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Dokumentenidentifikation DE19510366C1 22.08.1996
Titel Probe und Probenspannvorrichtung zum Einsatz in Zugprüfmaschinen
Anmelder Hahn, Ortwin, Prof. Dr.-Ing., 33100 Paderborn, DE
Erfinder Rohde, Andreas, Dipl.-Wirtsch.-Ing., 33100 Paderborn, DE;
Gieske, Dieter, Dipl.-Ing., 33100 Paderborn, DE;
Hahn, Ortwin, Prof. Dr.-Ing., 33100 Paderborn, DE
Vertreter Hanewinkel, L., Dipl.-Phys., Pat.-Anw., 33102 Paderborn
DE-Anmeldedatum 22.03.1995
DE-Aktenzeichen 19510366
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 22.08.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.08.1996
IPC-Hauptklasse G01N 3/02
IPC-Nebenklasse G01N 3/04   G01L 1/00   G01B 5/30   G01B 7/16   
Zusammenfassung Die Probe zum Einsatz in Maschinen zur Prüfung der Belastbarkeit von Verbindungen besteht aus aus den zu prüfenden Materialien gefertigten topfartigen Probenhälften, welche, mit den Außenseiten der Bodenfläche zueinanderweisend, durch eine zu prüfende, in den Bodenflächen der Probenhälften liegende Verbindungsstelle miteinander verbunden sind. Die Probenhälften weisen eine Pyramidenstumpfform auf, deren kleinere Pyramidenstumpffläche die Bodenfläche für die Prüfverbindung bildet.
Die Vorrichtung zum Einspannen und Halten von Proben, insbesondere der genannten Proben in Zugprüfmaschinen, besteht aus zwei Probenspannfuttern, daran angeordneten Anschlußsegmenten sowie daran befestigten, die Verbindung zwischen den Anschlußsegmenten und der Prüfmaschine bildenden Anschlußadaptern. Die Probenspannfutter sind als auf die jeweilige Probenart einstellbare Schnellspannfutter (10) mit einer inneren, im Zentrum des Futters (10) angeordneten, die Probe zentrierenden Matrize (20) klemmenden Backen (30) ausgebildet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Probe zum Einsatz in Maschinen zur Prüfung der Belastbarkeit von Verbindungen, bestehend aus zwei aus zu prüfenden Materialien gefertigten topfartigen Probenhälften, welche durch eine zu prüfende, in den Bodenflächen der Probenhälften liegende Verbindungsstelle miteinander verbunden sind und eine Vorrichtung zum Einspannen und Halten dieser Proben in Zugprüfmaschinen, bestehend aus zwei Spannfuttern mit daran angeordneten Anschlußsegmenten sowie daran befestigten die Verbindung zwischen den Anschlußsegmenten der Prüfmaschine bildenden Anschlußadaptern.

Für die Prüfung von punktförmigen Blechverbindungen od. dgl. werden die unterschiedlichsten Probenformen verwendet. Für das am meisten verwendete punktförmige Verbindungselement, dem Widerstandspunktschweißelement, sind in der DIN 50124 und der DIN 50164 zwei Probenformen genormt. Dabei handelt es sich um zwei einfache rechteckige, längserstreckende Blechstücke, welche teilweise überlappen und an einem Punkt mit der zu prüfenden Verbindungsart miteinander verbunden sind. Als sogenannte "Scherzugprobe" werden diese Bleche jeweils einendig übereinandergelegt und dort miteinander verbunden. Sie werden dann in der Zugprüfmaschine senkrecht zu ihrer Verbindungsstelle, d. h. parallel zur Erstreckungsebene der Bleche, wieder auseinandergezogen. Bei der "Kopfzugprobe" werden die Bleche kreuzweise übereinander gelegt, in der Mitte miteinander verbunden und anschließend in der Prüfmaschine parallel zur Verbindungsstelle, d. h. senkrecht zur Erstreckungsebene der Bleche, auseinandergezogen. Daneben ist noch die sogenannte "Schälzugprobe" bekannt, bei der die Enden der Bleche abgekantet und die abgekanteten Enden flächig voreinander gelegt und miteinander verbunden werden. In der Prüfmaschine wird die Probe parallel zu ihrer Längserstreckung senkrecht zu den zusammengefügten, abgekanteten Flächen auseinandergezogen. Zusätzlich werden neben den einfach überlappenden Einelementeproben bauteilähnliche Prüfkörper, wie z. B. die Hutprofil-, die Doppelhutprofil- und die H- Probe eingesetzt, um die realen Beanspruchungsverhältnisse, die an einem Verbindungselement innerhalb einer Blechstruktur od. dgl. auftreten, nachzubilden. Dies ist mit den einfach überlappenden Proben nicht möglich, da sich hiermit nur die ausgewählten Belastungszustände, nämlich Kopf-, Scher- und Schälzug, einzeln prüfen lassen und zum anderen die Steifigkeit der einfach überlappenden Proben nicht der von Bauteilen entspricht.

Es besteht somit das Problem, daß zwar mit den einfachen Proben schnell Ergebnisse ermittelt werden können, daß diese aber nicht für die Auslegung der Verbindungselemente benutzt werden können. Dagegen ist mit den Ergebnissen, die mit den bauteilähnlichen Proben ermittelt werden, zwar eine Verbindungselementauslegung möglich, jedoch ist die Prüfung der Proben aufwendig, teuer und zeitintensiv.

Dies führte zu der Entwicklung einer weiteren Probenart, die eine relativ große Steifigkeit aufweist und bei der eine kombinierte Scherzug-Kopfzugprüfung möglich ist (Gieske u. Hahn in "Schweißen und Schneiden 46 (1994), Heft 1, S. 9- 12"). Es handelt sich hierbei um eine Probe, welche aus zwei kegelstumpfförmigen, topfartigen Probenhälften besteht, welche mittels der zu prüfenden Verbindungsart an den Bodenflächen der Probenhälften mit den Außenseiten der Bodenfläche zueinanderweisend zentrisch miteinander verbunden sind. Die Probenhälften werden aus Blechen tiefgezogen und nach dem Tiefziehen auf einen einheitlichen Außendurchmesser ausgestanzt. Die Probenhälften werden dann in einer speziellen Vorrichtung, die eine konzentrische Lage der beiden Probenhälften zueinander gewährleistet, miteinander verbunden.

Um die unterschiedlichen Belastungsrichtungen an der Probe zu realisieren, wurde eine entsprechende Prüfvorrichtung geschaffen, in welche sich die Probe definiert einspannen läßt. Diese Prüfvorrichtung besteht aus zwei einfachen Probenspannfuttern für die beiden Probenhälften, welche an viertelkreisförmigen Anschlußsegmenten befestigt sind. Die Anschlußsegmente sind über zwei sich auf einer gemeinsamen Achse gegenüberliegende Anschlußadapter mit einer Prüfmaschine verbunden. Beim Prüfvorgang werden die Anschlußadapter entlang ihrer gemeinsamen Achse von der Prüfmaschine auseinander- oder zusammenbewegt. Die Verbindung zwischen Anschlußsegmenten und Anschlußadaptern geschieht mittels herkömmlicher Maschinenschrauben. Die Anschlußsegmente weisen jeweils in Winkelinkrementen von 15° entsprechende Bohrungen für eine Verbindung mit den Anschlußadaptern auf, so daß hierüber die für die Prüfung der Probe gewünschte Belastungsrichtung eingestellt werden kann. Das Probenspannfutter selbst besteht aus einem dreigeteilten Ring mit kegelförmigen Innenflächen zur Aufnahme der Probe und einem einteiligen äußeren Ring. Der innere Ring wird mit dem äußeren Ring verschraubt. Dabei wird der innere Ring gegen die Kegelmantelfläche der Probenhälfte gedrückt. Zum Einspannen der Probe muß der innere Ring zerlegt werden, da sonst der Ring nicht über die Probe geschoben werden kann. Die Einspannung der Probe in die Futter wird üblicherweise mit demontierten Probenspannfuttern durchgeführt. Die Spannfutter mit den eingespannten Proben werden dann mit den Anschlußsegmenten verschraubt.

Die hier beschriebenen Proben und die Probenspannvorrichtung weisen jedoch noch verschiedene Nachteile auf. So ist diese Probenform auf leicht verformbare, insbesondere tiefziehbare Werkstoffe beschränkt. Eine Prüfung der Verbindungen von höherfesten Werkstoffen ist somit nicht möglich. Des weiteren sind die Einrichtungen zur Herstellung dieser tiefziehbaren Proben recht aufwendig und teuer und daher in den meisten Prüflaboratorien nicht jederzeit verfügbar. Weiterhin ist es mit den dargestellten Proben zwar möglich, eine kombinierte Kopfzug-/Scherzugprüfung durchzuführen; um eine Schälzugprüfung durchzuführen, müssen jedoch wie bisher andere Probenformen eingesetzt werden.

Der Nachteil der Probenspanneinrichtung besteht darin, daß diese Spanneinrichtung komplett zum Einspannen der Proben auseinandergeschraubt werden muß. Dies ist zum einen sehr zeitaufwendig und damit insbesondere bei statischen Prüfungen, bei denen die Prüfung selber nur einige Sekunden dauert, äußerst ineffektiv. Zum anderen kann es beim Einspannen der Proben schon zu unerwünschten Verspannungen der Proben kommen. Diese gehen dann als nicht definierte Versuchsparameter in die Prüfung ein.

In dem DE-GM 69 29 272 wird eine Einspannvorrichtung für ein auf Zug beanspruchtes Rohr offenbart, bei welcher das zu haltende Rohr zwischen einem passig in das Rohr eingeschobenen Bolzen und einer auf das Rohr aufgeschobenen konischen Spannhülse festgeklemmt wird. Das Zusammenpressen der Spannhülse erfolgt über eine eine die Spannhülse aufnehmende, innen konisch gearbeitete Mutter. Eine ähnliche Einspannvorrichtung ist auch aus "A. M. Nikol&min;skoi et al.: Clamping Devices for Molding Plastic Tubes in Mechanical Tests to Failure, In: Ind. Laboratory, Übersetzung aus Zavodskaya Laboratoriya, Vol. 35, Nr. 7, S. 874-875 (1969)" bekannt. Derartige Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß sie auf die Malterung von Rohren mit geraden, glatten Enden beschränkt sind.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Probe der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Proben mit einfachen Mitteln auch aus höherfesten Materialien hergestellt werden können, welche sich nicht zum Tiefziehen eignen, daß die Proben weiterhin die Möglichkeit einer kombinierten Kopfzug- Scherzug- und Schälzugprüfung bieten und eine Probenspannvorrichtung der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit welcher die bekannten und neuartigen Proben innerhalb einer kurzen Probenwechselzeit unter definierten Bedingungen in der gewünschten Position in die Prüfmaschine eingespannt werden können.

Der erste Teil der Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Probenhälften eine Pyramidenstrumpfform aufweisen, deren kleinere Pyramidenstumpffläche die Bodenfläche für die Prüfverbindung bildet, und die Seitenflächen der pyramidenstumpfförmigen Probenhälfte jeweils bis zur Bodenfläche durch entlang der Kanten zwischen den Seitenflächen bis nahe der Bodenfläche verlaufende Schlitze getrennt sind.

Zur Herstellung solcher Proben muß das Material lediglich ausgestanzt und abgekantet werden. Dies ist mit einfachen Werkzeugen auch bei höherfesten Materialien möglich. Es ist hierbei sinnvoll, die Schlitzgründe abzurunden, um beim Prüfen mit diesen Proben ein undefiniertes Einreißen der Proben an den Schlitzgründen aufgrund der auftretenden Belastungen zu vermeiden.

Der zweite Teil der Aufgabe wird dadurch erfüllt, daß die Bodenfläche mindestens einer Probenhälfte der bekannten oder der neuartigen Probe nach außen gewölbt ist, wobei zwischen den Bodenflächen der miteinander verbundenen Probenhälften ein vom äußeren Rand der Bodenfläche zur Verbindungsstelle der Probenhälfte hin keilförmig sich verengender Spalt vorhanden ist. Durch diesen Spalt ist ein Verkippen der beiden Probenhälften um die Verbindungsstelle zueinander möglich. Beim Verkippen treten an der Verbindungsstelle dann die Schälzugkräfte auf. Diese Lösung bietet sich im übrigen auch bei der Verwendung der kegelstumpfförmigen tiefgezogenen Proben an. Die entsprechenden Merkmale sind in den Ansprüchen 5 bzw. 6 enthalten. Die übrigen Unteransprüche enthalten verschiedene Ausführungsformen der Probe.

Die Vorrichtungsaufgabe wird dadurch gelöst, daß die Probenspannfutter als auf die jeweilige Probenart einstellbare Schnellspannfutter mit einer inneren im Zentrum des Schnellspannfutters angeordneten, die Probe zentrierenden Matrize und äußeren die Probenwandungen gegen die Matrize klemmenden Backen ausgebildet sind, und die Backen auf einem ringförmig um die Matrize angeordneten, als Backenschlitten ausgebildeten Futtergrundkörper radial verschieblich angeordnet sind und mittels einer den Futtergrundkörper und die Backen umschließenden Spannringeinheit gegen die Matrize drückbar sind.

Durch das automatische Zentrieren der Probe und die einfache Klemmung mittels Backen ist mit dieser Vorrichtung eine definierte Einspannung der Probe bei äußerst kurzen Versuchszeiten möglich.

Die Vorrichtungs-Unteransprüche 10 bis 23 enthalten verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung.

Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine pyramidenstumpfförmige Probenhälfte,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer pyramidenstumpfförmigen Probenhälfte,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Zuschnitt zur Herstellung einer pyramidenstumpfförmigen Probenhälfte,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine zusammengefügte Probe mit zwei kegelstumpfförmigen Probenhälften mit nach außen gewölbten Bodenflächen,

Fig. 5 eine Seitenansicht der gesamten Spannvorrichtung mit eingespannter Probe in Kopfzugrichtung (die strichpunktierte Darstellung zeigt die relative Lage von Anschlußadaptern und Anschlußsegmenten mit Futtern und Probe in der Scherzugeinspannung) wobei die Schnellspannfutter jeweils halbseitig als Schnitte durch unterschiedliche Schnittebenen dargestellt sind,

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung der beiden Schnellspannfutter mit eingespannter Probe als Schnittzeichnung durch halbseitig jeweils unterschiedliche Schnittebenen,

Fig. 7 einen Schnitt durch zwei sich gegenüberliegende Backen zur Einspannung einer pyramidenstumpfförmigen Probe,

Fig. 8 eine Draufsicht auf einen Backensatz zum Einspannen einer pyramidenstumpfförmigen Probe,

Fig. 9 eine Draufsicht auf den Futtergrundkörper,

Fig. 10 einen Schnitt durch den Futtergrundkörper entlang der in Fig. 9 bezeichneten Schnittebene A-A,

Fig. 11 eine Draufsicht auf eine Matrize zur Aufnahme von pyramidenstumpfförmigen Proben,

Fig. 12 eine Draufsicht auf den Spannring zum Spannen der Proben,

Fig. 13 einen Schnitt durch eine auf eine Basisplatte montierte Matrize zur Aufnahme von pyramidenstumpfförmigen Proben mit darin enthaltener Positioniereinrichtung zum Positionieren der Probe,

Fig. 14 eine Skizze einer ins Innere der Matrize verbringbaren Meßvorrichtung zur Messung der Verformung der Probe beim Prüfvorgang mit einem Querschnitt durch eine pyramidenstumpfförmige Probe, welche mittels Durchsetzfügen zusammengefügt ist,

Fig. 15 eine Schnittzeichnung durch die Schnellspannplatten entlang der Mittelpunkte der beiden Führungsbolzen und des Spannbolzens,

Fig. 16 eine Schnittzeichnung durch einen Anschlußadapter mit montiertem Anschlußsegment.

Die Probe (P) besteht aus zwei aus den zu prüfenden Materialien gefertigten, topfartigen, pyramidenstumpfförmigen Probenhälften (1), deren kleinere Pyramidenstumpffläche die Bodenfläche (2) bildet. Im Zentrum der Bodenflächen (2) sind jeweils zwei Probenhälften (1) mittels der zu prüfenden Verbindungsart, z. B. Schweißen, Nieten, Durchsetzfügen, od. dgl., mit den Außenseiten der Bodenflächen (2) voreinanderliegend miteinander verbunden.

Die Kanten zwischen den Seitenflächen (3) der pyramidenstumpfförmigen Probenhälften (1) sind jeweils bis zur Bodenfläche (2) durch Schlitze (4) getrennt, deren Schlitzgründe abgerundet sind.

Bei der hier dargestellten Ausführungsform bestehen die Probenhälften (1) aus einem quadratischen flächigen Zuschnitt (5) aus Blech od. dgl. mit symmetrisch auf den Diagonalen liegenden, parabelförmig ausgesparten Schlitzen (6). Die Seitenwände (3) der Probenhälfte (1) werden von den an der Bodenfläche (2) abgewinkelten, zwischen den Schlitzen (6) verbleibenden Wandungen (7) des flächigen Materialzuschnitts (5) gebildet.

In einer Ausführungsform der Probe (P), welche für eine Schälzugprüfung geeignet ist, ist mindestens eine der Topfbodenflächen (2) der beiden Probenhälften (1) nach außen gewölbt. Zwischen den Bodenflächen (2) der miteinander verbundenen Probenhälften (1) entsteht ein Spalt (8). Diese Ausführungsform eines gewölbten Bodens ist auch bei der Herstellung von kegelstumpfförmigen tiefgezogenen Proben (PK) möglich.

Um die Verbindungen von verschiedenen Materialien miteinander zu prüfen, ist es weiterhin möglich, Probenhälften (1) aus unterschiedlichen Materialien und auch mit unterschiedlichen Formen, z. B. Kegelstumpfform (1K) und Pyramidenstumpfform (1), zu einer Probe (P) zusammenzusetzen.

Die dargestellte Vorrichtung zum Einspannen und Halten von Proben (P) in Zugprüfmaschinen besteht aus zwei Probenspannfuttern (10) mit daran angeordneten Anschlußsegmenten (90, 90&min;) sowie daran befestigten, die Verbindung zwischen den Anschlußsegmenten (90, 90&min;) und der Prüfmaschine bildenden Anschlußadaptern (96, 96&min;).

Die Spannbackenfutter (10) bestehen jeweils aus einer Basisplatte (40), welche am jeweiligen Anschlußsegment (90, 90&min;) befestigt ist, einer zentrisch auf der Basisplatte (40) befestigten Matrize (20), einem ringförmig um die Matrize (20) angeordneten, als Backenschlitten ausgebildeten Futtergrundkörper (50) sowie darauf montierten Backen (30) und einer den Futtergrundkörper (50) und die Backen (30) umschließenden Spannringeinheit (60). Die zur Außenseite des Futters (10) weisenden Flächen (31) der Backen (30) laufen konisch in Richtung der Kopfseite (11) des Futters (10) auseinander. Die Spannringeinheit (60) besteht aus einem vorderen, nahe der Futterkopfseite befindlichen Spannring (61), welcher mit seiner entsprechend konisch ausgebildeten Innenfläche (62) form- und kraftschlüssig an den Backenaußenflächen (31) anliegt, und aus einem hinteren, nahe der Basisplatte (40) befindlichen, über ein Gewinde mit dem Futtergrundkörper (50) verbundenen Spannmutter (66). Spannring (61) und Spannmutter (66) sind über ein Wälzlager (68) miteinander kraftschlüssig verbunden. Die Spannmutter (66) ist an ihrer Außenseite an verschiedenen Stellen mit Bohrungen zum Eingreifen eines Spannhebels versehen. Durch eine Schraubbewegung der Spannmutter (66) in Richtung der Kopfseite (11) des Futters (10) wird der Spannring (61) in Richtung Futterkopfseite (11) gedrückt. Dabei werden die Backen (30) aufgrund der Konizität der Backenaußenflächen (31) und der Spannringinnenfläche (62) in ihre Spannstellung nach innen in Richtung Matrizenmantel gedrückt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind in der Innenwandung (62) des Spannrings (60) Aussparungen angeordnet, die als Taschen (63) für die Backen (30) in der Probenwechselposition dienen. Zum Wechseln der Proben (P) muß bei dieser Ausführungsform die Spannmutter (66) nicht um mehrere Umdrehungen verschraubt werden. Die Spannmutter (66) muß hier lediglich mit dem Bruchteil einer Umdrehung gelöst werden, so daß der Spannring um ca. 45° gedreht werden kann und die Backen (30) locker in die Taschen (63) des Spannrings (61) zurückgeschoben werden können. Die Trennung von Spannring (61) und Spannmutter (66) über ein Wälzlager (68) hat außerdem den Vorteil, daß beim Spannen keine Drehmomente auf die Probenwände (3) ausgeübt werden und die Probe (P) belastungsfrei eingespannt wird.

Backen (30) und Matrize (20) sind durch die Verwendung von Distanzscheiben an der Verbindungsstelle zwischen Futtergrundkörper (50) und Basisplatte (40) sowie Matrize (20) und Basisplatte (40) zueinander höhenverstellbar, um eine sichere verspannungsfreie Aufnahme von Proben mit verschiedenen Materialdicken zu gewährleisten.

Zur Aufnahme einer kegelstumpfförmigen Probe (PK) weist eine Ausführungsform der Matrize (20K) außen eine Kegelstumpfform auf. Die zugehörigen Backen (30K) bestehen aus entsprechend geformten formschlüssig gegen die Matrize (20K) schiebbaren Ringsegmenten.

Zur Aufnahme von pyramidenstumpfförmigen Proben (P) weist die Mantelfläche der Matrize (20) eine Pyramidenstumpfform auf. Die Backen (30) sind entsprechend parallel zur Zentrierachse des Futters an der Innenfläche (31) prismatisch ausgeschnitten und sind formschlüssig über die Pyramidenkanten (21) der Matrize (20) schiebbar. Außer der hier dargestellten Viereckpyramidenform sind prinzipiell auch Pyramidenformen mit anderen Grundflächen möglich.

Zum Einspannen wird die Probe (P) bei geöffneten, d. h. voneinander entfernten Backen (30) und bei in der Prüfmaschine auseinandergefahrenen Spannfuttern (10) über die Matrize (20) des einen Futters (10) gestülpt. Anschließend wird durch langsames Zusammenfahren der Futter (10) die Matrize (20) des zweiten Futters (10) in die andere Probenhälfte (1) verbracht. Dabei zentriert sich die Probe (P) automatisch selbst. Der entsprechende Sitz der Probe (P) wird üblicherweise durch die von der Prüfmaschine registrierte Gegenkraft, welche beim Zusammenfahren der Futter (10) von den Probenwandungen (3) auf die Matrize ausgeübt wird, kontrolliert. Um zu verhindern, daß beim Einspannen der pyramidenstumpfförmigen Probe (P) die Seitenwandungen (3), welche durch die Schlitze (4) voneinander getrennt sind, auseinander gedrückt werden, weisen die pyramidenstumpfförmige Rechteckmatrizen (20) zur exakten Positionierung der Proben (P) jeweils eine Positionierhilfe (70) in Form einer Anlagefläche (71) für die Probenbodenfläche (2) auf. Für die Versuchsdurchführung in der Spannposition der Futter (10) müssen sich von außen die Anlageflächen (71) von den Probenbodenflächen (2) entfernen lassen. Dies geschieht jeweils über eine an einem von außen bedienbaren Schieber (73) angebrachte schräge Steuerfläche (74), auf welcher ein mit der Anlagefläche (71) verbundener Stößel (75) unter Andruck durch eine Feder (72) abgestützt wird.

Für eine Durchführung von Schälzugprüfungen sind vorteilhafterweise die Kopfflächen (32) zweier benachbarter Backen (30) der Spannfutter (20) von einer senkrecht durch die Längsachse des Futters (20) verlaufende Mittelachse ausgehend nach außen hin abgeschrägt. Außerdem ist entsprechend die Kopffläche des Spannrings (61) innerhalb eines Kreissegments (64) von der Mittelachse (33) weg nach außen hin im gleichen Winkel abgeschrägt. Dadurch entsteht zwischen den Kopfflächen (11) der in der Prüfposition aneinanderliegenden Spannfutter (10) halbseitig ein verbreiterter Spalt (12).

Zur Kontrolle der Verformung der Probe (P) und/oder der Verbindungsstelle (2A) sind vorteilhafterweise im Inneren der Matrizen (20) an verschiedenen Stellen, vorzugsweise in jeder Probenhälfte (1) mindestens an zwei gegenüberliegenden Seiten direkt neben der Verbindungsstelle (2A), Meßvorrichtungen (80) angeordnet. Eine solche direkte Anordnung der Meßvorrichtungen an der Probe (P) hat den Vorteil, daß im Gegensatz zu den bisher üblichen Meßvorrichtungen zur Bestimmung des Abstandes zwischen den Spannfuttern, eine definierte Messung der Probenverformung möglich ist und Einflüsse des Spannfutters und der Halterungen nicht berücksichtigt werden. In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei den Meßvorrichtungen (80) um direkt an der Probe nahe der Verbindungsstelle (2A) anliegende Meßköpfe (85). Diese Meßköpfe (85) sind über jeweils eine senkrecht zur Probentopfbodenfläche (2) angeordnete Biegefeder (82) mit einem Meßhalterstück (84) verbunden. Das Meßhalterstück (84) ist wiederum über zwei parallele, senkrecht zur der den Meßkopf (85) haltenden Feder (82) angeordnete Biegefedern (81) mit einer Haltestange (83) verbunden. Die Biegefedern bestehen in einer einfachen Ausführung aus jeweils einem Federblechstreifen. Die Bewegung des Meßkopfs (85) und damit die Verformung des Probenbodens (2) wird mittels Dehnungsstreifen (86) aus der Krümmung der jeweiligen Biegefeder (81, 82) ermittelt, wobei die Feder (82) zwischen Meßkopf (85) und Meßhalterstück (84) die zum Topfboden (2) parallele Verformung der Probe (P) registriert und die anderen Federn (81) die senkrecht zum Boden auftretende Verformung registrieren. Hiermit ist eine zweidimensionale Verformungsmessung der Probe (P) bzw. der Verbindungsstelle während des Versuches möglich. Prinzipiell sind aber auch andere, z. B. optisch, elektronisch oder opto-elektronisch arbeitende Meßvorrichtungen denkbar.

Die Meßvorrichtungen (80) sind an eine Steuerung und einen Computer mit Ausgabe- und Speichermöglichkeiten angeschlossen, und die von den Meßvorrichtungen (80) ermittelten Daten können on-line zur Steuerung des Antriebs der Prüfmaschine verwendet werden. Weiterhin ist auch eine Kombination mit außerhalb der Spannfutter (10) befindlichen, herkömmlichen Meßvorrichtungen zur Überwachung des Abstands zwischen den Spannfuttern (10) und der Verformung der Probe (P) oder der Verbindungsstelle (2A) möglich.

In einer vorteilhaften Ausführung der Spannfutterhalterung sind die Anschlußsegmente (90, 90&min;) und die Anschlußadapter (96, 96&min;) mittels Schnellspannbolzen (97) miteinander verbunden. Hierzu weisen die Anschlußadapter (96, 96&min;) einen Spalt (98) auf, in welchen die plattenförmigen Anschlußsegmente (90, 90&min;) formschlüssig eingreifen. Anschlußsegmente (90, 90&min;) und Anschlußadapter (96, 96&min;) weisen entsprechende in der gewünschten Arretierstellung koaxial liegende Bohrungen auf, in welche die Schnellspannbolzen (97) gesteckt werden. Die Schnellspannbolzen (97) werden auf einer Seite des Anschlußsegments (90, 90&min;) jeweils durch einen entsprechend geschlitzten, in an einem Ende der Schnellspannbolzen (97) angeordnete Nuten (97N) eingreifenden Schieber (97S) gehalten, welcher in eine entsprechende Aussparung des Anschlußadapters (96, 96&min;) mit angeformten Nuten (99) formschlüssig einschiebbar ist. Auf der anderen Seite des Anschlußsegments (90, 90&min;) werden die Schnellspannbolzen (97) durch Muttern (97M) festgeklemmt.

Zum Wechseln der Probe (P) ist es vorteilhaft, wenn die Spannfutter (10) übereinander angeordnet sind, so daß die Probe (P) einfach auf die Matrize (20) des unteren Futters (10) gelegt und dann von oben das zweite Futter (10) hineingefahren werden kann. Hierzu sind die Anschlußadapter (96, 96&min;) auf einer gemeinsamen Achse, der Zugachse, senkrecht übereinander angeordnet.

Um die definiert eingespannte Probe (P) in die für die gewünschte Belastungsrichtung erforderliche Lage bezüglich der Zugachse zu verbringen, ohne dabei irgendwelche nicht definierten Kräfte auf die Probe (P) auszuüben, werden vor dem Verdrehen der Probe (P) von der senkrechten Kopfzuglage in die gewünschte Zuglage die Anschlußsegmente (90, 90&min;) durch Schnellspannplatten (91) miteinander verbunden, wobei die Anschlußsegmente (90, 90&min;) und Schnellspannplatten (91) gemeinsam einen stabilen Ring bilden.

Diese Schnellspannplatten (91) bestehen aus zwei übereinander angeordneten, einen Spalt (92S) zwischen sich bildenden Ringsegment-Platten (92). An einer der Platten (92) sind senkrecht zur Plattenebene zwei Führungsbolzen (95) angeordnet, welche in entsprechende Löcher der anderen Platte eingreifen. In der Mitte der Platten (92) ist senkrecht zur Plattenebene ein durchgehender Spannbolzen (94) angeordnet, welcher auf der einen Außenseite der Platten (92) von Muttern gehalten wird und auf der anderen Außenseite der Platten (92) mit einem Exzenterhebel (93) zum Zusammendrücken der Platten (92) versehen ist. Die Platten (92) werden mittels einer zwischen den Platten (92) um den Spannbolzen (94) angeordneten Feder (94F) auseinander gedrückt.

Die Verbindung der Anschlußsegmente (90, 90&min;) erfolgt dann durch Einbringen der jeweiligen gegenüberliegenden Enden der Anschlußsegmente (90, 90&min;) in den von den Schnellspannplatten (91) gebildeten Spalt (92S) und dem anschließenden Zusammenklemmen der Platten (92) über den Exzenterhebel (93). Zur einfacheren Positionierung der Schnellspannplatten (91) zwischen den Anschlußsegmenten (90, 90&min;) sind an einem der Anschlußsegmente (90) an beiden Enden jeweils Einbuchtungen (90N) angeordnet, in welche einer der beiden Führungsbolzen (95) im geöffneten Zustand der Schnellspannplatten (91) eingebracht wird. Der jeweils zweite Führungsbolzen (95) wird dann gegen das gegenüberliegende Ende des anderen Anschlußsegments (90&min;) gelegt.

Zur einfacheren Drehung des von den Anschlußsegmenten (90, 90&min;) und den Schnellspannplatten (91) gebildeten Rings mit der eingespannten Probe (P) ist am unteren der beiden Anschlußadapter (96) in einem Abstand seitlich vom Anschlußadapter (96) auf beiden Seiten je eine Rolle (100) angeordnet. Auf diesen beiden Rollen (100) ist das untere der beiden Anschlußsegmente (96) gelagert.

Das folgende Beispiel beschreibt einen kompletten Einspannvorgang einschließlich dem Verdrehen der Probe in die sogenannte Scherzugposition:

  • 1. Einlegen einer Probenhälfte (1) auf die Matrize (20) des geöffneten unteren Spannfutters (10).
  • 2. Langsames Hineinfahren der zweiten Matrize (20) in die obere Probenhälfte (1) mittels der Zugprüfmaschine.
  • 3. Die Backen (30) beider Futter (10) aus den Taschen (63) locker gegen die Außenwandungen (3) der Probe (P) schieben.
  • 4. Spannring (61) um 45° verdrehen.
  • 5. Mittels Verdrehen der Spannmutter (66) jeweils den Spannring (61) gegen die Backen (30) drücken und damit die Probe (P) zwischen Backen (30) und Matrize (20) einspannen.
  • 6. Verbinden der beiden Anschlußsegmente (90, 90&min;) mittels der Schnellspannplatten (91).
  • 7. Lösen und Entfernen der Schnellspannbolzen (97) zwischen Anschlußsegmenten (90, 90&min;) und Anschlußadaptern (96, 96&min;).
  • 8. Verdrehen des gesamten von Anschlußsegmenten (90, 90&min;) und Schnellspannplatten (91) gebildeten Rings um 90°.
  • 9. Verbinden der Anschlußsegmente (90, 90&min;) mit den Anschlußadaptern (96, 96&min;).
  • 10. Entfernen der Schnellspannplatten (91).


Anspruch[de]
  1. 1. Probe zum Einsatz in Maschinen zur Prüfung der Belastbarkeit von Verbindungen, bestehend aus zu prüfenden Materialien gefertigten topfartigen Probenhälften, welche, mit den Außenseiten der Bodenflächen zueinanderweisend, durch eine zu prüfende, in den Bodenflächen der Probenhälften liegende Verbindungsstelle miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenhälften (1) eine Pyramidenstumpfform aufweisen, deren kleinere Pyramidenstumpffläche die Bodenfläche (2) für die Prüfverbindung (2A) bildet, und die Seitenflächen (3) der pyramidenstumpfförmigen Probenhälfte (1) jeweils bis zur Bodenfläche (2) durch entlang der Kanten zwischen den Seitenflächen (3) bis nahe der Bodenfläche (2) verlaufende Schlitze (4) getrennt sind.
  2. 2. Probe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nahe der Bodenfläche (2) liegenden Schlitzgründe der die Seitenflächen (3) voneinander trennenden Schlitze (4) abgerundet sind.
  3. 3. Probe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Probenhälfte (1) aus einem quadratischen flächigen Zuschnitt (5) mit symmetrisch auf den Diagonalen liegenden, parabelförmig ausgesparten Schlitzen (6) besteht, wobei die Seitenflächen (3) der Probenhälfte (1) von den von der Bodenfläche (2) abgewinkelten, zwischen den Schlitzen (6) verbleibenden Wandungen (7) des flächigen Materialzuschnitts (5) gebildet werden.
  4. 4. Probe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenhälften (1) aus zu einer Pyramidenstumpfform gebogenen flächigen Blechzuschnitten (5) bestehen.
  5. 5. Probe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenfläche (2) mindestens einer pyramidenstumpfförmigen Probenhälfte (1) nach außen gewölbt ist, wobei zwischen den Bodenflächen (2) der miteinander verbundenen Probenhälften (1) ein vom äußeren Rand der Bodenflächen (2) zur Verbindungsstelle der Probenhälften (1) hin keilförmig sich verengender Spalt (8) vorhanden ist.
  6. 6. Probe zum Einsatz in Maschinen zur Prüfung der Belastbarkeit von Verbindungen, bestehend aus zwei aus zu prüfenden Materialien gefertigten topfartigen Probenhälften, welche mit den Außenseiten der Bodenflächen zueinanderweisend durch eine zu prüfende, an den Bodenflächen der Probenhälften liegende verbindungsstelle miteinander verbunden sind, wobei die Probenhälften eine Kegelstumpfform aufweisen, deren kleinere Kegelstumpffläche die Bodenfläche bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenfläche (2) mindestens einer Probenhälfte (1K) nach außen gewölbt ist, wobei zwischen den beiden Bodenflächen (2) der miteinander verbundenen Probenhälften (1K) ein vom äußeren Rand der Bodenflächen (2) zur Verbindungsstelle der Probenhälften (1K) hin keilförmig sich verengender Spalt (8) vorhanden ist.
  7. 7. Probe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenhälften (1, 1K) aus tiefgezogenem Blech bestehen.
  8. 8. Probe zum Einsatz in Maschinen zur Prüfung der Belastbarkeit von Verbindungen, bestehend aus zwei aus zu prüfenden Materialien gefertigten topfartigen Probenhälften, welche mit den Außenseiten der Bodenfläche zueinanderweisend durch eine zu prüfende, in den Bodenflächen der Probenhälften liegende Verbindungsstelle miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Probenhälfte (1K) eine Kegelstumpfform und die andere Probenhälfte (1) eine Pyramidenstumpfform aufweist und die Bodenfläche (2) mindestens einer Probenhälfte (1, 1K) nach außen gewölbt ist.
  9. 9. Vorrichtung zum Einspannen und Malten von Proben, insbesondere von Proben nach den Ansprüchen 1 bis 8 in Zugprüfmaschinen, bestehend aus zwei Probenspannfutter, daran angeordneten Anschlußsegmenten sowie daran befestigten, die Verbindung zwischen den Anschlußsegmenten und der Prüfmaschine bildenden Anschlußadaptern, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenspannfutter als auf die jeweilige Probenart einstellbare Schnellspannfutter (10) mit einer inneren im Zentrum des Schnellspannfutters (10) angeordneten, die Probe (P) zentrierenden Matrize (20) und äußeren die Probenwandungen (3) gegen die Matrize (20) klemmenden Backen (30) ausgebildet sind, und die Backen (30) auf einem ringförmig um die Matrize (20) angeordneten, als Backenschlitten ausgebildeten Futtergrundkörper (50) radial verschieblich angeordnet sind und mittels einer den Futtergrundkörper (50) und die Backen (30) umschließenden Spannringeinheit (60) gegen die Matrize (20) drückbar sind.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnellspannfutter (10) jeweils aus einer Basisplatte (40), der zentrisch darauf befestigten Matrize (20), dem ringförmig um die Matrize (20) auf der Basisplatte (40) befestigten Futtergrundkörper (50), den darauf montierten Backen (30) und der den Futtergrundkörper (50) und die Backen (30) umschließenden Spannringeinheit (60) bestehen, und die zur Außenseite des Schnellspannfutters (10) weisenden Flächen (31) der Backen (30) konisch in Richtung der Kopfseite (11) des Schnellspannfutters (10) auseinanderlaufen, und die Spannringeinheit (60) mit ihrer entsprechend konisch ausgebildeten Innenfläche (62) form- und kraftschlüssig an den Backenaußenflächen (31) anliegt und mittels der Bewegung der Spannringeinheit (60) in Richtung Futterkopfseite (11) die Backen (30) in ihre Spannstellung nach innen in Richtung Matrizenmantel gedrückt werden.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannringeinheiten (60) jeweils aus einem vorderen, nahe der Futterkopfseite (11) befindlichen, mit einer konischen Innenfläche (62) versehenen, die Backen (30) nach innen drückenden Spannring (61) und einer hinteren, nahe der Basisplatte (40) befindlichen, über ein Gewinde mit dem Futtergrundkörper (50) verbundenen Spannmutter (66) bestehen, und Spannring (61) und Spannmutter (66) über ein Wälzlager (63) oder Gleitlager miteinander kraftschlüssig verbunden sind.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Innenwandung (62) der Spannringeinheit (60) im Bereich der Backen (30) Aussparungen angeordnet sind, die als Taschen (63) für die Backen (30) in der Probenwechselposition dienen.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (20K) außen eine Kegelstumpfform aufweist und die Backen (30) aus entsprechend geformten formschlüssig gegen die Matrize (20K) schiebbaren Ringsegmenten zur Aufnahme einer kegelstumpfförmigen Probe (PK) bestehen.
  14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (20) außen eine Pyramidenstumpfform aufweist und die Backen (30) parallel zur Zentrierachse des Schnellspannfutters (10) entsprechend geformte prismatisch ausgeformte Innenflächen (31) aufweisen und zur Aufnahme von pyramidenstumpfförmigen Proben (P) formschlüssig gegen die Pyramidenkanten (21) der Rechteckmatrize (20) verschiebbar sind.
  15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (20) zur exakten Positionierung der Probe (P) eine Positionierhilfe (70) in Form einer Anlagefläche (71) für die Probenbodenfläche (2) beim Spannvorgang aufweist, welche für die Versuchsdurchführung in der Spannposition des Schnellspannfutters (10) von außen über eine in der Matrize (20) und der Basisplatte (40) befindliche Verstellmimik bedienbar von der Probe (P) entfernbar ist, wobei die Verstellmimik aus einem auf einer Steuerfläche (74) eines Schiebers (73) abgestützten und mit Federkraft (72) gegen die Steuerfläche (74) gehaltenen Stößel (75) besteht.
  16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprache 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfflächen (32) mindestens zweier benachbarter Backen (30) mindestens eines Spannfutters (10) von einer senkrecht durch die Längsachse des Schnellspannfutters (10) verlaufenden Mittelachse (33) ausgehend nach außen hin abgeschrägt sind und die Kopffläche des Spannrings (61) dieses Schnellspannfutters (10) innerhalb eines Kreissegments (64) von der Mittelachse (33) weg nach außen hin abgeschrägt ist, wobei in der Prüfstellung mit eng voreinanderliegenden Spannfuttern (10) zwischen den Kopfflächen (11) der sich gegenüberliegenden Spannfutter (10) halbseitig ein Spalt (12) vorhanden ist.
  17. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren mindestens einer der Matrizen (20) mindestens eine Meßvorrichtung (80) zum Überwachen der Verformung der Probe (P), insbesondere des Probenbodens (2) und/oder der Verbindungsstelle (2A) angeordnet ist.
  18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (80) aus mindestens einem an der Probe (P) anliegenden, über mindestens zwei zueinander senkrecht stehende Biegefedern (81, 82) mit Malterungselementen (83, 84) verbundenen Meßkopf (85) besteht, und die Bewegung des Meßkopfs (85) und Verformung der Probe (P) mittels mechanisch und/oder elektrisch arbeitender Meßgeber (86) aus der Krümmung der Biegefedern (81, 82) ermittelt wird.
  19. 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Spannfutter (10) mindestens eine Meßvorrichtung zum Überwachen des Abstandes zwischen den Spannfuttern (10) und/oder der Verformung der Probe (P) und/oder der Verbindungsstelle (2A) angeordnet ist.
  20. 20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Meßvorrichtung an eine Steuerung und einen Computer mit Ausgabe- und Speichermöglichkeiten angeschlossen ist und die von der Meßvorrichtung ermittelten Daten on-line zur Steuerung des Antriebs der Prüfmaschine verwendet werden.
  21. 21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußsegmente (90, 90&min;) und die Anschlußadapter (96, 96&min;) mittels Schnellspannbolzen (97) miteinander verbindbar sind.
  22. 22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußsegmente (90, 90&min;) in der Prüfstellung mit eng voreinanderliegenden Spannfuttern (10) mittels Schnellspannplatten (91) miteinander verbindbar sind, wobei die Anschlußsegmente (90, 90&min;) und die Schnellspannplatten (91) gemeinsam einen stabilen Ring bilden.
  23. 23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußadapter (96, 96&min;) senkrecht auf einer gemeinsamen Achse übereinander angeordnet sind und am unteren der beiden Anschlußadapter (96), in einem Abstand seitlich vom Anschlußadapter (96) mindestens zwei Rollen (100) angeordnet sind, auf welchen das untere der beiden zwischen den Anschlußadaptern (96, 96&min;) befindliche, mittels der Schnellspannplatten (91) und der eingespannten Proben (P) miteinander verbundenen Anschlußsegmente (90) drehbar um die Mittelachse des von Anschlußsegmenten (90, 90&min;) und Schnellspanplatten (91) gebildeten Rings lagert und in der verdrehten Stellung arretierbar ist.






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