AT521815A1 - Verfahren und Mittel zur Prüfung der Verbindungsfestigkeit zwischen zwei Probenelementen - Google Patents

Verfahren und Mittel zur Prüfung der Verbindungsfestigkeit zwischen zwei Probenelementen Download PDF

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AT521815A1 ATA50933/2018A AT509332018A AT521815A1 AT 521815 A1 AT521815 A1 AT 521815A1 AT 509332018 A AT509332018 A AT 509332018A AT 521815 A1 AT521815 A1 AT 521815A1
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Übertragungselemente (1, 1a, 1b; 12, 12a, 12b) zum Testen/Bestimmen der Zug- oder Scherfestigkeit einer Verbindung zwischen zwei Probenelementen mit länglicher Form durch Übertragen einer Zug- oder Scherkraft (10, 22) auf ein Probenelement (5a, 5b; 12a, 12b).

Description

Prüfelementen
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Mittel zum Testen der Festigkeit einer Verbindung zwischen zwei Prüfelementen und ein Übertragungselement zum Übertragen
einer Kraft auf ein Prüfelement.
Mikrofluidikvorrichtungen müssen bestimmte Anforderungen in Bezug auf Stabilität erfüllen. Eine Anforderung, die erfüllt werden muss, ist beispielsweise, dass die Mikrofluidikvorrichtungen bei allen Belastungsarten, die während des Betriebs und der Handhabung der Mikrofluidikvorrichtungen auftreten, leckdicht sind. In diesem Zusammenhang weisen vor allem die Verbindungsbereiche, bei denen verschiedene Teile der Mikrofluidikvorrichtungen durch einen Kleber oder ein chemisches oder physikalisches Verbindungsmittel verbunden sind, häufig Lecks auf, wenn sie übermäßig belastet werden. Insbesondere Mikrofluidikvorrichtungen mit Teilen aus Materialien, die aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften schwer zu verbinden sind, z. B. mit Hybridchips, weisen bei übermäßiger Belastung Lecks auf. Deshalb ist es sehr wichtig, den richtigen Kleber oder das richtige chemische oder physikalische Verbindungsmittel auszuwählen, um eine
hochqualitative Verbindung der Teile der Mikrofluidikvorrichtungen sicherzustellen.
Daher werden derzeit Mikrofluidikvorrichtungen und insbesondere die Verbindungsbereiche von Mikrofluidikvorrichtungen getestet, bevor sie verkauft und in Laboratorien eingesetzt werden. Bei diesen Tests werden Teile der Mikrofluidikvorrichtungen durch ein Universaltestgerät so auseinandergezogen, dass Zug- und/oder Scherkräfte auf die Mikrofluidikvorrichtungen wirken, wodurch die maximal zulässige Scherkraft und/oder Zugkraft bestimmt wird, bis zu der eine Mikrofluidikvorrichtung normalerweise leckdicht bleibt und/oder ihre physikalische Unversehrtheit beibehält.
Mikrofluidikvorrichtungen umfassen üblicherweise verschiedene Teile aus dem gleichen oder unterschiedlichen Materialien, die miteinander verbunden sind, beispielsweise mithilfe eines Klebers. Um die Verbindung dieser Materialien zu testen, wurden Testmechanismen entwickelt. Bei diesen Testmechanismen wird ein Kleber oder Verbindungsmittel auf zwei Prüfelemente aus demselben oder aus unterschiedlichen Materialien aufgetragen, um sie zu verbinden. Diese Prüfelemente werden in einem Universaltestgerät festgeklemmt, sodass
Zug- und Scherkräfte unabhängig voneinander ausgeübt und gemessen werden können.
sind.
Universaltestgeräte mit einem ausreichend feinen Messbereich zur Ausführung der oben beschriebenen Tests sind sehr teuer und komplex und deshalb in den meisten Laboratorien nicht verfügbar. Es ist daher wünschenswert, die Festigkeit einer Verbindung unter Verwendung von anderen Testgeräten zu bestimmen als den vorgenannten Universaltestgeräten, z. B. von einfachen Presstestgeräten. Herkömmliche Kraftübertragungselemente, die zur Bestimmung der Festigkeit einer Verbindung durch Aufbringen von Zug- und Scherkräften verwendet werden, können jedoch nicht in Presstestgeräten eingesetzt werden. Daher sind neue Übertragungselemente erforderlich, um die Festigkeit einer Verbindung, die beispielsweise durch Kleber auf vorzugsweise unterschiedlichen Materialien vermittelt wird, unter Verwendung solcher Testgeräte zu
testen.
Es ist daher ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Vermeidung der Nachteile des Stands der Technik bereitzustellen und insbesondere ein Verfahren zum Testen von Zug- und/oder Scherkräften einer Verbindung zwischen zwei Prüfelementen
ohne Einsatz von Universaltestgeräten bereitzustellen.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Übertragungselement zum Testen/Bestimmen der Zugfestigkeit einer Verbindung zwischen zwei Prüfelementen mit länglicher Form durch Übertragen einer Kraft, die durch eine Presse auf ein Prüfelement aufgebracht wird. Das Übertragungselement ist im Wesentlichen U-förmig und weist zwei Schenkel und ein Verbindungselement auf, wobei die beiden Schenkel im Wesentlichen parallel angeordnet und voneinander beabstandet sind und durch das Verbindungselement verbunden sind, wodurch eine Nut gebildet wird. Die Schenkel können mit dem Prüfelement in Eingriff gebracht werden und das Verbindungselement kann mit einer Presse in Eingriff gebracht werden, wobei eine durch die Presse auf das Verbindungselement aufgebrachte
Kraft auf das Prüfelement übertragen wird.
bestimmen, da Prüfelemente aus brüchigem Material leicht brechen können.
Die Verwendung von Pressen in Laboratorien, Maschinenhallen und Produktionsunternehmen ist weit verbreitet, da sie billiger sind und für sehr unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden können, die im Grunde den Druck beim Verbindungs- oder Klebevorgang bei der Herstellung von Mikrofluidikvorrichtungen erzeugen. In den meisten Fällen ist daher kein Erwerb eines zusätzlichen Geräts oder einer zusätzlichen Ausrüstung notwendig, um die Verfahren gemäß der Erfindung zum Testen der Festigkeit der Kleber
auszuführen.
Das Übertragungselement der vorliegenden Erfindung kann aus einem beliebigen Material bestehen, das herkömmlicherweise zur Herstellung solcher Elemente verwendet wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht das Übertragungselement gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung jedoch aus
Metall oder Polymeren und ist vorzugsweise 3D-gedruckt, lasergesintert oder CNC-gefräst.
Vor allem durch 3D-Drucken kann das Übertragungselement auf sehr kostengünstige Weise hergestellt werden. Insbesondere ist es einfach, durch 3D-Drucken Übertragungselemente unterschiedlicher Größe auf rasche und kosteneffiziente Weise zu drucken, wodurch es
möglich ist, Prüfelemente unterschiedlicher Größen zu verwenden.
a) Bereitstellen von zwei Übertragungselementen zum Testen/Bestimmen der Zugfestigkeit einer Verbindung zwischen zwei Prüfelementen mit länglicher Form gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gemäß der vorliegenden Erfindung wie oben identifiziert;
b) kreuzweises Verbinden von zwei Prüfelementen mit länglicher Form an Verbindungsbereichen mithilfe eines Klebers, wobei beispielsweise der Verbindungsbereich jedes Prüfelements zwischen zwei Vorsprungsbereichen auf dem Prüfelement angeordnet ist und wobei die Verbindungsbereiche der Prüfelemente einander überlappen;
c) In-Eingriff-Bringen jedes Übertragungselements mit einem Prüfelement mithilfe der Schenkel des Übertragungselements über die Vorsprungsbereiche des Prüfelements, sodass jedes Prüfelement mit seinem Verbindungsbereich in der Nut eines Übertragungselements positioniert ist;
d) Aufbringen einer Kraft, vorzugsweise einer Presskraft, auf das Verbindungselement jedes Übertragungselements mit einer Presse, wobei die Kräfte im Wesentlichen in einer Wirklinie aufeinander zugerichtet sind, was die Übertragungselemente aufeinander zudrückt und eine Zugkraft auf die Verbindung ausübt; und
e) Messen der aufgebrachten Kraft mit einer Kraftmessvorrichtung.
Aufgrund der im Wesentlichen U-förmigen Gestalt der Übertragungselemente gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist es möglich, unter Verwendung von Zweien davon die Festigkeit, insbesondere den Widerstand gegen Zugkräfte, einer kreuzweisen Verbindung, vorzugsweise Klebeverbindung, zwischen zwei Prüfelementen mittels einer Presse zu testen. Da eine Presse verwendet wird, müssen die Prüfelemente nicht festgeklemmt werden, um den Test auszuführen, was die Notwendigkeit eliminiert, dass einer Verbindung zwischen dem Prüfelement und dem Übertragungselement besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden muss. Die Prüfelemente werden nur durch die von der Presse aufgebrachten Kräfte an Ort und Stelle gehalten.
Die auf die Übertragungselemente aufgebrachte Kraft kann unter Verwendung von auf dem Gebiet der Erfindung bekannten Verfahren und Vorrichtungen, wie z. B. Piezosensoren, druckempfindlichen Hydrogel-/Polymerschichten und -folien, hydraulischen oder
luftdruckbasierten Vorrichtungen (z. B. Barometer) gemessen werden.
Die Begriffe „testen“ und „bestimmen“ wie hierin verwendet können austauschbar
verwendet werden. Beide Begriffe beziehen sich auf die Identifizierung von quantitativen
aufgebrachte Kraft an, die zu einem Strukturversagen eines oder beider Prüfelemente führt.
„Zugfestigkeit“ wie hierin verwendet ist als Belastung definiert, die als Kraft pro Einheitsfläche gemessen wird. Diese Fläche ist die Fläche, an der zwei Prüfelemente miteinander verbunden sind. Die Zugfestigkeit wird durch Aufbringen einer Kraft bestimmt,
welche die zwei Prüfelemente auseinanderzieht.
Die „Scherfestigkeit“ wird durch Aufbringen einer Kraft bestimmt, die normalerweise ein Gleitversagen eines Materials entlang einer Ebene bewirkt, die parallel zur Richtung der Kraft ist.
Vorzugsweise werden die Prüfelemente kreuzweise in einem Winkel a von 90° zwischen Längsachsen der Prüfelemente mit länglicher Form verbunden. Es gilt anzumerken, dass die Prüfelemente auch in einem Winkel a zwischen 25° und 155°, vorzugsweise zwischen 30° und 150°, noch bevorzugter zwischen 40° und 140°, noch bevorzugter zwischen 50° und 130°, noch bevorzugter zwischen 60° und 120°, noch bevorzugter zwischen 70° und 110°, noch bevorzugter zwischen 80° und 100°, noch bevorzugter zwischen 85° und 95°,
insbesondere von 90° kreuzweise verbunden werden können.
Vorteilhafterweise werden die Kräfte auf die Übertragungselemente aufgebracht, ohne dass die Prüfelemente gehalten oder fixiert werden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Übertragungselemente einen Rahmen aufweisen, der verhindert, dass die Prüfelemente während der Aufbringung der Kraft auf das Verbindungselement jedes Übertragungselements mittels der Presse verschoben werden. Der Rahmen besteht beispielsweise aus Vorsprüngen, die von den Übertragungselementen vorspringen. Ein Hauptvorteil des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist jedoch, dass die Prüfelemente nicht im Testgerät fixiert oder festgehalten werden müssen. Daher sind in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung keine Befestigungsmittel zur Anbringung der Zugtestprüflinge im Testgerät erforderlich. Im Gegensatz dazu erfordert die Verwendung von Universaltestgeräten zur Bestimmung oder zum Testen der Zugfestigkeit einer
Verbindung zwischen zwei Prüfelementen immer eine Befestigung der Elemente im Gerät. Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Übertragungselement zum
Testen/Bestimmen der Scherfestigkeit einer Verbindung zwischen zwei Prüfelementen mit
länglicher Form durch Übertragen einer durch eine Presse aufgebrachten Kraft auf ein
Presse in Eingriff gebracht werden kann.
Ein Hauptvorteil des Übertragungselements gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, dass es, vorzugsweise in Kombination mit einem zweiten Übertragungselement, die Bestimmung der Scherfestigkeit einer Verbindung oder eines Klebers unter Verwendung eines einfachen Testgeräts, z. B. einer manuellen, hydraulischen, mechanischen oder pneumatischen Presse, ermöglicht. Die technischen Eigenschaften des Übertragungselements gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglichen das Aufbringen einer Scherkraft auf ein Prüfelement, obwohl das Testgerät Druck aufbringt. Dies ist besonders vorteilhaft, weil es die Verwendung beliebiger Arten von Testgeräten ermöglicht, die Druck auf einen Prüfling aufbringen, vorzugsweise von Testgeräten, die nur Druck aufbringen können. Die Tatsache, dass ein Testgerät nur Druck auf Prüfelemente aufbringen kann, die miteinander verbunden sind, um die Scherfestigkeit zu bestimmen, ist auch deshalb vorteilhaft, weil es nicht notwendig ist, die Prüfelemente in einem Universaltestgerät festzuklemmen. Insbesondere bei Prüfelementen aus brüchigem Material ist es sehr vorteilhaft, dass die Prüfelemente nicht festgeklemmt werden müssen, um die Scherfestigkeit einer Verbindung oder eines Klebers, die zwei Prüfelemente verbinden, zu
bestimmen, da Prüfelemente aus brüchigem Material leicht brechen können.
Vorzugsweise besteht das Übertragungselement gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung aus Metall oder Polymer und ist vorzugsweise 3D-gedruckt, lasergesintert oder CNC-gefräst. Vor allem durch 3D-Drucken kann das Übertragungselement auf sehr kostengünstige und
einfache Weise hergestellt werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß der Erfindung zum Testen/Bestimmen der Scherfestigkeit einer Verbindung zwischen zwei Prüfelementen mit länglicher Form, das die folgenden Schritte umfasst:
a) Bereitstellen von zwei Übertragungselementen zum Testen/Bestimmen der Scherfestigkeit einer Verbindung zwischen zwei Prüfelementen mit länglicher Form gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gemäß der vorliegenden Erfindung wie oben identifiziert;
b) kreuzweises Verbinden von zwei Prüfelementen auf teilweise überlappende, parallele Weise an Verbindungsbereichen mithilfe eines Klebers, wodurch beispielsweise ein
Prüfling gebildet wird, wobei ein exponierter Abschnitt an jedem Prüfelement gebildet wird
c) In-Eingriff-Bringen jedes Übertragungselements mit einem Prüfelement durch zumindest teilweises Überlagern jedes exponierten Abschnitts des Prüfelements mit der Ausnehmung;
d) Aufbringen einer Kraft, vorzugsweise einer Presskraft, auf den Verbindungbereich jedes Übertragungselements mit einer Presse, wobei die Kräfte im Wesentlichen in einer Wirklinie aufeinander zugerichtet sind, was die Übertragungselemente aufeinander zudrückt und eine Scherkraft auf die Verbindung ausübt; und
e) Messen der aufgebrachten Kraft mit einer Kraftmessvorrichtung.
Da die Ausnehmung der Übertragungselemente gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung zumindest einen Teil des Prüfelements überlagert, ist es möglich, unter Verwendung von Zweien davon die Festigkeit, insbesondere den Widerstand gegen Scherkräfte, einer Verbindung zwischen zwei Prüfelementen auf teilweise überlappende, parallele Weise zu messen. Da eine Presse verwendet wird, müssen die Prüfelemente nicht festgeklemmt werden, um den Test auszuführen, was die Notwendigkeit aufhebt, dass einer Verbindung zwischen dem Prüfelement und dem Übertragungselemente besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden muss. Zum Ausführen des Tests werden die Übertragungselemente einfach über exponierte Abschnitte überlagert, die an entgegengesetzten Seiten ausgebildet sind, wenn die beiden Prüfelemente auf teilweise überlappende, parallele Weise miteinander verbunden sind. Dadurch werden die verbundenen Prüfelemente an Ort und Stelle gehalten,
sind aber nicht festgeklemmt.
Vorzugsweise ist die Kraftmessvorrichtung in die Presse integriert und umfasst eine Vielzahl von Dehnmessstreifen, die z. B. an einem Rahmen der Presse angebracht sind, um die Verformung zu messen, wenn die Kräfte auf die Verbindungselemente/Verbindungsbereiche der Übertragungselemente aufgebracht werden. In einer weiteren Ausführungsform werden die auf die Verbindungselemente/Verbindungsbereiche der Übertragungselemente aufgebrachten Kräfte aus dem mit einer Hydraulik- oder Pneumatikpresse aufgebrachten Druck berechnet. In dieser Ausführungsform ist die Kraftmessvorrichtung ein Manometer der Hydraulik- oder Pneumatikpresse. In einer weiteren Ausführungsform kann die Kraftmessvorrichtung auch eine Ladezelle sein, die in die Presse integriert ist oder die eine externe Vorrichtung ist. Vorzugsweise umfasst die Ladezelle zumindest einen Sensor aus der aus einem Piezosenor, einem elektronischen Sensor mit zumindest einem Bimetallelement und chemischen Sensoren mit einem druckempfindlichen Hydrogel, Polymerschichten und
-folien bestehenden Gruppe.
Verbindung nicht verklemmt werden.
Die beiden bereitgestellten Prüfelemente bestehen beispielsweise aus Glas, Metall, Holz und/oder Kunststoff.
Vorteilhafterweise bringt die Presse die Kräfte auf die Übertragungselemente über ein Antriebssystem auf, das einen Elektromotor mit oder ohne Getriebe, einen
Hydraulikzylinder, einen Pneumatikzylinder und/oder ein handbetriebenes Getriebe umfasst.
Vorzugsweise ist das Verbindungsmittel ein Kleber, der vorzugsweise aus der aus flüssigen Klebern, z. B. Klebern auf Epoxidbasis, Klebern auf Acrylatbasis, Klebern auf Siliziuumbasis, doppelseitigem Klebeband, selbstorganisierenden Monoschichten, z. B. APTES, MPTS, GPTMS usw., Ultraviolettkleber, Zement, Polyurethanschaum und
beliebigen Kombinationen davon bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung von zwei Übertragungselementen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zum Testen der Zugfestigkeit einer Verbindung zwischen
zwei Prüfelementen mit länglicher Form kreuzweise an Verbindungsbereichen.
Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung von zwei Übertragungselementen gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung zum Testen der Scherfestigkeit eines Klebers, der zwei Prüfelemente auf im Wesentlichen überlappende, parallele Weise an Verbindungsbereichen
verbindet. Diese und weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen erläutert. Fachleute werden
verstehen, dass mehrere Ausführungsformen kombiniert werden können.
Fig. 1 zeigt eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform eines Übertragungselements
gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung.
Fig. 2 zeigt zwei Prüfelemente mit länglicher Form, die mithilfe eines Klebers kreuzweise
verbunden sind.
Prüfelemente gemäß Fig. 2 verbindet, einschließlich Übertragungselementen gemäß Figur 1.
Fig. 4 zeigt eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform eines Übertragungselements
gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung.
Fig. 5 zeigt zwei Prüfelemente, die auf teilweise überlappende, parallele Weise mithilfe
eines Klebers verbunden sind.
Fig. 6 und 7 zeigen in verschiedenen Ansichten das Testen der Festigkeit eines Klebers, der zwei Prüfelemente gemäß Fig. 5 verbindet, einschließlich zwei Übertragungselementen
gemäß Fig. 4.
Fig. 1 zeigt eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform eines Übertragungselements 1 gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung. Das Übertragungselement 1 ist im Wesentlichen U-förmig mit zwei Schenkeln 2 und einem Verbindungselement 3, wobei die zwei Schenkel 2 parallel angeordnet und voneinander beabstandet sind und durch das Verbindungselement 3 verbunden sind, das eine Nut 4 bildet. Das Übertragungselement 1 besteht aus Kunststoff
und ist 3D-gedruckt.
Fig. 2 zeigt zwei Prüfelemente mit länglicher Form 5a und 5b, welche die gleiche Form aufweisen. Das Prüfelement 5a west einen Verbindungsbereich 6a auf und das Prüfelement 5b weist einen Verbindungsbereich 6b auf. Die Prüfelemente 5a und 5b sind an den Verbindungsbereichen 6a und 6b mithilfe eines Klebers 9 kreuzweise verbunden. Die Verbindungsbereiche 6a und 6b der Prüfelemente 5a und 5b befinden sich zwischen zwei Vorsprungsbereichen 7 auf dem Prüfelement 5a oder 5b, wobei die Verbindungsbereiche 6a und 6b der Prüfelemente 5a, 5b einander überlappen. Ein Winkel o zwischen Längsachsen 8
der Prüfelemente mit länglicher Form 5a und 5b beträgt 90°.
Fig. 3 zeigt in einer Querschnittsansicht das Testen der Festigkeit eines Klebers 9, der zwei Prüfelemente 5a und 5b gemäß Fig. 2 verbindet, einschließlich zwei Übertragungselementen
laund 1b gemäß Fig. 1.
Das Übertragungselement 1a ist über seine Schenkel 2 in Kontakt mit den Vorsprungsbereichen 7 des Prüfelements 5a. Das Übertragungselement 1b ist über seine Schenkel 2 mit den Vorsprungsbereichen 7 des Prüfelements 5b in Kontakt. So wird das
Prüfelement 5a mit seinem Verbindungsbereich 6a in der Nut 4 des Übertragungselements
1b positioniert und das Prüfelement 5b wird mit seinem Verbindungsbereich 6b in der Nut 4
des Übertragungselements 1a positioniert.
Mittels einer nicht dargestellten Presse werden Kräfte 10 auf die Verbindungselemente 3 der Übertragungselemente 1a und 1b aufgebracht. Die Kräfte sind in einer Wirklinie 11
aufeinander zugerichtet und drückt die Übertragungselemente 1a und 1b aufeinander zu und üben eine Zugkraft auf den Kleber 9 aus. Die Kräfte 10 werden mit einer nicht dargestellten
Ladezelle gemessen, um anzugeben, bei welcher Zugkraft 10 der Kleber 9 bricht.
In einer weiteren, noch bevorzugteren Ausführungsform umfasst die Presse ein Abstandsmesssystem, um die Dehnung des Klebers 9 parallel zu der auf den Kleber 9
ausgeübten Zugkraft anzugeben.
Vorzugsweise umfassen die Übertragungselemente 1a und 1b einen Rahmen, der die Prüfelemente 5a und 5b während des Aufbringens von Kraft auf die Übertragungselemente la und 1b mittels der Presse umgibt. Dies hat den Vorteil, dass die Prüfelemente 5a und 5b während des Aufbringens der Kraft mittels der Presse nicht verschoben werden können. Der Rahmen besteht vorzugsweise aus Vorsprüngen, die von den Übertragungselementen 1a und
1b vorspringen.
Fig. 4 zeigt eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform eines Übertragungselements 12 gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung. Das Übertragungselement 12 weist eine Ausnehmung 13 mit einer Öffnung 14 in einem Öffnungsbereich 15 auf. Außerdem weist das Übertragungselement 12 einen Verbindungsbereich 16 auf, der sich gegenüber vom Öffnungsbereich 15 befindet. Das Übertragungselement 12 besteht aus Kunststoff und ist 3D-gedruckt.
Fig. 5 zeigt zwei Prüfelemente 17a und 17b, welche die gleiche Form aufweisen. Das Prüfelement 17a weist einen Verbindungsbereich 18a auf und das Prüfelement 17b weist einen Verbindungsbereich 18b auf. Die Prüfelemente 17a und 17b sind auf teilweise überlappende, parallele Weise mithilfe eines Klebers 19 verbunden, der in den Verbindungsbereichen 18a und 18b aufgetragen ist, wodurch ein Prüfling 20 gebildet wird. Die Verbindungsbereiche 18a und 18b erstrecken sich entweder über den gesamten überlappenden Bereich oder nur über einen Teil des überlappenden Bereichs. An jedem Prüfelement 17a und 17b ist ein exponierter Abschnitt 21 ausgebildet, wobei die exponierten Abschnitt 21 an entgegengesetzten Seiten des Prüflings 20 ausgebildet sind und die Verbindungsbereiche 18a und 18b einschließen.
11718
Fig. 6 und 7 zeigen in verschiedenen Ansichten das Testen der Festigkeit eines Klebers 19, der zwei Prüfelemente 17a und 17b gemäß Fig. 5 verbindet, einschließlich zwei
Übertragungselementen 12a und 12b gemäß Figur 4.
Um das Testen der Festigkeit des Klebers 19 auszuführen, wird der exponierte Abschnitt 21 des Prüfelements 17a mit der Ausnehmung 13 des Übertragungselements 12a überlagert und der exponierte Abschnitt 21 des Prüfelement 17b wird mit der Ausnehmung 13 des Übertragungselements 12b überlagert. Je nach Tiefe der Ausnehmung und Länge der exponierten Abschnitte können die Ausnehmungen 13 nur einen kleinen Teil der exponierten
Abschnitte 21 oder die gesamten exponierten Abschnitte 21 und darüber hinaus überlagern.
Mittels einer nicht dargestellten Presse werden Kräfte 22 auf die Verbindungsbereiche 16 der Übertragungselemente 12a und 12b aufgebracht. Die Kräfte sind in einer Wirklinie 23 aufeinander zugerichtet, was die Übertragungselemente 12a und 12b aufeinander zudrückt und eine Scherkraft auf den Kleber 19 ausübt. Die Kräfte 22 werden mit einer nicht
dargestellten Ladezelle gemessen, um anzugeben, welche Zugkraft 22 den Kleber 19 bricht. In einer weiteren, noch bevorzugteren Ausführungsform umfasst die Presse ein
Abstandsmesssystem, um die Dehnung des Klebers 9 parallel zu der auf den Kleber 19
ausgeübten Zugkraft anzugeben.

Claims (14)

Patentansprüche
1. Übertragungselement (1, 1a, 1b) zum Testen der Zugfestigkeit einer Verbindung zwischen zwei Prüfelementen mit länglicher Form durch Übertragen einer mittels einer Presse aufgebrachten Kraft (10) auf ein Prüfelement (5a, 5b), wobei das Übertragungselement (1, 1a, 1b) im Wesentlichen U-förmig ist und zwei Schenkel (2) und ein Verbindungselement (3) aufweist, wobei die beiden Schenkel (2) im Wesentlichen parallel angeordnet und voneinander beabstandet sind und durch das Verbindungselement (3) verbunden sind, wodurch eine Nut (4) gebildet wird, wobei die Schenkel (2) mit dem Prüfelement (5a, 5b) in Eingriff gebracht werden können und das Verbindungselement (3)
mit der Presse in Eingriff gebracht werden kann.
2. Übertragungselement (1, 1a, 1b) nach Anspruch 1, wobei das Übertragungselement (1, 1a, 1b) aus Metall oder Kunststoff besteht und vorzugsweise 3D-gedruckt, lasergesintert oder CNC-gefräst ist.
3. Verfahren zum Testen der Zugfestigkeit einer Verbindung (9) zwischen zwei Prüfelementen mit länglicher Form (5a, 5b), das die folgenden Schritte umfasst:
a) Bereitstellen von zwei Übertragungselementen (1, 1a, 1b) gemäß Anspruch 1 oder
b) kreuzweises Verbinden der zwei Prüfelemente mit länglicher Form (5a, 5b) an Verbindungsbereichen (6a, 6b) mithilfe eines Verbindungsmittels (9), wobei die Verbindungsbereiche (6a, 6b) jedes Prüfelements (5a, 5b) zwischen zwei Vorsprungsbereichen (7) auf dem Prüfelement (5a, 5b) angeordnet sind und wobei die Verbindungsbereiche (6a, 6b) der Prüfelemente (5a, 5b) einander überlappen;
c) In-Eingriff-Bringen jedes Übertragungselements (1, 1a, 1b) mit einem Prüfelement (5a, 5b) mithilfe der Schenkel (2) des Übertragungselements (1, 1a, 1b) über die Vorsprungsbereiche (7) des Prüfelements (5a, 5b), sodass jedes Prüfelement (5a, 5b) mit seinem Verbindungsbereich (6a, 6b) in der Nut (4) eines Übertragungselements (1, la, 1b) positioniert ist;
d) Aufbringen einer Kraft (10) auf das Verbindungselement (3) jedes Übertragungselements (1, 1a, 1b) mit einer Presse, wobei die Kräfte (10) im Wesentlichen in einer Wirklinie (11) aufeinander zugerichtet sind, was die Übertragungselemente (1, 1a,1b) aufeinander zudrückt und eine Zugkraft auf den Kleber (9) ausübt; und
e) Messen zumindest einer aufgebrachten Kraft (10) mit einer Kraftmessvorrichtung.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Prüfelemente (5a, 5b) kreuzweise in einem Winkel a zwischen 25° und 155°, insbesondere von 90°, zwischen Längsachsen (8) der
Prüfelemente mit länglicher Form (5a, 5b) verbunden sind.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Kräfte (10) auf die Übertragungselemente (1, 1a, 1b) aufgebracht werden, ohne dass die Prüfelemente (5a, 5b)
gehalten werden.
6. Übertragungselement (12, 12a, 12b) zum Testen der Scherfestigkeit einer Verbindung zwischen zwei Prüfelementen mit länglicher Form durch Übertragen einer Kraft (22), die mittels einer Presse auf ein Prüfelement (17a, 17b) aufgebracht wird, wobei das Übertragungselement (12, 12a, 12b) eine Ausnehmung (13) zum Überlagern zumindest eines Teils des Prüfelements (17a, 17b) aufweist, wobei das Übertragungselement (12, 12a, 12b) einen Öffnungsbereich (15) und einen Verbindungsbereich (16) gegenüber vom Öffnungsbereich (15) aufweist und wobei sich eine Öffnung (14) der Ausnehmung (13) im Öffnungsbereich (15) öffnet und der Verbindungsbereich (16) mit der Presse in Eingriff
gebracht werden kann.
7. Übertragungselement (12, 12a, 12b) nach Anspruch 6, wobei das Übertragungselement (12, 12a, 12b) aus Metall oder Kunststoff besteht und vorzugsweise 3D-gedruckt ist.
8. Verfahren zum Testen der Scherfestigkeit einer Verbindung (19) zwischen zwei Prüfelementen (17a, 17b), das die folgenden Schritte umfasst:
a) Bereitstellen von zwei Übertragungselementen (12, 12a, 12b) nach Anspruch 6 oder 7;
b) Verbinden der zwei Prüfelemente (17a, 17b) auf teilweise überlappende, parallele Weise an Verbindungsbereichen (18a, 18b) mithilfe eines Klebeverbindungsmittels (19), wodurch ein Prüfling (20) gebildet wird, wobei ein exponierter Abschnitt (21) an jedem Prüfelement (17a, 17b) ausgebildet ist und wobei die exponierten Abschnitte (21) an entgegengesetzten Seiten des Prüflings (20) ausgebildet sind und die Verbindungsberieche (18a, 18b) einschließen;
c) In-Eingriff-bringen jedes Übertragungselements (12, 12a, 12b) mit einem Prüfelement (17a, 17b) durch zumindest teilweises Überlagern jedes exponierten Abschnitts (21) eines Prüfelements (17a, 17b) mit der Ausnehmung (13);
d) Aufbringen einer Kraft (22) auf den Verbindungsbereich (16) jedes Übertragungselements (12, 12a, 12b) mit einer Presse, wobei die Kräfte (22) im
Wesentlichen in einer Wirklinie aufeinander zugerichtet sind, was die Übertragungselemente (12, 12a, 12b) aufeinander zudrückt und eine Scherkraft auf den Kleber (19) ausübt; und
e) Messen zumindest einer aufgebrachten Kraft (22) mit einer Kraftmessvorrichtung.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5 oder Anspruch 8, wobei die Kräfte (10, 22) im Wesentlichen vertikal auf die Übertragungselemente (1, la, 1b; 12, 12a, 12b)
aufgebracht werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5 oder Anspruch 8 oder 9, wobei die zwei bereitgestellten Prüfelemente (5a, 5b; 17a, 17b) aus Glas, Metall, Holz und/oder einem
Polymer bestehen.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5 oder Ansprüche 8 bis 10, wobei die Presse die Kräfte (10, 22) auf die Übertragungselemente (1, la, 1b; 12, 12a, 12b) über ein Antriebssystem aufbringt, das einen Elektromotor mit oder ohne Getriebe, einen
Hydraulikzylinder, einen Pneumatikzylinder und/oder ein handbetriebenes Getriebe umfasst.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5 oder Ansprüche 8 bis 11, wobei das Verbindungsmittel ein Kleber (9, 19) ist, der aus der aus flüssigen Klebern, z. B. Klebern auf Epoxidbasis, Klebern auf Acrylatbasis, Klebern auf Siliziumbasis, doppelseitigem Klebeband, selbstorganisierenden Monoschichten, z. B. APTES, MPTS, GPTMS usw., Ultraviolettkleber, Zement, Polyurethanschaum und beliebigen Kombinationen davon
bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
13. Verwendung von zwei Übertragungselementen (1, 1a, 1b) nach Anspruch 1 oder 2 zum Testen der Zugfestigkeit einer Verbindung (9) zwischen zwei Prüfelementen mit
länglicher Form (5a, 5b) kreuzweise an Verbindungsbereichen (6a, 6b).
14. Verwendung von zwei Übertragungselementen (12, 12a, 12b) nach Anspruch 6 oder 7 zum Testen der Scherfestigkeit einer Klebeverbindung (19) auf teilweise überlappende, parallele Weise zwischen zwei Prüfelementen (17a, 17b) an Verbindungsbereichen (18a, 18b).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112098192A (zh) * 2020-10-21 2020-12-18 中国建材检验认证集团股份有限公司 用于十字交叉法测试胶粘剂拉伸剪切蠕变的夹具及方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111855414A (zh) * 2020-08-12 2020-10-30 江苏理工学院 一种适用于小厚度双金属连接件的结合强度破坏性测试方法
EP4198488A1 (de) * 2021-12-20 2023-06-21 Bostik SA Geräte zur herstellung von kreuzverklebten mustern
CN117054239B (zh) * 2023-10-09 2023-12-19 四川吉盛印铁有限公司 一种金属包装板表面涂层的附着力测试装置及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE698709C (de) * 1938-08-13 1940-11-15 Kohle Und Eisenforschung G M B Verfahren zum Pruefen der Haftfestigkeit der Plattierung auf plattierten Blechen
EP0582437A2 (de) * 1992-08-07 1994-02-09 British Aerospace Public Limited Company Test zur Bestimmung der Haftfestigkeit
CN107290217A (zh) * 2017-06-30 2017-10-24 吉林大学 测试堆焊层与母材金属结合强度的提拉试验方法及试件

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004011099B3 (de) * 2004-03-06 2005-12-08 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zum Prüfen von Stoffeigenschaften hinsichtlich Zugscherbelastungen, insbesondere zur Prüfung von Klebstoffen
GB0914365D0 (en) * 2009-08-18 2009-09-30 Rolls Royce Plc Test speciment and method of manufacturing testing

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE698709C (de) * 1938-08-13 1940-11-15 Kohle Und Eisenforschung G M B Verfahren zum Pruefen der Haftfestigkeit der Plattierung auf plattierten Blechen
EP0582437A2 (de) * 1992-08-07 1994-02-09 British Aerospace Public Limited Company Test zur Bestimmung der Haftfestigkeit
CN107290217A (zh) * 2017-06-30 2017-10-24 吉林大学 测试堆焊层与母材金属结合强度的提拉试验方法及试件

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112098192A (zh) * 2020-10-21 2020-12-18 中国建材检验认证集团股份有限公司 用于十字交叉法测试胶粘剂拉伸剪切蠕变的夹具及方法

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