AT511364B1 - Modulare testvorrichtung für materialproben - Google Patents

Abstract

Für Muster von unterschiedlichen Materialproben von gewölbten dünnwandigen Kunststoffplatten oder Blechen, die als Einzelstücke oder als kleine Stückzahlserie anzufertigen sind, kann mit der vorgeschlagenen kostengünstigen Testvorrichtung ein Materialeignungstest oder eine zerstörende Materialprüfung an punktförmigen und kleinflächigen Teststellen realisiert werden.Die Testvorrichtung ist modular strukturiert, wobei insbesondere biegesteife Doppel-L-Profil-Leisten (3) werkstückabhängig zu Dreieck- und Trapezstrukturen gefügt und mittels Winkelverbinder (4) und Gelenkverbinder (5) miteinander verbunden werden. Auf einem Werkstück-Auflagegestell (1) wird ein Werkzeug-Haltegestell (2) für ein hydraulisches linearbewegliches Druckwerkzeug (9) mit Arbeitsstößel (10) befestigt. Das Werkstück (13) wird mittels Werkstück-Klemmspannern (8) während der Testung positioniert und gespannt.Als spezifische Anwendungsbereiche gelten ein handwerkliche Testung von gelieferten Material und Werkstücken als Vergleich.

Description

österreichisches Patentamt AT 511 364 B1 2013-04-15

Beschreibung

MODULARE TESTVORRICHTUNG FÜR MATERIALPROBEN

[0001] Die Erfindung geht von der im Oberbegriff des Anspruches 1 definierten Modularen Testvorrichtung für Materialproben aus, wobei punktförmig oder kleinflächig, an im voraus bestimmten Teststellen Testungen von Einzelstücken oder von als kleine Stückzahlserie angefertigten Materialproben von gewölbten dünnwandigen Kunststoffplatten oder Blechen realisiert werde können.

[0002] Die Prüfung oder Testung mechanischer Eigenschaften mit Durchbiegungen, Lochungen und Zerreissprüfungen mittels entsprechender hand- oder hydraulisch betätigter Prüfgeräte sind bekannter Stand der Technik. Druckfestigkeits-Prüfgeräte werden von Spezialunternehmen hergestellt und sind auf Fachmärkten und Fachmessen handelsüblich. Diese insbesondere in Materiallaboren und in Herstellerbetrieben von dünnwandigen Kunststoffplatten, Tafeln aus Magnesium und Carbon bestehend, sowie von Blechen eingesetzten Prüfgeräte gewährleisten bei Material- und Werkstoff-Neuentwicklungen sowie bei der industriellen und handwerklichen Fertigung die Bereitstellung von Kunststofftafeln und von Blechen in hoher, Qualitätsnormen entsprechender, Qualität. Dazu sind Druckprüfungen sowie Tests mit Musterteilen und Demonstratoren erforderlich.

[0003] Nachteilig ist, dass die bekannten Druckfestigkeits-Prüfgeräte nur auf jeweils eine Art der Werkstoffprüfungen von konkreten, in einem engen Dimensionierungsbereich befindlichen, Materialproben bestimmten Werkstoffarten, unter Laborbedingungen durchführbar, ausgelegt sind. Anwendungsspezifische Eignungstest für Materialen sind nur im Rahmen der jeweiligen gerätespezifischen Ausbildungen und Art der Werkstoffprüfung auf Einzelfälle beschränkt, durchführbar.

[0004] Beispiele dafür sind die nachstehend benannten Prüfgeräte und Vorrichtungen. In DE 200 10467 U1 wird die Materialfestigkeit von Rechteckleisten mit Durchbiegung getestet und gemessen. Auch in DE 430 7899 C2 wird die Durchbiegung getestet und gemessen. Der Prüfkörper ist hier eine dünne Platte aus einem thermoplastischen Kunststoff. In AT 283779 wird ein spezielles Prüfgerät beschrieben, mit dem nur die Keildruckfestigkeit von kleindimensionierten Prüfplättchen mittels zweier Keile als Stirnseiten-Ausbildungen am Arbeitstößel und am Gegenstück geprüft wird. Die in DE 4104 822 A1 beschriebene Prüfvorrichtung ist für die Durchführung von Biegewechselbeanspruchungen an Leiterplatten ausgebildet. Für die Realisierung von Tiefungsprüfungen in Blechen und Materialbändern in einem Blechprüfgerät wird in DE G 8428 288.6 ein handbestätigtes doppelspindeliges Druckgerät für Kugeleindrücke beschrieben.

[0005] Die übliche Struktur der Druckfestigkeits-Prüfgeräte wird beispielhaft in DE 43 07 899 C2 beschrieben. Sie sind einstückig ausgebildet. Auf einer Grundplatte oder auf der Tischplatte eines Tragegestells sind rahmenartig zwei senkrechte Säulen angeordnet, zwischen den traversenartig ein in der Regel höheneinstellbarer Verbindungsträger das Trageelement für das eigentliche, senkrechtgerichtet agierende, hand- oder hydraulisch bewegte und betätigte Druckwerkzeug mit Arbeitsstößel ist.

[0006] Nachteilig ist, dass bedingt durch den geringen Abstand der zwei Säulen und der senkrechten Anordnung des Druckwerkzeuges die Druckfestigkeit an nur gering dimensionierte Materialproben, senkrecht gerichtet, geprüft oder getestet werden kann. Im Falle von zu prüfenden großdimensionierten Tafeln und Blechen sowie schräg gerichteten Druckfestigkeits-Prüfungen werden Kostenaufwendige Investitionen für zusätzliche Sonder-Prüfeinrichtungen erforderlich.

[0007] Die mit den üblichen Druckfestigkeits-Prüfgeräten festgestellten angezeigten Druckkraftwerte dienen zur Ermittlung der Druckfestigkeit als Vergleich zu zulässigen Normwerten um Aussagen zur Qualität der hergestellten und ausgelieferten Kunststoffplatten und Bleche zu erhalten. Nachteilig ist damit eine einseitige Anwendungsorientierung auf Materiallabore beim Hersteller und Lieferanten und weniger eine Grenzwertbestimmung der Größenordnung von 1 /8 österreichisches Patentamt AT 511 364 B1 2013-04-15

Druckkräften für die Eignung und die Zerstörung der Materialproben als notwendige Anwenderinformation in der industriellen oder handwerklichen Fertigung.

[0008] Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine modulare Testvorrichtung für Materialproben so flexibel auszubilden und auszustatten, dass auch größer dimensionierte und beliebig gewölbte dünnwandige Kunststoffplatten und Bleche als Materialproben unter Werkstattbedingungen nicht nur senkrechtgerichtet mit mehreren Arten von Verfahren die Druckfestigkeit geprüft und die produktbezogene Materialeignung festgestellt werden kann.

[0009] Es ist Aufgabe der Erfindung mit der modularen Testvorrichtung für Materialproben [0010] · die Eignung der Art und der Werkstoffes, die ausreichende Tafel- bzw. Blechdicke sowie die tatsächliche Druckfestigkeit, bezogen auf das zufertigende Produkt [0011] · den richtigen Werkstoff / das richtige Material als Wareneingangsprüfung festzustel len, [0012] · bezogen auf das Werkstück bzw. die Materialprobe eine modular strukturierte, einfache, unaufwendig fügbare das Werkstück bzw. die Materialprobe sicher und genau fixierbare Ausbildung vorzuschlagen, [0013] · mehrere im Werkstattbetrieb notwendige Arten der Druckfestigkeits-Prüfung mit der gleichen evtl, auch veränderten Testvorrichtung durchführen zu können, [0014] · unterschiedlich dimensionierte und profilierte Materialproben prüfen und testen zu können und [0015] · eine Grenzwertbestimmung von Druckkräften zu ermöglichen [0016] Die Lösung des Problems und der Aufgabenstellung ist Gegenstand des Anspruches 1. Die Testvorrichtung besteht aus einem Werkstück - Auflagegestell und einem stirnseitig oder brückenartig über diesem angeordneten Werkzeug -Haltegestell. Beide haben Werkstück abhängig eine Dreieck- und Trapezstruktur von igel- oder sternförmig zu einander angeordneten und gefügten diagonalen sowie senkrechten und waagerechten biegesteifen, mit Bohrungen und Langlöchern gleichen Abstand ausgestatteten Doppel-L-Profil-Leisten unterschiedlicher Länge, die in ihren Endlagen mittels Winkelverbinder und Gelenkverbinder sowie mittels Verschraubungen oder Steckbolzen mit Klemmkugeln mit einander verbunden und befestigt sind.

[0017] An den Doppel-L-Profil-Leisten sind Werkstück- Positionier- und Stützbolzen, Gegenstücke der Arbeitsstößel der Druckwerkzeuge und Werkstück-Klemmspanner angeordnet. Die mit einem Arbeitstößel ausgestatteten hydraulischen linearbeweglich bestätigten Druckwerkzeuge verfügen über eine Druck- und Kraftanzeige und sind mittels eines Handhebels bis in die Anlagestellung am Werkstück beweg- und dort positionierbar. Die Funktionsbewegung des Arbeitstößel, mit dem die Druckfestigtkeit des Werkstückes getestet wird, wird mit Hydraulik-Öldruck in der benötigten Größenordnung realisiert.

[0018] Weitere Ausgestaltung der Erfindung sind gegen den Ansprüche 2 und 3. Sie betreffen [0019] · die Ausbildung des im Druckwerkezug gehaltenen Arbeitsstößel und die Gegenstü cke unter dem Werkstück und [0020] · die einstellbare Anordnung der Gegenstücke [0021] Die Erfindung ist in zwei Ausführungsbeispielen in den Fig. 1 bis 4 vereinfacht dargestellt und in folgenden Teil der Beschreibung näher erläutert. Gezeigt wird in [0022] Fig. 1 eine Vorderansicht einer Testvorrichtung in Ständerbauweise [0023] Fig. 2 eine Vorderansicht einer Testvorrichtung als Tischgerät [0024] Fig. 3 Winkel- und Gelenkverbinder Fig. 4 eine Draufsicht nach Fig. 2 2/8 österreichisches Patentamt AT 511 364 B1 2013-04-15 [0025] Die Fig. 1 vereinfacht dargestellte modulare Testvorrichtung ist auf den Hallenboden in einer Werkhalle 14 aufgestellt und in ihrer Lage gesichert. Sie besteht aus dem Werkstück-Auflagegestell 1 als Unterteil und aus dem Werkzeug-Haltegestell 2, an dem das Druckwerkzeug 9 in einer senkrechten Funktionsrichtung befestigt ist. Getestet werden soll die Druckfestigkeit von dünnwandigen nach oben gewölbten Kunststoffplatten mittels Durchbiegung an einer in der Mitte des Werkstückes 13 gelegenen Werkstück-Teststelle 17. In das Druckwerkzeug 9 ist ein Arbeitsstößel 10 mittels eines Schaftes eingebracht und befestigt, dessen stirnseitige Ausbildung ein abgerundeter Keil ist. Unter dem Werkstück 13 sind zwei zu diesem matrizenartig versetzt angeordnete in ihrem Abstand einstellbare Gegenstücke 7, die ebenfalls als abgerundete Keile ausgebildet sind. Jedes der unterschiedlich bereiten und entlang der Wölbung auf mehreren Werkstück- Positionier- und Stützbolzen 6 aufliegenden Werkstücke 13 ist mit mindestens zwei Werkstück-Klemmspannern 8, an den Werkstückkanten anliegend, gespannt.

[0026] Die in Fig. 2 und Fig. 4 vereinfacht dargestellte modulare Testvorrichtung ist alternativ zu der in Fig. 1 beschriebenen Testvorrichtung auf einen Arbeitstisch 15 aufgelegt und befestigt. An dem Werkzeug-Haltegestell 2 ist das Druckwerkzeug 9 in einer schrägen bzw. diagonalgerichteten Funktionsrichtung befestigt. Getestet wird hier die Druckfestigkeit eines nach oben und nach unten gewölbten dünnwandigen Bleches an einer Werkstück-Teststelle 17 mittel Kugeleindruck-Tiefenprüfung an einem eben verlaufenden Teilstück des Werkstückes 13 geringer Breite. Der mit seinem Schaft in das Druckwerkezug 9 angebrachte Arbeitstößel 10 hat eine stirnseitige Ausbildung in Form einer Halbkugel, Achsgleich zum Arbeitsstößel 10 ist unter dem Werkstück 13 ein passendes Gegenstück 7 in einer kreisförmigen Matrizenform angeordnet. Entsprechend der geringen Breite des Werkstückes 13 sind stirnseitig, an den Werkstückkanten anliegend, beidseitig vier Werkstück-Klemmspanner 8 angeordnet, die das Werkstück 13 durchreichend abstützen und spannen. Die Werkstück Positionier- und Einlegerichtung 16 ist von der Bedienerstellung ausgehend dargestellt. Die Eignung der in den Testvorrichtungen nach Fig. 1 sowie nach Fig. 2 und fig. 4 bezogen auf ihre Druckfestigkeit getesteten Materialproben für bestimme Produkte, stellt der Bediener visuell einerseits am entstehenden Eindruck und Materialriss am Werkstück 13 und andererseits an der Druck- und Kraftanzeige 11 des zunächst mittels eines Handhebels 12 an das Werkstück heranbewegten Arbeitstößel 10 und der nachfolgenden hydraulisch betätigten Druckausübung des Druckwerkezuges 9 fest. Die Ergebnisanalyse dieser Druckfestigkeitsteste ermöglicht über Grenzwertbestimmungen zur Druckfestigkeit der vorliegenden Materialproben die notwendigen eindeutigen Entscheidungen über die jeweilige produktbezogene Materialverwendung in der industriellen oder handwerklichen Fertigung.

[0027] In den fig. 1 sowie in Fig. 2 und 4 wird für beliebige Prüfverfahrens- und werkstückabhängige Ausbildungen und Anwendungen eine modulare Struktur der Testvorrichtungen vorgeschlagen, wobei diagonal, senkrecht und waagerecht angeordnete, mit Bohrungen und Langlöchern gleichen Abstands ausgestattete Doppel-L-Profil-Leisten 3 unterschiedliche Länge, mittels Verschraubungen oder Steckbolzen mit Klemmkugeln verbunden, biegesteife und feste Dreieck- und Trapezstrukturen bilden.

[0028] In Fig. 3 ist ergänzend dazu dargestellt, dass insbesondere an der Eck- und Verbindungsstellen der Doppel-L-Profil-Leisten 3 knotenblechartige Winkelverbinder 4 und Gelenkverbinder 5, zwischen und neben den Leistenenden angeordnet, in gestuften Abständen und stufenlos einstellbare Verbindungen sowie läge- und wiederholgenau Anordnungen und Positionierungen der an der Doppel-L-Profil-Leisten 3 angeordneten Werkstück-Positionier- und Stützbolzen 6, Werkstück-Klemmspanner 8 und Gegenstück 7 zum Arbeitsstößel 10 gewährleisten. 3/8

Claims (17)

1. österreichisches Patentamt AT 511 364 B1 2013-04-15 BEZUGSZEICHENLISTE POS. -NR. 1 Werkstück-Auflagegestell
2. 2 Werkzeug-Haltegestell
3. 3 Doppel-L-Profil-Leiste(n)
4. 4 Winkelverbinder an/von 3
5. 5 Gelenkverbinder an/von 3
6. 6 Werkstück-Positionier- und Stützbolzen an 3
7. 7 Gegenstücke an 3
8. 8 Werkstück-Klemmspanner
9. 9 Druckwerkzeug(e)
10. 10 Arbeitsstößel von 9
11. 11 Druck- und Kraftanzeige an 9
12. 12 Handhebel an 9
13. 13 Werkstück
14. 14 Hallenboden in Werkhalle
15. 15 Arbeitstisch
16. 16 Werkstück- Positionier- und Einlegerichtung
17. 17 Werkstück-T eststelle Patentansprüche 1. Modulare Testvorrichtung für Materialproben von gewölbten dünnwandigen Kunststoffplatten oder Blechen, wobei punktförmig oder kleinflächig Durchbiegungen, Lochungen oder Zerreissprüfungen als Materialeignungstest oder als zerstörende Materialprüfung an Einzelstücken oder an in kleinen Stückzahlen anzufertigende Mustern realisierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Testvorrichtung aus einem Werkstück-Auflagegestell (1) und einem stirnseitig o-der brückenartig über diesem angeordneten Werkzeug-Haltegestell (2) besteht, wobei aus einer werkstückabhängigen Dreieck- und Trapezstruktur von igel- oder sternförmig zueinander angeordneten • diagonalen sowie senkrechten und waagerechten biegesteifen, mit Bohrungen und Langlöchern gleichen Abstands ausgestatteten Doppel-L-Profil-Leisten (3) unterschiedlicher Länge, die insbesondere in ihren Endlagen durch • Winkelverbinder (4) und Gelenkverbinder (5) mittels • Verschraubungen oder Steckbolzen mit Klemmkugeln verbunden und mittels • Werkstück- Positionier- und Stützbolzen (6) • Gegenstück (7) der Arbeitsstößel (10) der Druckwerkzeuge (9) sowie • Werkstück-Klemmspannern (8) ausgestattet sind und 4/8