EP-4737881-A1 - METHOD FOR THERMOMECHANICAL TESTING OF A TEST OBJECT AND A TESTING DEVICE FOR THE SAME

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermomechanischen Prüfung eines Prüflings, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling mit einem thermischen Hochgeschwindigkeits-Massestrom beaufschlagt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Prüfvorrichtung zur thermomechanischen Prüfung eines Prüflings.

Inventors

• GÖRING, Jürgen
• Pütz, Maximilian
• KUNZ, MATHIAS

Assignees

• AMTAS GMBH

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20230523

Claims (15)

1. Verfahren zur thermomechanischen Prüfung eines Prüflings (50), wobei, dass der Prüfling (50) mittels eines Beaufschlagungsmittels (20) mit einem thermischen Hochgeschwindigkeits-Massestrom (22) beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Massestrom (22) mittels einer zwischen dem Beaufschlagungsmittel (20) und dem Prüfling (50) angeordneten Lenkeinrichtung (25) in seiner Ausbreitung gelenkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch die Beaufschlagung auf den Prüfling (50) wirkende Kraft (F) mittels einer Bestimmungseinrichtung kontinuierlich ermittelt wird
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus der kontinuierlich ermittelten Kraft ein Kraft-Zeit-Verlauf bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitspanne (ts) zwischen dem Beginn der Beaufschlagung und dem Eintritt eines auf ein Durchbrennen des Prüflings (50) basierenden Kraftabfalls ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt des Beginns der Beaufschlagung (t0) durch einen Kraftanstieg ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur des Prüflings (50) ermittelt wird, wobei bevorzugt die Temperatur auf der dem Massestrom (22) abgewandten Seite (52) des Prüflings (50) ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Thermofotografie und/oder eine Thermografie des Prüflings (50) aufgezeichnet wird und/oder während der Beaufschlagung ein akustisches Signal ermittelt wird und/oder die Strahlgeschwindigkeit des Massestroms (22) ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Massestrom (22) durch eine Raketentreibladung, einen Acetylenbrenner mit Masseeinspeisung, Flammspritzen oder Plasmaspritzen bereitgestellt wird.
9. Prüfvorrichtung (10) zur thermomechanischen Prüfung eines Prüflings (50), umfassend eine einen Aufnahmeabschnitt (32) aufweisende Halterung (30), in dem der Prüfling (50) direkt oder indirekt aufnehmbar ist, und ein Beaufschlagungsmittel (20) zur Bereitstellung eines thermisches Hochgeschwindigkeits-Massestroms (22), der auf den Prüfling (50) richtbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Beaufschlagungsmittel (20) und dem Aufnahmeabschnitt (32) eine Lenkeinrichtung (25) angeordnet ist, die dazu vorgesehen ist, den Massestrom (22) in seiner Ausbreitung zu lenken.
10. Prüfvorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkeinrichtung dazu eingerichtet ist, den Massestrom (22) so zu lenken, dass der Massestrom (22) nicht senkrecht auf dem Prüfling (50) auftrifft.
11. Prüfvorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Bestimmungseinrichtung aufweist, die eine mit der Halterung (30) wirkmäßig gekoppelten Kraftmesseinrichtung (40) umfasst, die derart eingerichtet ist, die durch den Massestrom (22) in den Prüfling (50) eingetragene Kraft (F) zu ermitteln.
12. Prüfvorrichtung (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung eines Kraft-Zeit-Verlaufs eingerichtet ist.
13. Prüfvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungseinrichtung ein Temperaturmesseinrichtung (81) zur Bestimmung der Temperatur des Prüflings (50) aufweist und/oder eine Hochgeschwindigkeitskamera (82, 83) und/oder eine Infrarotkamera (84) und/oder eine akustische Messeinrichtung (85) umfasst.
14. Prüfvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Beaufschlagungsmittel (20) als eine Raketentreibladung, ein Acetylenbrenner mit Masseeinspeisung, eine Flammspritzeinrichtung, ein galvanisches Element oder eine Plasmaspritzeinrichtung ausgebildet ist.
15. Prüfvorrichtung (10) zur Durchführung eines Verfahrens zur Prüfung eines Prüflings (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 14 ausgebildet ist.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur thermomechanischen Prüfung eines Prüflings gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Prüfvorrichtung zur thermomechanischen Prüfung eines Prüflings gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9. Eine brandtechnische Abschirmung muss eine ausreichend hohe Durchbrennbeständigkeit, insbesondere eine zeitliche Durchbrennbeständigkeit aufweisen, sowie die Wärme des Brandes abschirmen. Beispielsweise im Fall einer Abschirmung eines Akkumulators eines elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugs gegenüber einer Fahrgastzelle dieses Fahrzeugs. Diese soll derart beschaffen sein, dass ein Brand des Akkumulators nicht direkt in die Fahrgastzelle vordringt, sondern es den Fahrgästen ermöglicht ist, das Fahrzeug sicher anzuhalten und dieses innerhalb eines durch Prüfvorschriften vorgegebenen Zeitraumes zu verlassen bzw. geborgen werden zu können. Als weitere Anwendungsfälle für derartige Abschirmungen seien Brandschutzabschirmeinrichtungen in Gebäuden, auf Schiffen oder in Flugzeugen genannt. Daher ist es erforderlich, für derartige Abschirmungen Materialen mit entsprechenden Eigenschaften auszuwählen oder zu entwickeln, die eine ausreichend hohe zeitliche Durchbrennbeständigkeit aufweisen. Dafür ist es erforderlich, die vorgesehenen Materialien in Abhängigkeit von den einwirkenden Energie- und Materialflüssen ("Einwirkungscharakteristik") zu prüfen. Dies wird im Kontext der vorliegenden Erfindung als "thermomechanische Prüfung" bezeichnet. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die vorgesehenen Materialien in einem der Realität entsprechenden Anordnung mit realen Mitteln zu erproben. Dabei wird mittels menschlicher Beobachtung des Prüflings bestimmt, wie stark die brandschutztechnische Abschirmung beschädigt ist. Nachteilig an dieser aus dem Stand der Technik bekannten Lösung ist es, dass diese eine nur sehr ungenaue Bestimmung der Widerstandsfähigkeit und dessen Abhängigkeit von der Einwirkungscharakteristik ermöglicht. Dieses liegt darin begründet, dass eine Variabilität hinsichtlich Energie- und Materialfluss auftritt. Weiterhin ist die Wiederholbarkeit nur sehr unzureichend, so dass mit derartigen Anordnungen kein objektiviertes Prüfverfahren zur Prüfung eines Prüflings möglich ist. Aus der DE 24 35 999 A1 ein Verfahren sowie eine Prüfvorrichtung für die Prüfung von thermoplastischem Kunststoff bekannt, bei der ein Prüfling mittels eines gebündelten Warmgasstrahls beaufschlagt wird. Aus der US 3 908 440 A eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Beaufschlagung eines Prüflings mit einem thermischen Hochgeschwindigkeits-Massestrom bekannt, wobei der Prüfling einseitig eingespannt ist und ein freies Ende aufweist. Der Prüfling wird beidseitig mit dem Massestrom beaufschlagt, wobei der Prüfling an seinem freien Ende mit einem Massestück versehen ist. Eine Messskale dient zur Bestimmung der durch die thermische Belastung hervorgerufenen Verformung (Durchbiegung) des Prüflings. Weiterhin ist aus der US 7 966 868 B1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Beaufschlagung eines Prüflings mit einem thermischen Hochgeschwindigkeits-Massestrom zur Erprobung von Gasturbinen bzw. deren Bauteile vorbekannt. Aus der CN 111 562 189 A ist eine Testvorrichtung mit einem verstellbaren Beaufschlagungsmittel zur Bereitstellung eines Hochgeschwindigkeits-Massestrom vorbekannt, wobei das Beaufschlagungsmittel auf einen Prüfling gerichtet wird, der in einer Halterung aufgenommen ist. Der Strahl des Beaufschlagungsmittel durchströmt eine Lavaldüse. Die DE 14 46 965 C offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Simulierung von Druck und Temperatur von einer Explosion. Weiterhin ist aus der DE 10 2020 118 072 A1 eine Prüfvorrichtung zum Testen von Prüfkörpern auf ihre Beständigkeit gegenüber Partikelschlag und hohen Temperaturen bekannt, die mittels einer Treibladung bereitgestellt werden. Bei den Prüfkörpern handelt es sich um eine Batterie für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug. Aus der CN 111 024 750 A ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ablationsprüfung von Keramikmatrix-Verbundwerkstoffen mit kontrollierbarer Gasatmosphäre bekannt. Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur thermomechanischen Prüfung eines Prüflings anzugeben, welches eine erhöhte Wiederholbarkeit gewährleistet. Weiterhin ist es eine Aufgabe, eine Prüfvorrichtung zur thermomechanischen Prüfung eines Prüflings anzugeben, die eine Wiederholbarkeit bereitstellt und einen kompakten Aufbau aufweist. Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie einer Prüfvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 22. Die Unteransprüche betreffen jeweils bevorzugte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung, deren jeweilige Merkmale im Rahmen des technisch Sinnvollen ggf. auch über die Kategoriegrenzen der verschiedenen Ansprüche hinweg frei miteinander kombinierbar sind. Bei