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Dokumentenidentifikation DE3840261C2 13.05.1993
Titel Belastungsvorrichtung
Anmelder Deutsche Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V., 5300 Bonn, DE
Erfinder Marissen, Roeloff, Dr.-Ing., 5000 Köln, DE;
Nowack, Horst, Dr.-Ing., 5200 Siegburg, DE;
Trautmann, Karl-Heinz, Ing.(grad.), 5205 Sankt Augustin, DE
Vertreter von Kreisler, A., Dipl.-Chem.; Selting, G., Dipl.-Ing.; Werner, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Schönwald, K., Dr.-Ing.; Fues, J., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Böckmann gen. Dallmeyer, G., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 5000 Köln
DE-Anmeldedatum 30.11.1988
DE-Aktenzeichen 3840261
Offenlegungstag 31.05.1990
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 13.05.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.05.1993
IPC-Hauptklasse G01N 3/02
IPC-Nebenklasse G01N 3/08   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Belastungsvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Derartige Belastungsvorrichtungen werden benutzt, um eine Probe einer Zug- oder Druckbelastung auszusetzen, damit das Verhalten der Probe unter Last gemessen und erforscht werden kann. Da sich eine Probe unter Last verformen kann, ist eine wegunabhängige Lastaufbringung erforderlich. Für die Lastaufbringung werden bei den bekannten Belastungsvorrichtungen hydraulische oder gewichtsbelastete Einrichtungen benutzt. Solche Belastungsvorrichtung, die imstande sind eine wegunabhängige Belastung zu erzeugen, sind sehr aufwendig, voluminös und teuer, sowie vielfach störanfällig.

Eine Belastungsvorrichtung, von der der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgeht, ist bekannt aus US 40 44 595. Diese Belastungsvorrichtung enthält zwei Paare von Klemmbacken zur Einspannung eines Papierstreifens, der auf Zug beansprucht wird. Die untere Klemmbacke eines jeden Paares ist an einer elastischn Aufhängevorrichtung befestigt, die aus einer zu einem Ring gebogenen Blattfeder besteht, welche an einem Stützrahmen aufgehängt ist. Die die Zugkraft aufbringende Belastungseinrichtung besteht aus einem keilförmigen Schieber, der die beiden Stützteile, von denen jeder eines der Klemmbackenpaare trägt, auseinanderdrückt. Diese Belastungsvorrichtung hat einen sehr aufwendigen Aufbau und sie ist wegabhängig, d. h. es erfolgt eine Zwangssteuerung des Abstandes der beiden Klemmbackenpaare, die durch die Schrägfläche auseinandergetrieben werden. Die dafür erforderliche Kraft wird von einem Kraftaufnehmer gemessen. Eine konstante Lastaufbringung über einen großen Weg ist hierbei nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Belastungsprüfvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, die mit geringem Aufwand herzustellen ist, wenig Platz beansprucht und dennoch über einen relativ großen Weg eine konstante Lastaufbringung ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Bei der erfindungsgemäßen Belastungsvorrichtung wird die Kraft von mehreren Blattfedern erzeugt, die auf Knickung in Längsrichtung gespannt sind. Dabei wird der Umstand ausgenutzt, daß Blattfedern über einen größeren Bereich eine wegunabhängige lastkonstante Knicklast haben. Gegenüber den üblichen Belastungsvorrichtungen bestehen die Vorteile der Erfindung in einer hohen Zuverlässigkeit und Langzeitkonstanz, geringen Herstellungskosten, niedrigem Gewicht im Verhältnis zur Prüfbelastung, kleinem Volumen usw. Die Belastungsvorrichtung, die sich generell für die Prüfung von Werkstoffen und Werkstücken eignet, ist leicht transportabel, raumsparend aufstellbar und sie kann in einer Vielproben- Prüfeinrichtung verwendet werden. Die Vorrichtung ist auch weitgehend unabhängig von Änderungen der Umgebungsbedingungen, wie Temperatur, Strahlung und aggressiven Medien. Es können beliebige räumliche Kraftrichtungen realisiert werden. Ferner läßt sich die Belastungsvorrichtung in ein System integrieren, das komplexe Belastungszustände an einem Prüfkörper erzeugt, wobei die Belastungsvorrichtung einen der kombinierten Belastungszustände hervorruft. Auch ein ergänzender Einbau in bestehende andere Belastungssysteme ist möglich, z.B. zur Untersuchung von Ermüdungserscheinungen.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausbildungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Belastungsvorrichtung für die Zugbelastung einer Probe,

Fig. 2 eine Belastungsvorrichtung für die Druckbelastung einer Probe,

Fig. 3 eine andere Belastungsvorrichtung für die Druckbelastung einer Probe und

Fig. 4 eine Belastungsvorrichtung für die Biegebelastung einer Probe.

Die Belastungsvorrichtung nach Fig. 1 weist ein rechteckiges unteres Joch 10 und ein rechteckiges oberes Joch 11 auf. An jedem der Joche 10, 11 ist ein Übertragungselement 12, 13 in Form einer Spannbacke mit einem Bolzen 14 derart befestigt, daß die Spannbacken einander zugewandt sind. An den Übertragungselementen 12, 13 sind die Enden einer Probe 15 bzw. eines Prüfkörpers befestigt. Von dem unteren Joch 10 erstrecken sich Führungsstangen 16 nach oben. Diese Führungsstangen sind durch Bohrungen des oberen Joches 11 hindurchgeführt und dienen dazu, das obere Joch 11parallel zum unteren Joch 10 in vertikaler Richtung zu führen.

Die Belastungskraft der auf Zug zu belastenden Probe 15 wird durch Blattfedern 18, 19 aufgebracht, die mit ihren stirnseitigen Enden in Kerben 20 an der Oberseite des unteren Jochs 10 und an der Unterseite des oberen Jochs 11 zentriert sind. Die Blattfedern 18, 19 bestehen aus elastischem Material, vorzugsweise aus Federstahl, und sie sind im entspannten Zustand ebene Blechstreifen. Diese Blattfedern 18, 19 sind zwischen die Joche 10, 11 eingesetzt, während das obere Übertragungselement 13 die Probe 15 festhält und mit seinem Bolzen 14 an dem Joch 11 befestigt ist. In diesem Zustand ist das untere Übertragungselement 12 an der Probe 15 befestigt, jedoch noch nicht am unteren Joch 10. In diesem Zustand wird das obere Joch 11 mit einer Kraft heruntergedrückt, die die Summe der Grenzlasten sämtlicher Blattfedern 18 und 19 übersteigt, so daß diese Blattfedern 18 und 19 nach außen ausknicken. Im ausgeknickten Zustand der Blattfedern 18, 19 taucht das untere Übertragungselement 12 in einen Schlitz 21 des unteren Jochs 10 ein. Durch Einstecken des Bolzens 14 in ein quer zu dem Schlitz 21 verlaufendes Loch und durch ein Loch in dem Übertragungselement 12 wird das untere Übertragungselement 12 an dem Joch 10 verriegelt. Dann wird die auf das obere Joch 11 extern ausgeübte Niederhaltekraft aufgehoben, so daß die Joche 10, 11 ausschließlich durch die kombinierten Kräfte der auf Knickung belasteten Blattfedern 18 und 19 auseinandergedrückt werden. Da die Knicklast weitgehend wegunabhängig ist, bleibt sie auch bei Längenänderungen der Probe 15 konstant.

Eine Variation der auf die Probe 15 einwirkenden Belastung ist möglich, indem Blattfedern mit anderer Federbreite bzw. Federstärke eingesetzt werden oder indem die Anzahl der Blattfedern verändert wird. Die Zahl der Blattfedern 18 auf der einen Seite der Probe 15 ist gleich der Zahl der Blattfedern 19 auf der anderen Seite der Probe, so daß auf das obere Joch 11 keine Kippmomente einwirken. Außerdem liegen die Kerben 20 im oberen Joch lotrecht über den Kerben 20 im unteren Joch, so daß die Einspannpunkte einer jeden Blattfeder exakt vertikal übereinanderliegen.

Die in Fig. 2 dargestellte Belastungsvorrichtung dient dazu, die Probe 15 einer Druckbeanspruchung auszusetzen. Hierbei befindet sich die Probe 15 nicht zwischen den Jochen 10, 11, zwischen die die Blattfedern 18, 19 eingespannt sind, sondern zwischen dem oberen Joch 11 und einem oberen Querhaupt 21, das die Enden der nach oben hin verlängerten Führungsstäbe 16 miteinander verbindet. Das untere Übertragungselement 12 ist in diesem Fall an der Oberseite des oberen Jochs 11 befestigt und das obere Übertragungselement an der Unterseite des Querhauptes 21. Die Blattfedern 18, 19 sind zwischen den beiden Jochen 10, 11 in gleicher Weise parallel zu ihrer Längsrichtung zusammengedrückt und auf Knickung beansprucht, wie dies bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Die Blattfedern drücken das untere Joch, das an den Führungsstangen 16 vertikal geführt ist, nach oben und üben damit einen Druck gegen die an dem Querhaupt 21 abgestützte Probe aus.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3, das im wesentlichen demjenigen von Fig. 2 entspricht, sind die Übertragungselemente 22, 23 Druckbacken, zwischen denen die Probe 15 zusammengedrückt ist, ohne daß eine Einspannung der Probenenden erfolgt. Das Querhaupt 21, an dem das obere Übertragungselement 23 befestigt ist, wird an seiner Oberseite durch Muttern 24 abgestützt, welche auf Gewindeabschnitten 16a der stabförmigen Zugelemente 16 sitzen und verstellt werden können, um Proben mit unterschiedlichen Abmessungen einspannen zu können.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 4 entspricht prinzipiell demjenigen von Fig. 3 und dient zur Biegebeanspruchung einer Probe 15. Hierbei sind auf dem unteren Übertragungselement 22 zwei Druckstücke 25, 26 mit gegenseitigem Abstand angeordnet, während an der Unterseite des plattenförmigen Übertragungselements 23 ein weiteres Druckstück 27 angeordnet ist. Während die Druckstücke 25 und 26 die Endbereiche der Probe 15 abstützen, drückt das Druckstück 27 von der entgegengesetzten Seite (von oben her) gegen den Mittelbereich der Probe 15. Durch Verstellen der Muttern 24 kann auch hier eine Anpassung an unterschiedliche Abmessungen der Probe erfolgen.


Anspruch[de]
  1. 1. Belastungsvorrichtung mit Belastungseinrichtung zum Ausüben einer Prüfkraft auf eine Probe (15), mit an der Belastungseinrichtung verbundenen Übertragungselementen (12, 13; 22, 23) zum Einspannen der Probe (15) und zum Übertragen der Prüfkraft auf diese, und mit mehreren Blattfedern (18, 19), dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (18, 19) in der Belastungseinrichtung zur Erzeugung der Prüfkraft vorgesehen und dazu in Längsrichtung mit Knickung gespannt sind.
  2. 2. Belastungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (18, 19) symmetrisch zu beiden Seiten der Belastungsachse der Probe (15) angeordnet und mit den Enden an der Belastungseinrichtung zugehörigen Jochen (10, 11) abgestützt sind.
  3. 3. Belastungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Blattfedern (18, 19) in Kerben (20) der Joche zentriert sind.
  4. 4. Belastungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungselemente (12, 13) an den Jochen (10, 11) befestigt sind, gegen die die Blattfedern (18, 19) drücken.
  5. 5. Belastungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Übertragungselement (12, 22) an einem Joch (11) abgestützt ist, gegen das die Blattfedern (18, 19) drücken, und daß das andere Übertragungselement (13, 23) an einem Querhaupt (21) abgestützt ist, das mit dem anderen Joch (10) über Zugelemente (16) verbunden ist.
  6. 6. Belastungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungselemente (22, 23) aus flachen Druckstücken bestehen, zwischen denen die Probe (15) einklemmbar ist.
  7. 7. Belastungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Probe (15) und jedem Übertragungselement (22, 23) mindestens ein Druckstück (25, 26, 27) angeordnet ist und daß die Druckstücke derart angeordnet sind, daß die Probe (15) auf Biegung beansprucht wird.






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