Luftfahrtindustrie bei hohen Temperaturen eingesetzt. Es sind sehr aufwendig geregelte Maschinensysteme zur phasenverschobenen Temperatur- und Belastungsaufbringung mittels Prüfmaschinen (mechanisch oder hydraulisch) erforderlich. Es findet hierbei eine aktive Regelung der Mechanik und der Temperatur statt.TMF tests (English: thermo mechanical fatigue) were also carried out. Cyclical thermal and cyclical mechanical loads are coupled to one another in a defined phase position. Thermo-mechanical fatigue is a recognized test method in the field of mechanical and plant engineering. It is of great importance for the construction and design of thermally and mechanically loaded components, for assessing their reliability. Wöhler diagrams can be created as the result of several TMF tests with different loads. These are important for the temperature-dependent fatigue life when designing components. Until now, it has typically been used in engine and turbine construction as well as in the aviation industry at high temperatures. Very elaborately controlled machine systems are required for the phase-shifted application of temperature and load using testing machines (mechanical or hydraulic). There is an active regulation of the mechanics and the temperature.

So sind aus EP 2 708 887 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur thermomechanischen Charakterisierung von Materialien bekannt.So are out EP 2 708 887 A1 a device and a method for thermomechanical characterization of materials are known.

DE 10 2015 211 557 A1 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur mechanischen oder thermomechanischen und überlagerten thermischen Belastung metallischer Prüfkörper. DE 10 2015 211 557 A1 relates to a device and a method for mechanical or thermomechanical and superimposed thermal loading of metallic test bodies.

Ein Testsystem und ein Verfahren für verschieden Tests ist in US 2007 / 0 169 563 A1 beschrieben.A test system and a method for various tests is described in US 2007/0 169 563 A1.

Die Offenbarung von EP 0 984 273 A2 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung thermophysikalischer Eigenschaften.The revelation of EP 0 984 273 A2 relates to a device and a method for determining thermophysical properties.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für eine einfache, kostengünstige und variierbare Durchführung von Untersuchungen der Ermüdung von Proben, die einer thermo-mechanischen Wechselbeanspruchung ausgesetzt werden, anzugeben.It is therefore the object of the invention to provide possibilities for a simple, inexpensive and variable implementation of examinations of the fatigue of specimens that are exposed to alternating thermo-mechanical stresses.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.According to the invention, this object is achieved with a device which has the features of claim 1. Advantageous refinements and developments of the invention can be made with in Subordinate claims designated features are realized.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Ermüdung von Proben, die einer thermo-mechanischen Wechselbeanspruchung ausgesetzt werden, ist eine Probe in einer rahmenförmigen Halterung zwischen zwei parallel zueinander ausgerichteten Schenkeln an ihren beiden gegenüberliegend angeordneten Stirnseiten fest eingespannt gehalten.In the device according to the invention for determining the fatigue of specimens exposed to alternating thermo-mechanical stress, a specimen is held firmly clamped in a frame-shaped holder between two mutually parallel legs at their two oppositely disposed end faces.

Es ist mindestens ein thermisches Aktuatorelement, das aus einem Werkstoff mit bekanntem thermischen Ausdehnungskoeffizienten besteht, in ein die Schenkel miteinander verbindendes Rahmenteil integriert. Ein Aktuatorelement kann aber auch zwischen einem Schenkel der rahmenförmigen Halterung und der Probe angeordnet sein. In diesem Fall stützt sich die Probe am Schenkel der rahmenförmigen Halterung ab, der der Stirnseite gegenüberliegt, an der sich das Aktuatorelement an dem anderen Schenkel der rahmenförmigen Halterung abstützt, angeordnet ist.At least one thermal actuator element, which consists of a material with a known thermal expansion coefficient, is integrated into a frame part that connects the legs to one another. An actuator element can, however, also be arranged between a leg of the frame-shaped holder and the sample. In this case, the sample is supported on the leg of the frame-shaped holder which is located opposite the end face on which the actuator element is supported on the other leg of the frame-shaped holder.

An der rahmenförmigen Halterung ist mindestens ein Sensorelement, das zur Bestimmung von Kräften, die zwischen der Probe und den Schenkeln infolge der thermischen Ausdehnung bei wechselnden Temperaturen wirken, oder der thermischen Ausdehnung am Rahmenteil, die infolge von wechselnden Temperaturen auftreten ausgebildet ist, angeordnet oder integriert ist. So kann mindestens ein Kraftsensor in das kassettenförmige Gehäuse, insbesondere in dessen Boden integriert angeordnet sein.At least one sensor element, which is designed to determine forces that act between the sample and the legs as a result of thermal expansion at changing temperatures, or the thermal expansion on the frame part that occurs as a result of changing temperatures, is arranged or integrated on the frame-shaped holder is. Thus, at least one force sensor can be arranged in the cassette-shaped housing, in particular integrated in its base.

Die rahmenförmige(n) Halterung(en) ist/sind mit jeweils daran befestigter Probe in ein kassettenförmiges Gehäuse einsetzbar. Im Gehäuse ist eine Einrichtung zur Veränderung der Temperatur innerhalb des kassettenförmigen Gehäuses angeordnet. Allein oder zusätzlich dazu kann eine Einrichtung zur Veränderung der Temperatur an das Gehäuse anschließbar sein.The frame-shaped holder (s) can be inserted into a cassette-shaped housing with the sample attached to it. A device for changing the temperature within the cassette-shaped housing is arranged in the housing. A device for changing the temperature can be connected to the housing alone or in addition to this.

Die Einrichtung(en) ist/sind steuer- und/oder regelbar ausgebildet.The device (s) is / are designed to be controllable and / or adjustable.

Mit einem Regler können beispielsweise verschiedene Temperaturregimes während einer Bestimmung der Ermüdung von Proben eingehalten werden. Dies betrifft insbesondere die minimalen und die maximalen Temperaturen, die Heiz- und Kühlraten sowie ggf. Haltezeiten in den oberen und unteren Ecktemperaturen oder Tableaus bei Zwischentemperaturen, die bei vorgebbaren Temperaturen eingehalten werden sollen.With a controller, for example, different temperature regimes can be maintained during a determination of the fatigue of samples. This applies in particular to the minimum and maximum temperatures, the heating and cooling rates and, if necessary, holding times in the upper and lower corner temperatures or panels at intermediate temperatures that should be maintained at predefinable temperatures.

In einem kassettenförmigen Gehäuse können auch mehrere Proben, die jeweils in einer rahmenförmigen Halterung fixiert sind, angeordnet und unter gleichen thermischen Bedingungen untersucht werden.Several samples, each fixed in a frame-shaped holder, can also be arranged in a cassette-shaped housing and examined under the same thermal conditions.

Ein kassettenförmiges Gehäuse kann mit einem Deckelelement für einen Austausch von Probe(n) und rahmenförmigen Halterungen geöffnet und wieder geschlossen werden.A cassette-shaped housing can be opened and closed again with a cover element for an exchange of sample (s) and frame-shaped holders.

Eine rahmenförmige Halterung kann als Rechteck, Quadrat oder C-förmig ausgebildet sein. Bei einer C-förmig ausgebildeten rahmenförmigen Halterung sind zwei Schenkel an einem Rahmenteil vorhanden. Die Längsachsen der Schenkel sind senkrecht zur Längsachse des Rahmenteils ausgerichtet und ein Aktuatorelement ist im Rahmenteil integriert.A frame-shaped holder can be designed as a rectangle, square or C-shaped. In the case of a C-shaped frame-shaped holder, two legs are present on a frame part. The longitudinal axes of the legs are aligned perpendicular to the longitudinal axis of the frame part and an actuator element is integrated in the frame part.

Bei quadratisch oder rechteckig ausgebildeten rahmenförmigen Halterungen sind zwei Rahmenteile mit ihren Längsachsen senkrecht zu den Längsachsen der beiden Schenkel ausgerichtet. In jedem Rahmenteil ist dabei ein Aktuatorelement integriert und bevorzugt symmetrisch zueinander in beiden Rahmenteilen angeordnet.In the case of square or rectangular frame-shaped brackets, two frame parts are aligned with their longitudinal axes perpendicular to the longitudinal axes of the two legs. An actuator element is integrated in each frame part and is preferably arranged symmetrically to one another in both frame parts.

Schenkel sollten bevorzugt an den sich gegenüberliegenden Stirnseiten von Rahmenteilen mit diesen verbunden und biegesteif sein.Legs should preferably be connected to the opposite end faces of frame parts and be rigid.

Vorteilhaft können mehrere kassettenförmige Gehäuse mit darin aufgenommener/aufgenommenen und in einer rahmenförmigen Halterung fixierter/fixierten Probe(n) in jeweils eine Aufnahme einer Station eingesetzt werden, um die jeweilige Untersuchung durchzuführen. An einer Station kann eine zentrale elektronische Steuer- und Regeleinheit für mehrere gleichzeitig in der Station fixierte kassettenförmige Gehäuse vorhanden oder angeschlossen sein. Die elektronische Steuer- und Regeleinheit kann zur Beeinflussung vorgegebener Temperaturregimes und ggf. auch für die Auswertung der ermittelten Messsignale ausgebildet sein.A plurality of cassette-shaped housings with the sample (s) received / received therein and fixed / fixed in a frame-shaped holder can advantageously be inserted into a receptacle of a station in order to carry out the respective examination. A central electronic control and regulation unit for several cassette-shaped housings fixed in the station at the same time can be present or connected to a station. The electronic control and regulation unit can be designed to influence predetermined temperature regimes and, if necessary, also to evaluate the measurement signals that are determined.

Eine Einrichtung zur Veränderung der Temperatur innerhalb des kassettenförmigen Gehäuses kann beispielsweise mindestens ein Peltierelement aufweisen, das im Inneren eines kassettenförmigen Gehäuses angeordnet ist.A device for changing the temperature inside the cassette-shaped housing can for example have at least one Peltier element which is arranged in the interior of a cassette-shaped housing.

Eine Einrichtung zur Veränderung der Temperatur innerhalb des kassettenförmigen Gehäuses kann aber auch mit an der Station vorhandenen Reservoiren gebildet sein. Dazu kann mindestens ein erstes Reservoir für temperiertes Gas, insbesondere Luft mit einer ersten Temperatur und mindestens ein zweites Reservoir für temperiertes Gas, insbesondere ebenfalls Luft mit einer zweiten Temperatur vorhanden sein. Dabei ist die erste Temperatur kleiner als die zweite Temperatur.A device for changing the temperature inside the cassette-shaped housing can, however, also be formed with reservoirs present at the station. For this purpose, there can be at least one first reservoir for temperature-controlled gas, in particular air at a first temperature, and at least one second reservoir for temperature-controlled gas, in particular also air with a second temperature. The first temperature is lower than the second temperature.

Vom ersten und zweiten Reservoir ist jeweils eine Zuleitung, in der mindestens ein regel- und/oder steuerbares Ventil angeordnet ist jeweils zu einem Anschluss geführt, an den ein kassettenförmiges Gehäuse anschließbar ist. So kann bei entsprechend geöffnetem Ventil Gas aus dem ersten und/oder zweiten Reservoir in das Innere des jeweiligen kassettenförmigen Gehäuses für eine Temperierung der Probe, die zu einer thermo-mechanischen Wechselbeanspruchung der Probe führt, einströmen. So kann eine Einrichtung zur Veränderung der Temperatur innerhalb des Gehäuses gebildet werden. Bevorzugt kann das erste Reservoir an eine Kühleinrichtung und das zweite Reservoir an eine Heizeinrichtung angeschlossen sein.A feed line, in which at least one regulatable and / or controllable valve is arranged, is each led from the first and second reservoir to a connection to which a cassette-shaped housing can be connected. When the valve is appropriately opened, gas can flow from the first and / or second reservoir into the interior of the respective cassette-shaped housing for temperature control of the sample, which leads to thermo-mechanical alternating stress on the sample. A device for changing the temperature within the housing can thus be formed. The first reservoir can preferably be connected to a cooling device and the second reservoir to a heating device.

Wird als Gas Luft in den Reservoirs vorgehalten sollte diese getrocknet sein und eine maximale Luftfeuchtigkeit von 10 % aufweisen.If air is held in the reservoir as a gas, it should be dried and have a maximum humidity of 10%.

In den Reservoirs kann ein höherer Druck als der Umgebungsdruck eingehalten sein, was das Einströmen des temperierten Gases in kassettenförmige Gehäuse erleichtert und verhindert, dass Verunreinigungen eindringen können.A higher pressure than the ambient pressure can be maintained in the reservoirs, which facilitates the inflow of the temperature-controlled gas into the cassette-shaped housing and prevents impurities from penetrating.

Es kann auch inertes Gas in Reservoiren und für die Untersuchungen genutzt werden. Dies ist insbesondere zur Vermeidung von Korrosion vorteilhaft.Inert gas can also be used in reservoirs and for examinations. This is particularly advantageous in order to avoid corrosion.

Das Volumen des ersten und des zweiten Reservoirs sollten jeweils größer als die Summe von mindestens zwei Innenvolumen von kassettenförmigen Gehäusen sein. Dies wirkt sich vorteilhaft aus, wenn gleichzeitig Untersuchungen mit mehreren kassettenförmigen Gehäusen, in denen Proben angeordnet sind, durchgeführt werden sollen. Dabei kann eine Pufferwirkung ausgenutzt werden.The volume of the first and the second reservoir should each be greater than the sum of at least two internal volumes of cassette-shaped housings. This has an advantageous effect when investigations with several cassette-shaped housings in which samples are arranged are to be carried out at the same time. A buffer effect can be used here.

Im Inneren des kassettenförmigen Gehäuses kann mindestens ein Temperatursensor angeordnet sein. Der Temperatursensor und mindestens eine Einrichtung zur Veränderung der Temperatur können dann an eine elektronische Steuer- und Regeleinheit angeschlossen sein, um eine gesteuerte Regelung eines jeweiligen Temperaturregimes während der Untersuchungen zu ermöglichen.At least one temperature sensor can be arranged in the interior of the cassette-shaped housing. The temperature sensor and at least one device for changing the temperature can then be connected to an electronic control and regulation unit in order to enable a controlled regulation of a respective temperature regime during the examinations.

Je nach gemessener Temperatur(en) im Inneren des jeweiligen kassettenförmigen Gehäuses können Ventile der Zuleitungen von den Reservoiren und Ableitungen aus dem jeweiligen kassettenförmigen Gehäuse geöffnet oder geschlossen werden, um die Temperatur im Inneren des jeweiligen kassettenförmigen Gehäuse gezielt zu beeinflussen.Depending on the measured temperature (s) inside the respective cassette-shaped housing, valves of the supply lines from the reservoirs and discharges from the respective cassette-shaped housing can be opened or closed in order to specifically influence the temperature inside the respective cassette-shaped housing.

So kann Gas aus dem Inneren von kassettenförmigen Gehäusen über Ableitungen rückgeführt und dabei auf die gewünschte Temperatur temperiert werden, bevor es wieder in ein Reservoir strömt.In this way, gas can be returned from the interior of cassette-shaped housings via discharge lines and at the same time heated to the desired temperature before it flows back into a reservoir.

Wie bereits angesprochen, kann die elektronische Steuer- und Regeleinheit so ausgebildet sein, dass mindestens ein vorgebbarer Temperaturverlauf innerhalb eines jeweiligen kassettenförmigen Gehäuses mit Probe(n) eingestellt werden kann, wobei die jeweils maximale und minimale Temperatur, die Heiz- und die Kühlrate sowie die Haltezeit bei vorgebbaren Temperaturen im Inneren des kassettenförmigen Gehäuses und/oder an der Probe beeinflusst werden können.As already mentioned, the electronic control and regulation unit can be designed so that at least one predeterminable temperature profile can be set within a respective cassette-shaped housing with sample (s), the respective maximum and minimum temperature, the heating and cooling rate as well as the Holding time at predefinable temperatures inside the cassette-shaped housing and / or on the sample can be influenced.

An einer Station sollten die Anschlüsse für erstes und zweites Gas und elektrische Anschlüsse über die Messsignale von mindestens einem Sensor, der im kassettenförmigen Gehäuse angeordnet ist, zur elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung übertragen werden, als Steckanschlüsse für komplementäre Steckanschlüsse, die am kassettenförmigen Gehäuse vorhanden sind, ausgebildet sein.At a station, the connections for the first and second gas and electrical connections should be transmitted to the electronic control and regulation device via the measurement signals from at least one sensor, which is arranged in the cassette-shaped housing, as plug connections for complementary plug connections that are present on the cassette-shaped housing be trained.

Dabei kann eine schnelle Umtemperierung auch bei mehreren Proben an mehrere Prüfstellen, die die in kassettenförmigen Gehäusen aufgenommen werden können, unabhängig voneinander starten und beendet werden. Es können gleichzeitig Untersuchungen an mehreren Prüfstellen in mehreren kassettenförmigen Gehäusen durchgeführt werden. So können beispielsweise vier Proben, die jeweils in einem von insgesamt vier kassettenförmigen Gehäusen aufgenommen sind, gleichzeitig untersucht werden. Dabei kann in jedem der vier kassettenförmigen Gehäuse ein eigenes Temperaturregime, das sich von anderen Temperaturregimes unterscheidet, berücksichtigt werden. Es ist ein kompakter und damit platzsparender Aufbau möglich.A rapid temperature change can also be started and ended independently of one another in the case of several samples at several test points that can be accommodated in cassette-shaped housings. Tests can be carried out at several test points in several cassette-shaped housings at the same time. For example, four samples, each accommodated in one of a total of four cassette-shaped housings, can be examined simultaneously. Each of the four cassette-shaped housings can have its own temperature regime that differs from other temperature regimes. A compact and thus space-saving structure is possible.

Die Ein- und Auslassventile von und zu einem kassettenförmigen Gehäuse aus einem Reservoir können mit einer elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung zwangsgekoppelt sein, um ein Vermischen der aus den unterschiedlichen Reservoire zugeführten Luftströme zu vermeiden. Vorteilhafterweise sollte ein Einlassventil als Proportionalventil ausgebildet und mittels der elektronischen Steuer- und Regeleinheit mit einem schaltenden Auslassventil verbunden sein. Die Ventilblöcke sollten idealerweise mit Kegelsitzventilen ausgebildet sein, um einen hohen Luftdurchsatz sicherzustellen. Es sind hohe Raten im Temperaturwechsel durch geregelte Umschaltung möglich. Durch eine Optimierung mit der elektronischen Steuer- und Regeleinheit kann ein energiesparendes Fahrregime erreicht werden. Die kann z.B. durch versetztes Zuschalten der Abnahme heißer oder kalter Luft zu den einzelnen kassettenförmigen Gehäusen, die in eine Station eingesetzt sind, erreicht werden. Das jeweilige Luftreservoir kann relativ gleichmäßig belastet werden und erreicht so einen hohen Wirkungsgrad. Die Kühl- und Heiz- Kreisläufe können mittels getrockneter Luft aus einer Druckluftversorgung mit einem leichten Überdruck beaufschlagt den Reservoiren zugeführt werden, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu vermeiden und Volumenänderungen durch Temperaturgradienten auszugleichen.The inlet and outlet valves from and to a cassette-shaped housing made of a reservoir can be positively coupled to an electronic control and regulating device in order to avoid mixing of the air flows supplied from the different reservoirs. An inlet valve should advantageously be designed as a proportional valve and connected to a switching outlet valve by means of the electronic control and regulation unit. The valve blocks should ideally be designed with conical seat valves to ensure a high air throughput. High rates of temperature change are possible through controlled switching. An energy-saving driving regime can be achieved by optimizing with the electronic control and regulation unit. This can be achieved, for example, by staggered connection of the intake of hot or cold air to the individual cassette-shaped housings that are inserted in a station. The respective air reservoir can be loaded relatively evenly and thus achieves a high degree of efficiency. The cooling and heating circuits can be controlled by means of dried air from a compressed air supply with a light The reservoirs are supplied with overpressure in order to avoid the ingress of moisture and to compensate for changes in volume caused by temperature gradients.

Es kann eine allein temperaturgetriebene zusätzliche Belastung auf die Proben durch definierte Aktuatorelemente (thermische Dehnungselemente) ohne einen zusätzlichen geregelten Belastungsantrieb erreicht werden. Durch unterschiedliche, austauschbare Aktuatorelemente können verschiedene Belastungsstufen in rahmenförmigen Halterungen voreingestellt werden. Es ist eine online IST- Temperaturmessung direkt in/an einem Aktuatorelement möglich.An additional, temperature-driven load on the samples can be achieved by defined actuator elements (thermal expansion elements) without an additional regulated load drive. Different load levels can be preset in frame-shaped holders using different, exchangeable actuator elements. An online ACTUAL temperature measurement is possible directly in / on an actuator element.

Durch die unterschiedlichen Anordnungsmöglichkeiten der Aktuatorelemente in rahmenförmigen Halterungen können OP- als auch IP- TMF Versuche realisiert werden. Für die OP- TFM Versuche sind die Aktuatorelemente mit der Probe in Reihe und für die IP- TFM Versuche sind die Aktuatorelemente parallel zur Probe geschaltet. Bei einer Parallelschaltung sollten zwei Aktuatorelemente in einen O- Rahmen eingesetzt sein. Die rahmenförmigen Halterungen können optimal als geschlossene O- Rahmen in Form eines Rechtecks oder Quadrats ausgebildet sein. Es sind jedoch auch C-Rahmen möglich. Mehrere unterschiedliche Versuchsarten sind in den rahmenförmigen Halterungen realisierbar. Es können Zug- Druckversuche, Biegeversuche und Scherversuche durch den Austausch der Probenspannung durchgeführt werden.Due to the different possibilities of arranging the actuator elements in frame-shaped brackets, OP and IP-TMF tests can be carried out. For the OP-TFM experiments the actuator elements are connected in series with the sample and for the IP-TFM experiments the actuator elements are connected in parallel to the sample. With a parallel connection, two actuator elements should be used in an O-frame. The frame-shaped brackets can be optimally designed as closed O-frames in the form of a rectangle or square. However, C-frames are also possible. Several different types of experiments can be carried out in the frame-shaped holders. Tensile tests, compression tests, bending tests and shear tests can be carried out by exchanging the sample tension.

Die kassettenförmigen Gehäuse können so aufgebaut sein, dass bei einer Prüfung von Elektronikkomponenten eine elektrische Kontaktierung möglich ist. Damit ist eine Online- Messung mittels Testsignalen oder eine Widerstandsmessung möglich.The cassette-shaped housings can be constructed in such a way that electrical contacting is possible when testing electronic components. This enables online measurement using test signals or a resistance measurement.

Bei der Erfindung sind mehrere, unabhängige Messstellen durch Clusterbildung (kassettenförmigen Gehäusen) in einem Basisgerät möglich. Jedes kassettenförmige Gehäuse kann aus dem temperierten Gasstrom unabhängig geregelt oder abgeschaltet werden. Es sind schnelle Temperaturwechsel durch Reglung der temperierten Gaszuführung zum Inneren des jeweiligen kassettenförmigen Gehäuses möglich. Jedes kassettenförmige Gehäuse kann mit mehreren, spezifisch konfigurierten rahmenförmigen Halterungen ausgestattet sein. Vorteilhaft ist auch eine geringe thermische Masse im Temperaturwechselbereich. Es müssen nur Aktuatorelemente, Proben mit Spannelementen und einige Rahmenteile temperiert werden.In the case of the invention, several independent measuring points are possible through cluster formation (cassette-shaped housings) in a basic device. Each cassette-shaped housing can be independently regulated or switched off from the temperature-controlled gas flow. Rapid temperature changes are possible by regulating the temperature-controlled gas supply to the interior of the respective cassette-shaped housing. Each cassette-shaped housing can be equipped with several specifically configured frame-shaped brackets. A low thermal mass in the temperature change range is also advantageous. Only actuator elements, samples with clamping elements and some frame parts need to be tempered.

Es kann eine direkte IST- Kraftmessung an jeder Probe während der Einwirkung vorgebbarer Temperaturen, insbesondere bei thermischer Wechselbelastung durchgeführt werden.A direct ACTUAL force measurement can be carried out on each sample during the action of predefinable temperatures, in particular with alternating thermal loads.

Sensoren, die zur Messung von Kräften ausgebildet sind, insbesondere Kraftmesszellen können außerhalb eines kassettenförmigen Gehäuses im normalen Umgebungstemperaturbereich, beispielsweise im Sockel eines kassettenförmigen Gehäuses angeordnet sein, um eine sehr hohe Messgenauigkeit zu ermöglichen. Es ist auch ein Einsatz von Sensoren zur Bestimmung der jeweiligen momentanen temperaturabhängigen Positionierung von Rahmenkomponenten, z.B. mit kapazitiven oder induktiven Messsystemen möglich.Sensors that are designed to measure forces, in particular load cells, can be arranged outside a cassette-shaped housing in the normal ambient temperature range, for example in the base of a cassette-shaped housing, in order to enable very high measurement accuracy. It is also possible to use sensors to determine the current temperature-dependent positioning of frame components, e.g. possible with capacitive or inductive measuring systems.

Es kann eine direkt zuordenbare qualitative Aussage zu den einzelnen Proben angegeben werden. So kann eine direkte Messung der wirkenden mechanischen Kraft bei der jeweiligen Temperatur mit einem einfachen Aufbau der rahmenförmigen Halterungen durchgeführt werden. Durch die unterschiedlichen Anordnungsmöglichkeiten der Aktuatorelemente in einer rahmenförmigen Halterung können OP- als auch IP- TMF Versuche realisiert werden.A directly assignable qualitative statement about the individual samples can be given. A direct measurement of the mechanical force acting at the respective temperature can thus be carried out with a simple structure of the frame-shaped holders. Due to the different possibilities of arranging the actuator elements in a frame-shaped holder, OP and IP-TMF tests can be carried out.

Bei einem Out-Of-Phase-Test (OP-Test) erfährt die eingespannte Probe gleichzeitig eine Stauchung durch eine Druckkraft bei gleichzeitiger thermischer Ausdehnung durch eine Temperaturerhöhung.In an out-of-phase test (OP test), the clamped sample is simultaneously compressed by a compressive force with simultaneous thermal expansion by a temperature increase.

Bei einem In-Phase-Test (IP-Test) wirken Zugkräfte auf die eingespannte Probe bei gleichzeitig auftretender thermischer Ausdehnung bei Temperaturerhöhung.In an in-phase test (IP test), tensile forces act on the clamped sample with simultaneous thermal expansion when the temperature rises.

Es können einstellbare Belastungsbereiche durch den Einsatz unterschiedlicher Aktuatorelemente berücksichtigt werden. Außerdem kann eine effiziente und schnelle Durchwärmung des Innenraums von kassettenförmigen Gehäusen in denen eine oder mehrere Probe(n) aufgrund der Reservoire für entsprechend temperierte Luft mit verfügbarer Wärmeströmung und eine Möglichkeit zur Nutzung hoher Temperaturrampen erreicht werden. Es ist auch eine variable Lasteinleitung im Zug-Druck-Modus, im Schermodus oder als Mischform möglich. Die bei den Untersuchungen genutzten Zyklenzeiten können verkürzt werden, so dass eine erhöhte Energieeffizienz erreicht werden kann. So können mehrere Proben bei unterschiedlichen mechanischen Zusatzbelastungen in kleinen Zeiträumen geprüft werden. Gleiche oder unterschiedliche Proben können bei variabel wählbaren Temperaturrampen oder Temperaturregimes für kontrollierte thermo-mechanische Beanspruchungsmessungen untersucht und bewertet werden.Adjustable load ranges can be taken into account by using different actuator elements. In addition, efficient and rapid heating of the interior of cassette-shaped housings in which one or more sample (s) can be achieved due to the reservoirs for appropriately tempered air with available heat flow and the possibility of using high temperature ramps. A variable load application in pull-push mode, in shear mode or as a mixed form is also possible. The cycle times used in the investigations can be shortened so that increased energy efficiency can be achieved. In this way, several samples can be tested with different additional mechanical loads in short periods of time. The same or different samples can be examined and evaluated with variably selectable temperature ramps or temperature regimes for controlled thermo-mechanical stress measurements.

Die Prüfzyklen für die einzelnen kassettenförmigen Gehäuse können unabhängig voneinander betrieben oder auch neu bestückt/ gestartet werden. Es sind dabei ein paralleler Betrieb und eine einzelne Abschaltung möglich. Wird beispielsweise ein Prüflos an Proben in mehrere Belastungsstufen unterteilt, ist zu erwarten, dass die geringsten Belastungen die größte Lebensdauer (Temperatur- und Lastwechsel) ertragen können. Parallel zu dem langen Test können an den anderen Proben mehrere höhere Belastungsstufen mit kürzeren Prüfzeiten durchgeführt werden. Aus den verschiedenen Tests zu einem Probenlos kann ein Diagramm zur Lebensdauerabschätzung erstellt werden. Es ist ein kompakter Geräteaufbau möglich. Es kann auch ein gesteigertes Werkstoffverständnis wegen der Erfassung des gesamten mechanischen Degradationsverlaufs (Festigkeitsverlust) vom Beginn der Messung bis zum Ausfall einer Probe erhalten werden.The test cycles for the individual cassette-shaped housings can be operated independently of one another or they can be re-equipped / started. Parallel operation and individual shutdown are possible. If, for example, a test lot is divided into several load levels on samples, it can be expected that the lowest loads can withstand the longest service life (temperature and load changes). Parallel to the long test, several higher load levels with shorter test times can be carried out on the other samples. A diagram for estimating the service life can be created from the various tests for a sample lot. A compact device structure is possible. An increased understanding of the material can also be obtained due to the recording of the entire mechanical degradation process (loss of strength) from the start of the measurement to the failure of a sample.

Es ist eine signifikante Kostenersparnis aufgrund von fundierten Zuverlässigkeitsaussagen mit deutlich geringeren Stückzahlen, der oft sehr teuer hergestellten Proben erreichbar.Significant cost savings can be achieved due to well-founded reliability statements with significantly lower numbers of samples, which are often very expensive to produce.

So können TMF- Versuche im Temperaturbereich -60°C bis +250°C durch geführt werden. In der Materialforschung können TMF- Tests an kleinen Proben zur Ermittlung der temperaturabhängigen Ermüdungslebensdauer oder Zuverlässigkeitsuntersuchungen an Sensor- und Elektronikbaugruppen durchgeführt werden.This means that TMF tests can be carried out in the temperature range -60 ° C to + 250 ° C. In materials research, TMF tests can be carried out on small samples to determine the temperature-dependent fatigue life or reliability tests on sensor and electronic assemblies.

Ein wachsender Markt mit steigenden Qualitäts- und Zuverlässigkeitsanforderungen ist der Automobilbereich. In diesem Sektor fehlen bisher geeignete Prüfanlagen um relativ kurzfristige entwicklungsbegleitende qualitative Ergebnisse zu erhalten. Es kann eine Zuverlässigkeitsbewertung von elektrischen und mechanischen Verbindungen, beispielsweise Bond- und Lötverbindungen an Elektronikbauelementen und -komponenten, Sensorelementen und Komponenten der Mikrosystemtechnik durch geführt werden.The automotive sector is a growing market with increasing quality and reliability requirements. In this sector, there is currently a lack of suitable testing facilities to obtain qualitative results that accompany development at relatively short notice. A reliability assessment of electrical and mechanical connections, for example bond and solder connections on electronic components and components, sensor elements and components of microsystem technology can be carried out.

Problemlösungen, die im Rahmen der Erfindung möglich sind:

• Messung von Kräften und Deformationen während des Wirkens von Temperaturwechselvorgängen
• Mehrere, unabhängige Messstellen durch Clusterbildung (mehrerer kassettenförmiger Gehäuse) in einer Station (Basisgerät)
• Jedes kassettenförmige Gehäuse kann aus dem temperierten Luftstrom unabhängig geregelt oder abgeschaltet werden
• Schnelle Temperaturwechsel durch Reglung der temperierten Luftzuführung zum Probenraum der jeweiligen Kassette
• Jedes kassettenförmige Gehäuse kann mit mehreren, spezifisch konfigurierten rahmenförmigen Halterungen, ausgestattet sein
• Geringe thermische Massen im Temperaturwechselbereich o Es müssen nur die Aktuatoren, Proben mit Spannelementen und einige Rahmenteile temperiert werden
• Hohe Zuverlässigkeit der Kraftmessung durch Trennung vom Probenraum (Temperaturwechselbereich) der kassettenförmigen Gehäuse
• Kompakter Aufbau der Anlage

Solutions to problems that are possible within the scope of the invention:

• Measurement of forces and deformations during the action of temperature change processes
• Several, independent measuring points through cluster formation (several cassette-shaped housings) in one station (base unit)
• Each cassette-shaped housing can be independently regulated or switched off from the temperature-controlled air flow
• Fast temperature changes by regulating the temperature-controlled air supply to the sample space of the respective cassette
• Each cassette-shaped housing can be equipped with several specifically configured frame-shaped brackets
• Low thermal masses in the temperature change range o Only the actuators, specimens with clamping elements and some frame parts need to be tempered
• High reliability of the force measurement due to the separation of the sample space (temperature change area) of the cassette-shaped housing
• Compact design of the system

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail below by way of example.

Dabei zeigen:

1 eine in einer rahmenförmigen Halterung eingespannte Probe für einen OP-Test (out of phase) in zwei Zuständen;
2 eine in einer rahmenförmigen Halterung eingespannte Probe für einen IP-Test (in phase) in zwei Zuständen;
3 eine schematische Darstellung einer Ansicht in ein geöffnetes kassettenförmiges Gehäuse mit darin aufgenommener Probe, die in einer rahmenförmigen Halterung fixiert ist und
4 eine schematische Darstellung einer Station mit angesteckten kassettenförmigen Gehäusen.

Show:

1 a sample clamped in a frame-shaped holder for a surgical test (out of phase) in two states;
2 a sample clamped in a frame-shaped holder for an IP test (in phase) in two states;
3 a schematic representation of a view into an open cassette-shaped housing with a sample received therein, which is fixed in a frame-shaped holder and
4th a schematic representation of a station with attached cassette-shaped housings.

In 1 sind zwei Zustände einer in einer O-förmig ausgebildeten rahmenförmigen Halterung 2 fest eingespannten Probe 1 gezeigt. Dabei stützt sich die Probe 1 an einem Schenkel 2.1 der rahmenförmigen Halterung 2 mit einer Stirnseite ab. An der dieser gegenüberliegend angeordneten Stirnseite der Probe 1 ist ein Aktuatorelement 2.2 angeordnet, das sich wiederum am zweiten Schenkel 2.1 abstützt. Beide Schenkel 2.1 sind an ihren nach außen weisenden Rändern mit jeweils einem Rahmenelement 2.3 verbunden.In 1 are two states of an O-shaped frame-shaped holder 2 firmly clamped sample 1 shown. The sample is supported in this process 1 on one thigh 2.1 the frame-shaped bracket 2 with one end. On the end face of the sample arranged opposite this 1 is an actuator element 2.2 arranged, which in turn is on the second leg 2.1 supports. Both legs 2.1 are each with a frame element on their outwardly facing edges 2.3 connected.

Das Aktuatorelement 2.2 hat einen thermischen Ausdehnungskoeffzienten von größer als die Rahmenmaterialien 2.3.The actuator element 2.2 has a thermal expansion coefficient greater than that of the frame materials 2.3 .

In der oberen Darstellung von 1 ist gezeigt, wie eine Kraftwirkung bei einer Temperaturerhöhung (Erwärmung) an der Probe 1, der rahmenförmigen Halterung 2 im Inneren eines hier nicht gezeigten kassettenförmigen Gehäuses 1 auftritt und sich auf die Probe 1 auswirkt. Es wirken Druckkräfte auf die Probe 1 an den jeweiligen Stirnseiten, die am hier unteren Schenkel 2.1 und dem Aktuatorelement 2.2 anliegen, infolge der thermischen Ausdehnung.In the upper representation of 1 is shown how a force is exerted on the sample when the temperature increases (heating) 1 , the frame-shaped bracket 2 inside a cassette-shaped housing, not shown here 1 occurs and put to the test 1 affects. Pressure forces act on the sample 1 on the respective end faces, the one on the lower leg here 2.1 and the actuator element 2.2 due to thermal expansion.

In der unteren Darstellung von 1 ist gezeigt, wie Zugkräfte auf die Probe 1 und das Aktuatorelement 2.2 wirken, wenn eine Temperaturreduzierung (Kühlung) durchgeführt wird.In the lower representation of 1 is shown how tensile forces act on the sample 1 and the actuator element 2.2 take effect when a temperature reduction (cooling) is carried out.

Bei der 2 ist die Probe 1 in der rahmenförmigen Halterung 2 fixiert. Sie kann sich dabei direkt an den Schenkeln 2.1, die gegenüberliegend angeordnet sind mit ihren Stirnseiten oder wie gezeigt an einer Stirnseite an einem der Schenkel 2.1 und der anderen Stirnseite an einem Stützelement 2.4 abstützen. Das Stützelement 2.4 ist wieder mit dem anderen Schenkel 2.1, der an der gegenüberliegenden Seite der rahmenförmigen Halterung 2 angeordnet ist, verbunden oder es ist Bestandteil dieses hier oberen Schenkels 2.1.In the 2 is the test 1 in the frame-shaped holder 2 fixed. You can do this directly on your thighs 2.1 , which are arranged opposite one another with their end faces or, as shown, on one end face on one of the legs 2.1 and the other end face on a support element 2.4 prop up. The support element 2.4 is again with the other leg 2.1 , the one on the opposite side of the frame-shaped bracket 2 is arranged, connected or it is part of this upper leg here 2.1 .

In die beiden senkrecht zu den Schenkeln 2.1 ausgerichteten Rahmenteilen 2.3 ist jeweils ein Aktuatorelement 2.2 aus dem gleichen Werkstoff, wie beim Beispiel nach 1 integriert. Beide Aktuatorelemente 2.2 sind gleich ausgebildet und an den Rahmenteilen 2.3 gleich angeordnet.In the two perpendicular to the thighs 2.1 aligned frame parts 2.3 is an actuator element each 2.2 made of the same material as in the example according to 1 integrated. Both actuator elements 2.2 are designed the same and on the frame parts 2.3 arranged equally.

Auch in 2 zeigt die obere Darstellung das Verhalten und die Kraftwirkung bei Temperaturerhöhung und die untere Darstellung bei Temperaturreduzierung für einen In-Phase-Test.Also in 2 The upper illustration shows the behavior and the force effect when the temperature increases and the lower illustration when the temperature is reduced for an in-phase test.

Aktuatorelemente 2.2 können mit einem Rahmenteil 2.3 oder Schenkel 2.1 auch verbunden werden, was beispielsweise mit einer Schraubverbindung erreichbar ist. So kann man auch verschiedene Aktuatorelemente 2.2 aus unterschiedlichen Werkstoffen und in unterschiedlicher Dimensionierung in einer rahmenförmigen Halterung 2 nach einem entsprechenden Austausch nutzen.Actuator elements 2.2 can with a frame part 2.3 or thigh 2.1 can also be connected, which can be achieved, for example, with a screw connection. So you can also use different actuator elements 2.2 Made of different materials and in different dimensions in a frame-shaped holder 2 use after an appropriate exchange.

Die Kraftwirkung und insbesondere deren Richtung ist mit den Doppelpfeilen verdeutlicht.The effect of the force and in particular its direction is indicated by the double arrows.

In jedem Fall werden die Kräfte von der rahmenförmigen Halterung 2 kompensiert.In any case, the forces from the frame-shaped bracket 2 compensated.

Bei den in den 1 und 2 gezeigten Beispielen sind Kraftmessdosen als Kraftmesssensoren zwischen einem der Schenkel 2.1 bei den gezeigten Beispielen der untere Schenkel 2.1 und der Stirnfläche der Probe 1 an dieser Seite angeordnet, jedoch nicht extra dargestellt.In the 1 and 2 Examples shown are load cells as load cells between one of the legs 2.1 in the examples shown the lower leg 2.1 and the face of the sample 1 arranged on this side, but not shown separately.

3 zeigt eine Ansicht in ein kassettenförmiges Gehäuse 6. Dabei ist eine rahmenförmige Halterung 2 durch eine Trägerplatte 4 teilweise hindurch geführt, so dass ein Teil der rahmenförmigen Halterung 2 unterhalb der Trägerplatte 4 und die Probe 1 aber oberhalb der Trägerplatte 4 angeordnet ist. 3 shows a view into a cassette-shaped housing 6th . There is a frame-shaped bracket 2 through a carrier plate 4th partially passed through, so that part of the frame-shaped bracket 2 below the carrier plate 4th and the sample 1 but above the carrier plate 4th is arranged.

In 3 ist das eigentliche kassettenförmige Gehäuse 6 nicht gezeigt. Mit der Trägerplatte 4 kann das Innere des kassettenförmigen Gehäuses 6 in ein Oberteil oberhalb und in ein Unterteil unterhalb der Trägerplatte 4 aufgeteilt sein. Im Unterteil können Sensoren, insbesondere ein Kraftsensor, mit dem die bei veränderten Temperaturen zwischen Probe 1 und rahmenförmiger Halterung 2 wirkenden Kräfte erfasst werden können, und die elektrisch leitenden Verbindungen von und zu ihnen sowie ggf. auch elektronische Komponenten aufgenommen sein.In 3 is the actual cassette-shaped housing 6th Not shown. With the carrier plate 4th can be the interior of the cassette-shaped housing 6th in an upper part above and in a lower part below the carrier plate 4th be divided. In the lower part, sensors, in particular a force sensor, with which the temperature changes between samples 1 and frame-shaped bracket 2 acting forces can be detected, and the electrically conductive connections from and to them and possibly also electronic components can be added.

Das Oberteil kann im Gegensatz zum Unterteil temperiert werden, indem dort mindestens eine Einrichtung zur Veränderung der Temperatur angeordnet und/oder mindestens ein Anschluss für eine solche Einrichtung vorhanden ist, über den beispielsweise temperiertes Gas in das Oberteil ein- und/oder ausströmen kann. Die Temperaturen im Unterteil weichen dabei von den Temperaturen im Oberteil ab. Das Unterteil hat eine kleinere Wärmekapazität als das Oberteil. Trotzdem muss bei einer solchen Ausführungsform ein kleineres Volumen temperiert werden.In contrast to the lower part, the upper part can be tempered by arranging at least one device for changing the temperature and / or at least one connection for such a device via which, for example, tempered gas can flow into and / or out of the upper part. The temperatures in the lower part differ from the temperatures in the upper part. The lower part has a smaller heat capacity than the upper part. Nevertheless, in such an embodiment, a smaller volume must be tempered.

In 4 ist eine Station 5 gezeigt, die über vier Steckplätze für kassettenförmige Gehäuse 6 verfügt. Diese kann über die Reservoire einer Einrichtung zur Veränderung der Temperatur im Inneren der kassettenförmigen Gehäuse 6 verfügen, wie dies im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert worden ist.In 4th is a station 5 shown having four slots for cassette-shaped housing 6th disposes. This can be via the reservoirs of a device for changing the temperature inside the cassette-shaped housing 6th as explained in the general part of the description.

Claims

Device for determining the fatigue of samples that are exposed to alternating thermo-mechanical stresses, with at least one frame-shaped holder (2), with a sample (1) in a frame-shaped holder (2) between two parallel legs (2.1) at its two oppositely arranged end faces is held firmly clamped and at least one thermal actuator element (2.2), which consists of a material with a known thermal expansion coefficient, is integrated into a frame part (2.3) connecting the legs (2.1) or between a leg (2.1) and the Sample (1) is arranged and on the at least one frame-shaped holder (2) at least one sensor which is used to determine forces that act between the sample (1) and the legs (2.1) as a result of thermal expansion at changing temperatures, or the thermal expansion on the frame part (2.3), which as a result of changing temperatures a occurs, is formed, arranged or integrated in a cassette-shaped housing (6) and the frame-shaped holder (s) (2) with each attached sample (1) can be inserted into a cassette-shaped housing (6) and in cassette-shaped housing (6) a device for changing the temperature is arranged inside the cassette-shaped housing (6) and / or a device for changing the temperature to the cassette-shaped housing (6) can be connected, the device (s) being designed to be controllable and / or regulatable.

Device according to Claim 1 , characterized in that the frame-shaped holder (2) is designed as a rectangle, square or C-shaped.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of cassette-shaped housings (6) with the sample (s) (1) received / received therein and fixed / fixed in a frame-shaped holder (2) can be inserted into one receptacle of a station (5) are.

Device according to the preceding claim, characterized in that at the station (5) there is at least one first reservoir for temperature-controlled gas with a first temperature and at least one second reservoir for temperature-controlled gas with a second temperature, and the first temperature is lower than that is second temperature and from the first and second reservoir each has a feed line in which at least one regulatable and / or controllable valve is arranged, is each led to a connection to which a cassette-shaped housing (6) can be connected, so that when the Valve gas from the first and / or second reservoir into the interior of the respective cassette-shaped housing (6) for temperature control of the sample (1), which leads to a thermo-mechanical alternating stress on the sample (1), and thus a device for Change in temperature is formed inside the cassette-shaped housing (6) and preferably the first Re The reservoir is connected to a cooling device and the second reservoir is connected to a heating device.

Device according to the preceding claim, characterized in that the volume of the first and the second reservoir is greater than the sum of at least two internal volumes of cassette-shaped housings (6).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one temperature sensor is arranged inside the cassette-shaped housing (6) and the temperature sensor and at least one device for changing the temperature are connected to an electronic control and regulation unit.

Device according to Claim 6 , characterized in that the electronic control and regulation unit is designed to set at least one predeterminable temperature profile within a respective cassette-shaped housing (6) with sample (s) (1), with which the respective maximum and minimum temperature, the heating and the cooling rate and the holding time at predefinable temperatures in the interior of the cassette-shaped housing (6) and / or on the sample (1) can be influenced.

Device according to Claim 6 or 7th , characterized in that at the station (5) the connections for the first and second gas and electrical connections are transmitted to the electronic control and regulation device via the measurement signals from at least one sensor, which is arranged in the cassette-shaped housing (6) or integrated therein , are designed as plug connections for complementary plug connections that are present on the cassette-shaped housing (6).