Betriebsnahe Belastung von Turbinenwerkstoffen durch Überlagerung nieder- und höherfrequenter Beanspruchungskomponenten

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Viele Bauteile von energieerzeugenden Anlagen oder Triebwerken sind im Betrieb einer sehr komplexen Beanspruchung unterworfen. Die versagensrelevante mechanischen Beanspruchung setzt sich meist aus einer quasistatischen Kriechbeanspruchung, einer niederfrequenten, thermisch induzierten Ermüdungsbeanspruchung und einer höherfrequenten, mechanisch bedingten Ermüdungsbeanspruchung zusammen. Bei der Auslegung von Bauteilen aus diesem Anwendungsbereich müssen alle wichtigen Beanspruchungskomponenten und ihr Zusammenwirken berücksichtigt werden. Insbesondere der bei der experimentellen Analyse gleichzeitig wirkenden thermisch und mechanisch induzierten Beanspruchung kommt besondere Bedeutung zu. Dabei ist es wichtig, die einzelnen Beanspruchungskomponenten mit realitätsnahen Parametern vorzugeben. Bei der Überlagerung von niederfrequenten Beanspruchungskomponenten, die in Bauteilen durch Start-Stop-Zyklen und Lastwechselvorgänge induziert werden, mit höherfrequenten Beanspruchungskomponenten, die z.B. durch Vibrationen oder Resonanzschwingungen entstehen, kommen derzeit vorhandene Prüfsysteme jedoch sehr schnell an ihre Leistungsgrenze, wenn die höherfrequente Beanspruchung mit einsatzrelevanten Frequenzen von mehreren hundert Hertz vorgegeben werden sollen. Derartige Versuche sind mit den derzeitig verfügbaren servohydraulischen Prüfmaschinen aus gerätetechnischen Gründen nicht machbar. Neuere Entwicklungen mit schnellen Servoventilen, bei denen z.B. die Hauptstufe durch einen gekoppelten Magnetantrieb geregelt wird (sog. Voice Coil Servovalve) erlauben jedoch die Verwirklichung derartiger Überlagerungsbeanspruchungen. Allerdings muß bei solchen Systemen eine sorgfältige Abstimmung aller mechanischen und meßtechnischen Komponenten erfolgen, um Eigenfrequenzen im gesamten nutzbaren Frequenzbereich zu vermeiden. Dies erfordert z.B. bei den Belastungseinheiten extrem massive Bauweisen schon bei relativ kleinen Prüfkräften und verhindert, daß derart schnelle Servoventile bei konventionellen Prüfmaschinen eingesetzt werden können. Es ist daher die Beschaffung eines vollständigen Prüfsystems erforderlich.