DE602005004789T2

DE602005004789T2 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der zugfestigkeit eines an einem träger angebrachten elements

Info

Publication number: DE602005004789T2
Application number: DE602005004789T
Authority: DE
Inventors: Jean-Jacques Rincent
Original assignee: RINCENT BTP SERVICES
Current assignee: RINCENT BTP SERVICES
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2025-07-06
Also published as: ES2302230T3; EP1763667B1; DE602005004789D1; FR2872906A1; EP1763667A1; WO2006013280A1; PT1763667E; FR2872906B1; ATE386260T1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Zugfestigkeitskraft eines Elements, das an einem Träger angebracht ist, wobei die Zugfestigkeitskraft die Mindestzugkraft ist, die, auf das Element ausgeübt, ein Trennen dieses Letzteren von dem Träger verursacht.
Das Element kann durch jedes beliebige angemessene Mittel, insbesondere durch Kleben, am Träger angebracht sein.
Die insbesondere durch Kleben angebrachten Elemente sind im Allgemeinen zur Verkleidung der Außen- oder Innenwand, zur Isolierung, Reparatur usw. bestimmt. Diese angebrachten Elemente sind insbesondere Fliesen, Kacheln, Verglasungen oder allgemein jede beliebige Art von Element, das insbesondere durch Kleben an einem Träger angebracht werden kann.
Das Bestimmen der Kräfte in den versiegelten Elementen durch das Durchführen von Zerstörungsversuchen, insbesondere von Versuchen des Setzens unter direkten Zug, ist bekannt.
Dennoch sind diese Versuche des Setzens unter direkten Zug derart, daß in allen Fällen das Element, das Gegenstand des Tests ist, zerstört wird, da es darum geht, einen Riß zu erhalten. Unter diesen Bedingungen ist es schwierig, die Anzahl an Versuchen zu vervielfachen und ihr Ergebnis ist daher nicht für eine Klasse von Elementen repräsentativ.
Das Dokument US-A-3 425 263 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Zugfestigkeitskraft (ultimate tensile strength) eines Elements, wobei ein Element einem Aufprall eines Eindringkörpers ausgesetzt wird, eine Rückprallkurve des Eindringkörpers gebildet wird, wobei ein Punkt der Kurve eine Größe bereitstellt, die mit der Zugfestigkeitskraft (F) des Elementes verbunden ist.
Das Dokument US-A-3 003 351 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Zugfestigkeitskraft eines Elements, wobei ein Element einem Ultraschallimpuls ausgesetzt wird und die Zugfestigkeitskraft eines Elements ab der Vibrationsreaktion bestimmt wird, indem ein Kurve verwendet wird, die die Zugfestigkeitskraft in Abhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen darstellt.
Das Dokument US-A-5 024 091 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der mechanischen Eigenschaften eines Elements, wobei das Element einem Aufprall ausgesetzt wird, um eine Vibration des Elements zu erzeugen, wobei die mechanischen Eigenschaften ab der Vibrationsreaktion bestimmt werden, indem die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Impulse oder die Dämpfung der Zugwellen verwendet werden.
Das Dokument US-A-4 542 639 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Testen eines Elements, das an einem Träger angebracht ist, um die Bereiche, an denen die Anbringung beschädigt ist, zu evaluieren, wobei das Element einem Aufprall ausgesetzt wird, um eine Vibration des Elementes unter Zug zu erzeugen, das Spektrum der Vibrationsreaktion bestimmt wird und diese Reaktion mit einem Referenzspektrum verglichen wird.
Das Dokument US-A-4 993 876 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Adhäsionskraft eines Elements, das an einem Träger angebracht ist, wobei das Element mit einer entsprechenden Kraft an der unteren annehmbaren Grenze der Adhäsionskraft unter Zug gesetzt wird, um zu überprüfen, ob die Adhäsion korrekt ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht im Bereitstellen eines Verfahrens und einer Vorrichtung, die das Bestimmen der Zugfestigkeitskraft eines Elementes, das insbesondere durch Kleben an einem Träger angebracht ist, ausgehend von zerstörungsfreien Versuchen ermöglichen. Die Vorteile, welche die Bestimmung der Zugfestigkeit ab zerstörungsfreien Versuchen bereitstellt, stellen das wirtschaftliche Interesse dieser Art von Verfahren und die Nichtzerstörung des Elementes, das Gegenstand des Tests ist, dar.
Diese Aufgabe wird durch die Tatsache, daß die folgenden Schritte ausgeführt werden, erreicht:

a) man führt n Zyklen aus, die jeweils die folgenden Schritte aufweisen:
i. man setzt das Element unter Zug, indem man Letzteres einer gegebenen Zugkraft Fsi aussetzt,
ii. man mißt die Verformung Di des Elements, das dieser gegebenen Zugkraft Fsi ausgesetzt wird,
iii. man setzt das Element unter Zug einem Aufprall mit einer bestimmten Kraft Fd aus, um eine Vibration des Elements unter Zug zu erzeugen,
iv. man mißt die Vibrationsreaktion des Elements unter Zug, das zum Schwingen gebracht wird,
v. man bestimmt die dynamische Steifheit Rdi des Elements unter Zug, ausgehend von der Vibrationsreaktion,
b) man bildet eine Kraft-/Verformungskurve für das Element, ausgehend von den Kraft-/Verformungsmomenten (Fsi, Di), wobei der letzte Punkt der Kurve dem Moment (Fsn, Dn), für das die im Laufe der oben erwähnten Zyklen angelegte Zugkraft Fsn am größten ist, entspricht,
c) man bestimmt die statischen Steifheiten Rsi des Elements für die anderen Zugkräfte Fsi als die Kraft Fsn, ausgehend von einer Beziehung zwischen dem Verlauf der Kraft-/Verformungskurve und der statischen Steifheit des Elements unter Zug,
d) man definiert für das Element ein Gesetz der Entsprechung zwischen der statischen Steifheit Rsi und der dynamischen Steifheit Rdi ausgehend von den dynamischen Steifheiten Rdi und den statischen Steifheiten Rsi, die für jede der Kräfte Fsi bestimmt wurden,
e) man bestimmt die statische Steifheit Rsn für die Kraft Fsn, indem man dieses Gesetz der Entsprechung an die dynamische Steifheit Rdn, die für diese Kraft Fsn bestimmt wurde, anwendet,
f) ausgehend von der statischen Steifheit Rsn und der Anwendung der Beziehung zwischen dem Verlauf der Kraft-/Verformungskurve und der statischen Steifheit des Elements unter Zug, extrapoliert man die Kraft-/Verformungskurve über den letzten Punkt (Fsn, Dn) hinaus und bestimmt eine Asymptote der extrapolierten Kurve und
g) man definiert die Zugfestigkeitskraft des Elements als den Wert der Kraft, der dieser Asymptote entspricht.

Die vorher erwähnten Zyklen unterscheiden sich voneinander darin, daß die Zugkraft Fsi sich von einem Zyklus zum anderen unterscheidet. Ausgehend von einem Ausgangswert wird die Amplitude der Zugkraft um Stufen inkrementiert, um von einem Zyklus zum nächsten zu gehen. Mit anderen Worten wird nach einem durchgeführten Zyklus für eine gegebene Zugkraft diese Kraft inkrementiert, um zum nächsten Zyklus überzugehen.
Somit ermöglicht das Verfahren mithilfe von statischen Zugversuchen, die schrittweise durchgeführt werden und nicht zum Reißen führen, und durch Versetzen in Schwingung des getesteten versiegelten Elements das Bestimmen durch Extrapolation der Grenzzugkraft, das heißt der Zugfestigkeit, ab welcher sich das angebrachte Element von seinem Träger trennt.
Um die Zugfestigkeitskraft schätzen zu können, wird vorzugsweise vor den Schritten a) bis g) ab Zugversuchen, die zum Reißen der analogen Elemente führen, eine geschätzte Zugfestigkeitskraft bestimmt, um den Bereich der gegebenen Zugkräfte, die an das Element angelegt werden sollen, sowie das dem Riß entsprechende Maximum zu wählen. Es versteht sich, daß diese zerstörenden Versuche auf einer begrenzten Anzahl an getesteten Elementen durchgeführt werden.
Vorteilhafterweise liegt die Zahl n Zyklen des Schrittes a) zwischen drei und fünf und ist vorzugsweise gleich vier.
Die Unterschritte i. bis v. dieses Schrittes a) werden für jeden Zyklus bei einer gegebenen Zugkraft Fsi durchgeführt, die für jeden Zyklus anders ist, vorzugsweise zunehmend. Die größte Zugkraft, die im Laufe der oben erwähnten Zyklen angelegt wird, ist vorzugsweise höchstens im wesentlichen gleich 70% der geschätzten Zugfestigkeitskraft für die Art des getesteten Elements.
Nach dem Aufbauen der Kraft-/Verformungskurve für das Element, ausgehend von den Kraft-/Verformungsmomenten (Fsi, Di) des Schrittes b), kann die statische Steifheit Rsi des getesteten Elements unter Zug bestimmt werden. Tatsächlich wird die statische Steifheit Rsi durch die Tangente an einem Punkt der Kraft-/Verformungskurve umgesetzt. Im vorliegenden Fall besteht die Beziehung zwischen dem Verlauf der Kraft-/Verformungskurve und der statischen Steifheit Rsi des Elements unter Zug, die für den Schritt c) verwendet wird, darin, anzunehmen, daß die statische Steifheit Rsi für einen Punkt (Fsi, Di) der Kurve der Neigung der Tangente zu dieser Kurve in diesem Punkt entspricht.
Des weiteren wird die dynamische Steifheit Rdi des Elements unter Zug, ausgehend von der Vibrationsreaktion des getesteten und in Schwingung versetzten Elements bestimmt, indem eine Kurve ausgebildet wird, die dem Verhältnis der Ausbreitungsgeschwindigkeit zur angelegten Kraft in Abhängigkeit der Frequenz entspricht, wobei somit die dynamische Steifheit Rdi des getesteten Elements bestimmt wird, indem auf dieser Kurve die Umkehrung der ursprünglichen Neigung, multipliziert mit 2π, gemessen wird.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zum Bestimmen der Zugfestigkeitskraft eines Elementes, das an einem Träger insbesondere durch Kleben angebracht ist das aufweist:

– Mittel, um das Element unter Zug zu setzen, indem Letzteres einer gegebenen Zugkraft Fsi ausgesetzt wird,
– Mittel zum Messen der Verformung Di des Elements, das dieser gegebenen Zugkraft Fsi ausgesetzt wird,
– Mittel, um das Element unter Zug einem Aufprall mit bestimmter Kraft Fd auszusetzen, um eine Vibration des Elements unter Zug zu erzeugen,
– Mittel zum Messen der Vibrationsreaktion des Elements unter Zug, das in Schwingung versetzt wurde,
– Mittel zum Bestimmen der dynamischen Steifheit Rdi des Elements unter Zug ausgehend von der Vibrationsreaktion,
– Mittel zum Aufbauen einer Kraft-/Verformungskurve für das Element ausgehend von den Kraft-/Verformungsmomenten (Fsi, Di), wobei der letzte Punkt der Kurve dem Moment (Fsn, Dn) entspricht, bei dem die Zugkraft Fsn, die im Laufe der oben genannten Zyklen angelegt wird, am größten ist,
– einen Speicher, der eine Beziehung zwischen dem Verlauf der Kraft-/Verformungskurve und der statischen Steifheit des Elements unter Zug enthält,
– Mittel zum Bestimmen der statischen Steifheiten Rsi des Elements für die anderen Zugkräfte Fsi als die Kraft Fsn, ausgehend von der Beziehung zwischen dem Verlauf der Kraft-/Verformungskurve und der statischen Steifheit des Elements unter Zug,
– Mittel zum Definieren und Aufzeichnen für das Element eines Gesetzes der Entsprechung zwischen der statischen Steifheit Rsi und der dynamischen Steifheit Rdi ausgehend von den dynamischen Steifheiten Rdi und statischen Steifheiten Rsi, die für jede der Kräfte Fsi bestimmt werden,
– Mittel zum Anwenden dieses Gesetzes der Entsprechung an die dynamische Steifheit Rdn, die für diese Kraft Fsn bestimmt wird und dadurch Bestimmen der statischen Steifheit Rsn für die Kraft Fsn,
– Mittel zum Extrapolieren der Kraft-/Verformungskurve über den letzten Punkt (Fsn, Dn) hinaus, ausgehend von der statischen Steifheit Rsn und der Beziehung zwischen dem Verlauf der Kraft-/Verformungskurve und der statischen Steifheit des Elements unter Zug, und Mittel zum Bestimmen einer Asymptote der extrapolierten Kurve, und
– Mittel zum Messen des Zugfestigkeitskraftwerts des Elements, der dem Kraftwert bei dieser Asymptote entspricht.

Vorteilhafterweise weisen die Mittel, um das Element unter Zug einem Aufprall mit gegebener Kraft auszusetzen, um eine Vibration des Elements unter Zug zu erzeugen, einen Aufprallhammer auf, der mit einem Kraftsensor versehen ist und dazu bestimmt ist, das getestete Element, vorzugsweise auf seiner Achse, zu schlagen, um es in Schwingung zu versetzen.
Vorteilhafterweise weisen die Mittel zum Messen der Vibrationsreaktion des Elements unter Zug, das in Schwingung versetzt wurde, einen Geschwindigkeitssensor der Art Geophon oder Geschwindigkeitsmesser, oder einen Beschleunigungsmesser auf. Die Mittel zum Bestimmen der dynamischen Steifheit des Elements unter Zug, ausgehend von der Vibrationsreaktion, weisen vorteilhafterweise Mittel zur mathematischen Verarbeitung auf, die zur Verarbeitung der Vibrationsreaktion des getesteten Elements bestimmt sind. Insbesondere können die Mittel zur mathematischen Verarbeitung Fourier-Transformationen aufweisen, die das Verarbeiten der Vibrationsreaktion ermöglichen, um eine Kurve zu erhalten, welche die Geschwindigkeit auf die Aufprallkraft in Abhängigkeit der Frequenz darstellt.
Die Erfindung wird bei der Lektüre der nachfolgenden genauen Beschreibung der Ausführungsform der Erfindung, die beispielhaft und nicht einschränkend dargestellt wird, besser verstanden und ihre Vorteile werden deutlicher erscheinen.
Die Beschreibung bezieht sich auf die anliegenden Zeichnungen, wobei:
1 schematisch ein durch Kleben angebrachtes Element darstellt,
2 schematisch ein mithilfe von Verschraubmitteln an einen Träger angebrachtes Element darstellt,
3 schematisch das Verfahren nach der Erfindung darstellt,
4 schematisch die Vibrationsreaktion des getesteten Elements, das in Schwingung versetzt wurde, darstellt, und
5 schematisch die Kraft-/Verformungskurve darstellt, die bis zur Zugfestigkeit extrapoliert wurde.
1 stellt ein Element 10 dar, das an einem Träger 12, im vorliegenden Fall durch Kleben, mithilfe beliebiger bekannter Klebemittel wie beispielsweise Punktverklebungen 11, angebracht ist. Das angebrachte Element 10 ist zum Beispiel eine Kartonplatte, die zur Verbesserung der Ästhetik einer Wand 12 bestimmt ist.
2 stellt schematisch ein Element 10' dar, das mithilfe von bekannten Anbringungsmitteln der Art Verschraubung 13 an einem Träger 12' angebracht wird.
Die Vorrichtung nach der Erfindung weist Mittel 14 auf, um das Element unter Zug in eine Zugkraft Fsi, deren Wert bestimmt werden kann, zu setzen.
Die Vorrichtung weist des weiteren Mittel 18 auf, um das Element unter Zug einem Aufprall mit bestimmter Kraft Fd auszusetzen, um eine Vibration des Elements unter Zug zu erzeugen. Der Aufprall dieser Kraft Fd wird zum Beispiel bestimmt, indem sie während des Aufpralls gemessen wird.
Die Mittel 18, um das Element einem Aufprall mit Kraft Fd auszusetzen, weisen einen Aufprallhammer 20 auf, der mit einem Kraftsensor (nicht dargestellt) versehen ist, wie in 3 dargestellt, der das Messen der Aufprallkraft Fd, die auf das Element angelegt wird, ermöglicht.
Die Vorrichtung weist des weiteren Mittel zum Messen der Vibrationsreaktion des Elements 10, das in Schwingung versetzt wurde, auf, die einen Geschwindigkeitssensor 22 der Art Geophon oder Geschwindigkeitsmesser, oder einen Beschleunigungsmesser aufweisen, sowie Mittel 16 zum Bestimmen der Verformung Di des Elements, das dieser gegebenen Zugkraft Fsi ausgesetzt wurde.
Die Vorrichtung weist außerdem Mittel zur Erfassung und Verarbeitung 24 auf, die mit den (Sensor-)Mitteln 16 zur Bestimmung der Verformung Di und mit dem Geschwindigkeitssensor 22 verbunden sind. Die Mittel zur Erfassung und Verarbeitung 24 ermöglichen somit einerseits das Verfolgen der Kraft-/Verformungskurve im Hinblick auf die Bestimmung der statischen Steifheit Rsi und andererseits das Ausführen von Fourier-Transformationen T der Vibrationsreaktion 26 des getesteten Elements 10, um Letztere im Hinblick auf die Bestimmung der dynamischen Steifheit Rdi analysieren zu können.
Die Vibrationsreaktion 26 entspricht tatsächlich einer Kurve 26A, die das Aufprallkraftsignal Fd in Newton (N) in Abhängigkeit der Zeit t in Sekunden (s) darstellt, und einer Kurve 26B, die das Signal der Ausbreitungsgeschwindigkeit V der Vibrationswelle im Element in Meter/Sekunde (m/s) in Abhängigkeit der Zeit t in Sekunden (s) darstellt.
Die Versuche, die das Bestimmen der Zugfestigkeitskraft des getesteten Elements 10 ermöglichen, sind eine Kombination von statischen Versuchen und dynamischen Versuchen. Tatsächlich bestehen diese Versuche aus dem Setzen des getesteten Elements unter Zug, dann aus dem Versetzen dieses getesteten zwangsmäßig unter Zug gesetzten Elements in Schwingung. Die Vibrationsreaktion des so unter Zug und in Schwingung gesetzten Elements wird somit für jeden Versuch bestimmt.
Es versteht sich also, daß das getestete Element im Laufe jedes Zyklus gleichzeitig einem statischen Versuch (Zugversuch) und einem dynamischen Versuch (In-Schwingung-Versetzen) ausgesetzt wird, wobei bekannt ist, daß die angelegte Zugkraft sich von einem Zyklus zum nächsten unterscheidet.
Somit wird durch das Variieren der Zugkraft Fsi, der das getestete Element von einem Zyklus zum anderen ausgesetzt wird, eine andere Vibrationsreaktion zum getesteten Element erhalten. Somit kann eine Datenbank angelegt werden, die Informationen bezüglich der Zugkraft Fsi, der das getestete Element ausgesetzt wird, der Verformung Di des getesteten Elements nach dieser Zugkraft und der dynamischen Steifheit Rdi des Elements, das unter Zug und in Schwingung gesetzt wird, aufweisen.
Vor dem Ausführen der Versuche der Erfindung muß zunächst der Bereich der statischen Kräfte Fsi bestimmt werden, die im Laufe der unterschiedlichen Zyklen auf die zu testenden Elemente 10 ohne ihr Reißen hervorzurufen angelegt werden können. Dazu wird vorab die geschätzte Zugfestigkeitskraft bestimmt. Dies kann ab Zugversuchen durchgeführt werden, die zum Reißen auf einer begrenzten Anzahl an Elementen, die zu den getesteten Elementen analog sind, führen. Diese geschätzte Zugfestigkeitskraft kann ebenfalls aus den Herstellerangaben oder vom Leger des angebrachten Elements hervorgehen oder kann von der allgemeinen Kenntnis dieser Art von Elementen, die zum Beispiel aus einer Datenbank gebildet sind, stammen.
Sobald die geschätzte Zugfestigkeitskraft bekannt ist, wird die Anzahl an durchzuführenden Zyklen bestimmt. Im allgemeinen wird eine Anzahl n Zyklen zwischen drei und fünf, vorzugsweise gleich vier, gewählt.
Außerdem wird zur Umgehung jeglicher Gefahr eines Reißens während der Versuche nach der Erfindung das Anlegen von Zugkräften Fsi in einem Bereich zwischen 0% und 70% der geschätzten Zugfestigkeitskraft gewählt, wobei die größte Zugkraft Fsn, die im Laufe des Zyklen angelegt wird, vorzugsweise kleiner oder gleich 70% der geschätzten Zugfestigkeitskraft ist.
Nun wird die Art und Weise, auf die jeder der Zyklen während des Schrittes a) durchgeführt wird, dargelegt:
Nachdem das Element 10 unter Zug gesetzt worden ist, indem es einer bekannten Zugkraft Fsi ausgesetzt wurde, wird die Verformung Di des Elementes 10, das dieser Zugkraft Fsi ausgesetzt wurde, mithilfe von Mitteln zum Messen der Verformung 16 gemessen. Während das Element 10 unter dieser Einschränkung unter Zug gehalten wird, wird es einem Kraftaufprall Fd mithilfe des Aufprallhammers 20 ausgesetzt, um eine Vibration des getesteten Elements 10 zu erzeugen.
Nachdem dieser dynamische Versuch durchgeführt wurde, während das Element 10 noch Zug (statischer Versuch) ausgesetzt wird, wird die Vibrationsreaktion 26 des Elements 10, das in Schwingung versetzt wird, mithilfe eines Geschwindigkeitssensors 22 und Mittel zur Erfassung und Verarbeitung 24 aufgezeichnet.
Die Vibrationsreaktion 26 entspricht tatsächlich einer Kurve 26A, die das Aufprallkraftsignal Fd in Newton (N) in Abhängigkeit der Zeit t in Sekunden (s) darstellt, und einer Kurve 26B, die das Signal der Ausbreitungsgeschwindigkeit V der Vibration im Element in Meter/Sekunde (m/s) in Abhängigkeit der Zeit t in Sekunden (s) darstellt.
Diese beiden Reaktionskurven 26A und 26B werden anschließend mithilfe einer bekannten mathematischen Verarbeitung, die in die Mittel zur Erfassung und Verarbeitung 24 eingebaut sind, verarbeitet, welche insbesondere eine Verarbeitung durch eine Fourier-Transformation T aufweisen. Die Mittel zur Erfassung und Verarbeitung 24 ermöglichen somit das Verfolgen einer verarbeiteten Kurve 28, die den Quotienten der Ausbreitungsgeschwindigkeit V zur angelegten Aufprallkraft Fd, V/Fd (in m/sN) in Abhängigkeit der Frequenz f in Hertz (Hz), wie in 3 dargestellt, darstellt.
Die dynamische Steifheit Rdi des Elements 10 kann somit ab der verarbeiteten Kurve 28 evaluiert werden, indem die Umkehrung der ursprünglichen Neigung (multipliziert mit 2π) bestimmt wird. Die Vorrichtung weist zu diesem Zweck Mittel 30 zum Bestimmen dieser dynamischen Steifheit Rdi ab der verarbeiteten Kurve 28 auf. Somit ist der Verlauf der Kurve 28 neben dem Ursprung in der Nähe eines geradlinigen Segments, das sich zwischen dem Ursprung und einem Koordinatenpunkt erstreckt, der für Abszisse und Ordinate (βdi, αdi) aufweist.
In diesem Fall gilt
wie in 4 dargestellt.
Nach der Durchführung der vier Zyklen, jeder für eine andere Aufprallkraft Fd, werden die Schritte b) bis g) folgendermaßen ausgeführt.
Schritte b) und c)
Es wird des weiteren im Laufe jedes der Zyklen ab Kraft-/Verformungsmomenten (Fsi, Di), die im Laufe jedes der vier Zyklen 1, 2, 3 und n = 4 gemessen wurden, eine Kraft-/Verformungskurve, wie in 5 dargestellt, gebildet. Die Werte der angelegten Zugkräfte Fsi, die für diese vier Zyklen zurückgehalten wurden, entsprechen zum Beispiel jeweils 10%, 25%, 50% bzw. 70% der geschätzten Zugfestigkeitskraft.
Es wird die statische Steifheit Rsi ausgehend von dieser Kraft-/Verformungskurve bestimmt, indem die Tangente an den Koordinatenpunkten (Fsi, Di) für jeden der vier Zyklen bestimmt wird. Die Vorrichtung weist zu diesem Zweck einen Speicher M auf, der eine Beziehung zwischen dem Verlauf der Kraft-/Verformungskurve und der statischen Steifheit Rsi des Elements 10 unter Zug enthält, und Mittel 32 zum Bestimmen dieser statischen Steifheit Rsi ab der derart gezogenen Kraft-/Verformungskurve.
Tatsächlich entspricht die statische Steifheit Rsi unter einer gegebenen Kraft Fsi dem Verhältnis
und wird in Newton/Meter (N/m) ausgedrückt. Wobei αsi und βsi für die Tangente Ti am betreffenden Punkt gemessen werden.
Somit werden durch das Durchführen der vier oben erwähnten Zyklen vier Kraft-/Verformungsmomente (Fsi, Di) erhalten, die Punkt um Punkt (Punkte 1 bis 4) auf dem Graph von 5 übertragen werden können.
Des weiteren können auf demselben Graph von 5 die Werte der statischen Steifheiten Rsi, die für die Punkte 1 bis 3 berechnet wurden (wobei der vierte Zyklus das Evaluieren der statischen Steifheit an Punkt 4 nicht erlaubt), auf dieselbe Weise wie für die Punkte 1 bis 3 übertragen werden.
Infolgedessen kann die Kraft-/Verformungskurve zwischen dem Ursprung und dem Punkt 4, der dem Moment (Fsn, Dn) entspricht, gezogen werden.
Schritt d)
Laborversuche ermöglichten außerdem das Bestimmen, daß für eine gegebene Kraft Fsi die statische Steifheit Rsi proportional zur dynamischen Steifheit Rdi ist, die auf einem Element, das in Schwingung versetzt wurde und dieser Kraft Fsi ausgesetzt wurde, erhalten wird.
Tatsächlich ist
wobei k eine Konstante ist.
Deswegen kann ausgehend von diesem Gesetz L der Entsprechung zwischen der statischen Steifheit Rsi und der dynamischen Steifheit Rdi, die für die Punkte 1, 2 und 3 bestimmt wurde, indem die Beziehung zwischen den dynamischen Steifheiten und den jeweiligen statischen Steifheiten für jeden der Punkte hergestellt wurde, die Konstante k bestimmt werden; infolgedessen ist das Gesetz L vollständig definiert. Die Vorrichtung weist zu diesem Zweck Mittel 34 zum Definieren und Aufzeichnen dieses Gesetzes L auf.
Schritt e)
Daher ist es zweckmäßig, dieses Gesetz L der Entsprechung lediglich auf die dynamische Steifheit Rdn anzuwenden, die im Laufe des vierten Zyklus bestimmt wird, um die statische Steifheit Rsn an Punkt 4 zu bestimmen. Dazu weist die Vorrichtung Mittel 36 zum Anwenden dieses Gesetzes L der Entsprechung auf die dynamische Steifheit Rdn, die für diese Kraft Fsn bestimmt wurde, und somit zum Bestimmen der statischen Steifheit Rsn für die Kraft Fsn auf.
Schritte f) und q)
Somit kann die statische Steifheit Rsn des Punktes 4 übertragen werden, der, wie bereits erwähnt, der Neigung der Tangente an der Kraft-/Verformungskurve entspricht, und die Kraft-/Verformungskurve über Letztere hinaus und den vierten Punkt (Fsn, Dn) extrapoliert werden. Tatsächlich kann festgestellt werden, daß je stärker die angelegte Zugkraft, desto größer auch die Neigung der Tangente der Kraft-/Verformungskurve, sodaß die Kurve zu einer Asymptote neigt.
Somit kann in Kenntnis der Koordinaten (Fsn, Dn) des Punktes 4 und der Tangente Tn zur Kurve dieses Punktes präziser die Kraft-/Verformungskurve extrapoliert werden, indem diese zu einer Asymptote geneigt wird.
Durch das Bestimmen der Asymptote A der derart extrapolierten Kurve (mit punktierter Linie auf dem Graph in 5 dargestellt) mithilfe von in der Vorrichtung verfügbaren Extrapolationsmitteln, kann somit die Zugfestigkeitskraft F des Elements 10 evaluiert werden, die dem Wert der Kraft zu dieser Asymptote A entspricht. Die Vorrichtung weist Mittel 40 auf, die das Definieren dieser Asymptote A ermöglichen, und Mittel 42, die das Bestimmen der Zugfestigkeitskraft F des Elements 10 ermöglichen, indem der Wert der Kraft, der dieser Asymptote A entspricht, gemessen wird.
Tatsächlich genügt es, sobald die Koordinaten des Punktes 4 und der Tangente Tn (das heißt Rsn) in diesem Punkt bekannt sind, die Kurve zu extrapolieren, indem sie ab Punkt 4 verlängert wird, und die Asymptote A dieser Kurve zu bestimmen, um die Zugfestigkeitskraft F zu erhalten.

Claims

Verfahren zum Bestimmen der Zugfestigkeitskraft (F) eines Elements (10; 10'), das an einem Träger (12; 12') angebracht ist, wobei die Zugfestigkeitskraft (F) die Mindestzugkraft ist, die, auf das Element (10; 10') ausgeübt, ein Trennen dieses Letzteren (10; 10') von dem Träger (12; 12') verursacht, wobei die folgenden Schritte ausgeführt werden: a) man führt n Zyklen aus, die jeweils die folgenden Schritte aufweisen: i. man setzt das Element (10; 10') unter Zug, indem man Letzteres (10; 10') einer gegebenen Zugkraft Fsi aussetzt, ii. man mißt die Verformung Di des Elements (10; 10'), das dieser gegebenen Zugkraft Fsi ausgesetzt wird, iii. man setzt das Element (10; 10') unter Zug einem Aufprall mit einer bestimmten Kraft Fd aus, um eine Vibration des Elements (10; 10') unter Zug zu erzeugen, iv. man mißt die Vibrationsreaktion (26, 26A, 26B, 28) des Elements (10; 10') unter Zug, das zum Schwingen gebracht wird, v. man bestimmt die dynamische Steifheit Rdi des Elements (10; 10') unter Zug ausgehend von der Vibrationsreaktion, b) man bildet eine Kraft-/Verformungskurve für das Element (10; 10') ausgehend von den Kraft-/Verformungsmomenten (Fsi, Di), wobei der letzte Punkt (4) der Kurve dem Moment (Fsn, Dn), für das die im Laufe der oben erwähnten Zyklen (1, 2, 3, 4) angelegte Zugkraft Fsn am größten ist, entspricht, c) man bestimmt die statischen Steifheiten Rsi des Elements (10; 10') für die anderen Zugkräfte Fsi als die Kraft Fsn, ausgehend von einer Beziehung zwischen dem Verlauf der Kraft-/Verformungskurve und der statischen Steifheit Rsi des Elements (10; 10') unter Zug, d) man definiert für das Element (10; 10') ein Gesetz (L) der Entsprechung zwischen der statischen Steifheit Rsi und der dynamischen Steifheit Rdi ausgehend von den dynamischen Steifheiten Rdi und den statischen Steifheiten Rsi, die für jede der Kräfte Fsi bestimmt wurden, e) man bestimmt die statische Steifheit Rs für die Kraft Fsn, indem man dieses Gesetz (L) der Entsprechung an die dynamische Steifheit Rdn, die für diese Kraft Fsn bestimmt wurde, anwendet, f) ausgehend von der statischen Steifheit Rsn und der Anwendung der Beziehung zwischen dem Verlauf der Kraft-/Verformungskurve und der statischen Steifheit des Elements (10; 10') unter Zug, extrapoliert man die Kraft-/Verformungskurve über den letzten Punkt (Fsn, Dn) hinaus und bestimmt eine Asymptote (A) der extrapolierten Kurve und g) man definiert die Zugfestigkeitskraft (F) des Elements (10; 10') als den Wert der Kraft, der dieser Asymptote (A) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung zwischen dem Verlauf der Kraft-/Verformungskurve und der statischen Steifheit Rsi des Elements (10; 10') unter Zug, die für den Schritt c) verwendet wird, darin besteht, anzunehmen, daß die statische Steifheit Rsi für einen Punkt (Fsi, Di) der Kurve die Neigung der Tangente zu dieser Kurve in diesem Punkt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesetz der Entsprechung zwischen den dynamischen Steifheiten Rdi und den statischen Steifheiten Rsi, das im Schritt d) definiert wird, ein Proportionalitätsgesetz ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß n zwischen drei und fünf liegt und vorzugsweise gleich vier ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man vorab eine geschätzte Zugfestigkeitskraft bestimmt, um die gegebenen Zugkräfte Fsi, die an das Element (10; 10') anzulegen sind, auszuwählen.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die größte Zugkraft Fsn, die im Laufe der oben genannten Zyklen angelegt wird, kleiner oder gleich 70% der geschätzten Zugfestigkeitskraft ist.
Vorrichtung zum Bestimmen der Zugfestigkeitskraft eines Elements (10; 10'), das an einem Träger (12; 12') befestigt ist, wobei die Zugfestigkeitskraft die Mindestzugkraft ist, die, auf das Element (10; 10') ausgeübt, ein Trennen dieses Letzteren von dem Träger verursacht, folgendes aufweisend: – Mittel (14), um das Element (10; 10') unter Zug zu setzen, indem Letzteres einer gegebenen Zugkraft Fsi ausgesetzt wird, – Mittel (16) zum Messen der Verformung Di des Elements (10; 10'), das dieser gegebenen Zugkraft Fsi ausgesetzt wird, – Mittel (18, 20), um das Element (10; 10') unter Zug einem Aufprall mit bestimmter Kraft Fd auszusetzen, um eine Vibration des Elements (10; 10') unter Zug zu erzeugen, – Mittel (22) zum Messen der Vibrationsreaktion des Elements (10; 10') unter Zug, das in Schwingung versetzt wurde, – Mittel (30) zum Bestimmen der dynamischen Steifheit Rdi des Elements (10; 10') unter Zug ausgehend von der Vibrationsreaktion (26, 26A, 26B, 28), – Mittel (24) zum Aufbauen einer Kraft-/Verformungskurve für das Element (10; 10') ausgehend von den Kraft-/Verformungsmomenten (Fsi, Di), wobei der letzte Punkt der Kurve dem Moment (Fsn, Dn) entspricht, bei dem die Zugkraft Fsn, die im Laufe der oben genannten Zyklen angelegt wird, am größten ist, – einen Speicher (M), der eine Beziehung zwischen dem Verlauf der Kraft-/Verformungskurve und der statischen Steifheit Rsi des Elements (10; 10') unter Zug enthält, – Mittel (32) zum Bestimmen der statischen Steifheiten Rsi des Elements (10; 10') für die anderen Zugkräfte Fsi als die Kraft Fsn, ausgehend von der Beziehung zwischen dem Verlauf der Kraft-/Verformungskurve und der statischen Steifheit des Elements (10; 10') unter Zug, – Mittel (34) zum Definieren und Aufzeichnen für das Element (10; 10') eines Gesetzes (L) der Entsprechung zwischen der statischen Steifheit Rsi und der dynamischen Steifheit Rdi ausgehend von den dynamischen Steifheiten Rdi und statischen Steifheiten Rsi, die für jede der Kräfte Fsi bestimmt werden, – Mittel (36) zum Anwenden dieses Gesetzes (L) der Entsprechung an die dynamische Steifheit Rdn, die für diese Kraft Fsn bestimmt wird und dadurch Bestimmen der statischen Steifheit Rsn für die Kraft Fsn, – Mittel (38) zum Extrapolieren der Kraft-/Verformungskurve über den letzten Punkt (Fsn, Dn) hinaus, ausgehend von der statischen Steifheit Rsn und der Beziehung zwischen dem Verlauf der Kraft-/Verformungskurve und der statischen Steifheit des Elements (10; 10') unter Zug, und Mittel (40) zum Bestimmen einer Asymptote (A) der extrapolierten Kurve, und Mittel (42) zum Messen des Zugfestigkeitskraftwerts des Elements (10; 10'), der dem Kraftwert bei dieser Asymptote entspricht.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß sie mathematische Verarbeitungsmittel (T) aufweist, die dazu bestimmt sind, die Vibrationsreaktion (26, 26A, 26B) des Elements (10; 10') zu verarbeiten.