CH665482A5

CH665482A5 - Vorrichtung fuer die scherfestigkeitspruefung von proben.

Info

Publication number: CH665482A5
Application number: CH595584A
Authority: CH
Inventors: Gerhard Fauner
Original assignee: Schenck Ag Carl
Priority date: 1983-12-16
Filing date: 1984-12-14
Publication date: 1988-05-13
Also published as: GB8428132D0; GB2151798A; GB2151798B; JPS60131444A; JPH0339627B2; DE3345572A1

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Scherfestigkeitsprüfung geschweisster, geklebter, gelöteter, geschraubter oder genieteter Prohen, die in einer Scherebene mit einer Scherkraft beaufschlagbar sind.

Scherfestigkeitsprüfungen für Bauteile, die in Fügeverfahren hergestellt sind, z.B. überlappungsgeschweisste, genietete, geschraubte oder geklebte Bauteile, erfolgen üblicherweise an Zugproben. Die Probenenden werden hierbei in eine Zugprüfmaschine eingespannt und der Fügeverband wird einer Zugkraft ausgesetzt. An der Fügestelle entstehen durch die Zugkraft Scherbeanspruchungen. Eine solche Art der Prüfung hat jedoch verschiedene Nachteile.

So wird z.B. eine beidseitig eingespannte Zugprobe, bestehend aus zwei miteinander verschraubten oder vernieteten Blechteilen, unter Zug dazu tendieren sich schräg zu stellen. Ähnlich verhalten sich auch geklebte oder flächig geschweisste oder gelötete Proben. Dadurch kommt es zu einer Überlagerung von Scher-, Biege- und Zugbeanspruchungen, die für exakte Scherfestigkeitsbestimmungen und gewisse Deformationsuntersuchungen unerwünscht ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung für die Scherfestigkeitsprüfung überlappter (geschweisster, geklebter usw.) Proben zu schaffen, die die Nachteile des bekannten Standes der Technik vermeidet. Diese Aufgabe wird durch die im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Merkmale gelöst. Die weiteren Patentansprüche enthalten Ausgestaltungen der Erfindung.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist so beschaffen, das sie selbst in die Prüfmaschine eingespannt werden kann und auf die Probe Kräfte überträgt, die sowohl statische als auch dynamische, d.h. nach Grösse und ggf. auch nach Richtung wechselnde Scherbeanspruchungen erzeugen können. Somit können z.B. neben statischen Scherfestigkeitsprüfungen über Kraft- oder Wegregelung auch dynamische Scherfestigkeitsprüfungen an Fügeverbindungen durchgeführt werden. Bei entsprechender Gestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung kann auch die Dauerfestigkeit von Schrauben, Muttern und Schraubensicherungsmitteln geprüft werden.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen dargestellt und in der Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1, mit einer Gleit- bzw. einer Rollenführung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung mit einer Schwalbenschwanzführung.

Die Vorrichtung nach Figur 1 besteht aus zwei Aufnahmeelementen 1,2 für die Probe, die aneinander anlegbar sind und die aufeinander gleiten können. Sie werden durch Führungselemente 3,4, die in der Figur nur schematisch angedeutet sind, in Richtung der Scherkraft, die durch Doppelpfeile S bezeichnet ist, geführt. Die Führungselemente 3,4 können so ausgebildet sein, dass zusätzlich eine Führung quer zur Richtung der Scherkraft S bewirkt wird. An den Aufnahmelementen 1,2 sind Einspannköpfe 5,6 für die Einspannung der Vorrichtung in einer Prüfmaschine vorgesehen.

Die Aufnahmeelemente 1,2 weisen Aussparungen 7,8 auf, in denen Einsätze 9,10 aufgenommen sind. Die Einsätze 9, 10 sind in geeigneter Weise, z.B. durçh Verschrauben, mit den Aufnahmeelementen 1,2 verbunden, wobei die Ver-schraubung sowohl von der Innenseite als auch von der Aus-senseite der Aufnahmeelemente erfolgen kann. In ihren äusseren Abmessungen können die Einsätze 9, 10 der Grösse der Aussparungen 7,8 entsprechen. Sie können jedoch auch (wie in Fig. 1 dargestellt) kleiner als die Aussparungen sein. Weiterhin können sie in geeigneter Weise auch rahmenförmig ausgebildet sein. Die Einsätze 9,10 können so gestaltet sein, dass unterschiedliche Proben aufnehmbar sind, wobei die

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äusseren Abmessungen der Einsätze gleich sein können. Ihre innere Form kann an unterschiedliche Probengrössen und -formen angepasst sein.

In die Einsätze 9,10 sind Abstandsbleche 11,12 eingelegt, mit denen eine Probe 13, die z.B. aus zwei miteinander verklebten Blechen besteht, in ihrer Lage zur Scherebene SE eingestellt werden kann. Ausser den Abstandsblechen können zusätzliche Unterlegplatten für die Einstellung der Probe vorhanden sein (siehe auch Fig. 3). Die Probe stützt sich stirnseitig, d.h. in Richtung der Scherkraft S, auf die Einsätze 9, 10 und über diese auf die Aufnahmeelemente 1,2 ab. Die die Scherkräfte übertragenen Stirnflächen der Probe sind so ausgebildet und bearbeitet, dass eine einwandfreie Kraftübertragung von den Aufnahmeelementen 1, 2 bzw. den Einsätzen 9,10 auf die Probe gewährleistet ist.

Die Führungselemente, die in Figur 1 nur angedeutet sind, können auf sehr verschiedene Weise ausgebildet sein. Sie sollen mit den Aufnahmeelementen 1,2 so gestaltet sein, dass diese möglichst spielfrei aufeinander gleiten können. Zwei einfache Ausführungsbeispiele sind Figur 2 dargestellt. Es sind jedoch auch andere konstruktive Ausgestaltungen der Führungselemente möglich.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1, bei dem auf der linken Seite der Figur eine Gleitfüh-rung und auf der rechten Seite eine Rollenführung für die Aufnahmeelemente 1,2 dargestellt ist. Bei der Gleitführung weisen die Aufnahmeelemente 1,2 und die Führungselemente 3 Gleitflächen G auf, an denen sie aneinander gleiten können. Die Gleitflächen können aus einem Material mit besonders günstigem Reibverhalten, z.B. Teflon, bestehen. Anstelle der Gleitflächen können auch Gleitelemente, wie bei GE angedeutet, angeordnet werden, die mit den Aufnahmeelementen oder den Führungselementen verbunden sein können.

Bei der Rollenführung sind zwischen den Aufnahmeelementen 1, 2 bzw. zwischen Aufnahmeelementen und Führungselementen 4 Rollen, z.B. Rollenkäfige R angeordnet, wodurch eine besonders leichte Verschiebbarkeit der Aufnahmeelemente gegeneinander möglich ist.

Bei den dargestellten Führungen werden die Führungselemente 3,4 nach dem Zusammenfügen der beiden Aufnahmeelemente 1,2 z.B. durch Schrauben an einem Aufnahmeelement, im dargestellten Beispiel am Aufnahmeelement 1, befestigt. Die Länge der Führungselemente, der Gleitflächen bzw. Rollenelemente wird zweckentsprechend gewählt. Die Führungselemente können z.B. etwas kürzer sein als die einander gegenüberliegenden Seiten der Auf nahmeelemente. Es ist auch möglich, Führungselemente nur an den beiden Enden der Aufnahmeelemente vorzusehen.

Zur Führung der Aufnahmeelemente können auch Kombinationen von Gleit- und Rollenführungen vorgesehen . werden.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemässe Vorrichtung, bei dem eine Gleitführung in Form einer Schwalbenschwanzführung 14 zwischen den beiden Aufnahmeelementen l, 2 dargestellt ist. Bei Verwendung einer Schwalbenschwanzführung muss dafür gesorgt werden, dass die beiden Aufnahmeelemente 1,2 bei eingesetzter Probe 13 montiert bzw. zusammengefügt werden können. Hierzu kann z.B. das Aufnahmeelement 2 eine durchgehende Aussparung 7', wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet, aufweisen. Damit ist es möglich, das Aufnahmeelement 2 beim Zusammenfügen in der Schwalbenschwanzführung über den Einsatz 9 mit der bereits eingesetzten Probe 13 zu schieben. Der Einsatz 9 kann danach von aussen mit dem Aufnahmeele-ment 2 verschraubt werden. Hierbei nimmt die Schraubverbindung die Prüfkräfte auf.

Die Schwalbenschwanzführung an den Aufnahmeelementen 1,2 kann auch so mit zueinander passenden Unterbrechungen versehen sein, dass die beiden Auf nahmeelemente bei eingelegter Probe aufeinandergelegt werden können. Danach werden sie in Prüfstellung gegeneinander verschoben, wobei die Führungen der Aufnahmeelemente wieder ineinandergreifen. Die Lage der Probe in den Aufnahmeelementen muss hierbei entsprechend festgelegt werden. Die Aufnahmeelemente 1,2 und die Einsätze 9,10 müssen so gestaltet sein, dass der erforderliche Verschiebeweg der Aufnahmeelemente gewährleistet ist. Die Einsätze 9,10 müssen beispielsweise einseitig offen (z.B. rahmen-förmig) sein. Bei dieser Ausbildung der Führungselemente können allerdings normalerweise nur Prüfkräfte in einer Kraftrichtung aufgebracht werden.

Die Figur 3 zeigt gegenüber der Darstellung in Fig. 1 und 2 noch unterschiedliche Ausbildungen der Einsätze 9,10, der Unterlegplatten oder Probenauflagen 16,17 und der Abstandsbleche 11,12 für die Probe 13.

Durch geeignete Ausbildung der Probenauflagen 16,17 (Fig. 3) und ggf. der Einsätze 9,10 können auch Schraub- und Nietverbindungen geprüft werden. Überstehende Schrauben- und Nietköpfe werden hierbei in Aussparungen der Probenauflagen aufgenommen. Die Unterlegplatten 16, 17 können auch so ausgebildet sein, dass sie von der Aussen-seite der Aufnahmeelemente 1,2 einstellbar bzw. ver-schraubbar sind.

Für die Aufbringung von Scherbeanspruchungen mit wechselnder Kraftrichtung müssen die Proben in beiden Aufnahmeelementen in beiden Kraftrichtungen stirnseitig abgestützt sein, wie z.B. in Fig. 1 mit den Einsätzen 9,10 dargestellt. Hierzu ist es auch möglich, in mindestens einem Aufnahmeelement einen geeigneten Durchbruch vorzusehen, der parallel oder senkrecht zur Scherebene angeordnet ist. In Fig. 2 ist mit 18' ein Durchbruch senkrecht zur Scherebene in Fig. 3 mit 18 ein solcher parallel zur Scherebene angedeutet. In diese Durchbrüche können Abstützelemente zur stirnseitigen Abstützung der Probe oder Einsätze zur Aufnahme und Abstützung der Probe eingesetzt werden. Die Abstützelemente oder Einsätze werden nach dem Zusammenfügen der Aufnahmeelemente 1,2 spielfrei mit dem Aufnahmeelement, in dem der Durchbruch angeordnet ist, verbunden, z.B. verschraubt oder verkeilt. Auch auf diese Weise kann die Probe jeweils in beiden Aufnahmeelementen an beiden Stirnseiten abgestützt werden.

Die Anordnung mit einem Durchbruch an mindestens einem Aufnahmeelement kann z.B. bei einer Schwalbenschwanzführung verwendet werden. Weiterhin ist es möglich, bei einer solchen Anordnung die Führungselemente fest mit den Aufnahmeelementen zu verbinden.

Wenn der Durchbruch an mindestens einem Aufnahmeele-ment genügend gross ist, kann auch die gesamte Probe bei vormontierten, d.h. bereits zusammengefügten Aufnahmeelementen in die Vorrichtung eingesetzt werden. Hierbei ist es auch möglich, einander gegenüberliegende (zur Scherebene symmetrische) Durchbrüche senkrecht oder parallel zur Scherebene in beiden Auf nahmeelementen vorzusehen.

Für bestimmte Prüfungen können an den stirnseitigen Abstützstellen der Proben Dämpfungselemente, z.B. in Form von Blattfederelementen eingelegt werden. Für exakte Kraft-, Weg- und Verformungsmessungen können an die Scherprobe zusätzliche Messwertgeber, z.B. Dehnungsmess-treifen, angesetzt werden.

Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung können auch Klemm- und Schnappverbindungen, wie sie besonders bei Kunststoffbauteilen verwendet werden, sowie gesteckte Verbindungen geprüft bzw. einer Scherbeanspruchung unterworfen werden.

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Zur Durchführung einer Scherprüfung wird die Probe 13 in ein Aufnahmeelement 1, 2 eingelegt, und das zweite Aufnahmeelement 2, 1 wird verschiebbar auf dem ersten montiert. Wenn mindestens ein Auf nahmeelement einen entsprechenden Durchbruch 18, 18' aufweist, kann die Probe auch bei bereits montierter Vorrichtung eingesetzt werden. Die Vorrichtung mit der Probe wird danach an den Einspannköpfen 5,6 in eine Prüfmaschine eingespannt und auf Zug-und/oder Druck beansprucht, so dass über die Einsätze 9, 10 oder geeignete Abstützelemente auf die Probe 13 die gewünschte Scherkraft übertragen wird. Hierbei sind sowohl 5 statische als auch dynamische Belastungen, z.B. Schwellbelastungen oder Belastungen mit wechselnder Kraftrichtung möglich.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Vorrichtung für die Scherfestigkeitsprüfung geschweiss-ter, geklebter, gelöteter, geschraubter oder genieteter Proben, die in einer Scherebene mit einer Scherkraft beaufschlagbar sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- die Vorrichtung besteht aus zwei Aufnahmeelementen (1. 2) für die Probe(13), die aneinander anlegbar und durch Führungselemente (3,4, 14) in Richtung der Scherkraft (S) verschiebbar gegeneinander geführt sind, wobei die Scherebene (SE) zwischen den beiden Aufnahmeelementen (1,2) liegt,

- die Aufnahmeelemente (1,2) weisen Aussparungen (7, 8) für die Probe (13) auf, die so ausgebildet sind, dass bei eingelegter Probe der zu prüfende Probenquerschnitt in der Scherebene (SE) liegt und die Probe stirnseitig an den Aufnahmeelementen (1,2) abstützbar ist,

- die Aufnahmeelemente (1,2) weisen einander gegenüberliegende Einspannköpfe (5, 6) für die Einspannung in einer Prüfmaschine auf, die so angeordnet sind, dass eine von der Prüfmaschine ausgeübte Zug- und/oder Druckkraft als reine Scherkraft in der Scherebene (SE) wirkt,

- die Aufnahmeelemente (1,2) und/oder die Führungselemente (3,4,14) sind so gestaltet, dass entweder die Aufnahmeelemente die eingelegter Probe (13) aneinander anlegbar sind oder die Probe bei aneinandergelegten Aufnahmeelementen in diese einsetzbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente (3,4) eine Gleit- oder eine Rollenführung (G, R) aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente aus einer Schwalbenschwanzführung (14) bestehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwalbenschwanzführung (14) an beiden Aufnahmeelementen (1,2) Unterbrechungen aufweist, die so angeordnet sind, dass die Aufnahmeelemente bei eingelegter Probe (13) aneinander anlegbar und danach in Prüfstellung verschiebbar sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (7, 8) auswechselbare Einsätze (9,10) aufweisen, in denen die Probe (13) aufnehmbar und abstützbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe (13) durch feste oder einstellbare Unterlegplatten (16, 17) oder Abstandsbleche ( 11,12) in ihrer Lage zur Scherebene (SE) fixierbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlegplatten (16,17) oder Abstandsbleche (11, 12) von den Aussenseiten der Aufnahmeelemente (1,2) einstellbar sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Aufnahmeelement (1,2)-einen Durchbruch (18,18') aufweist, der parallel oder senkrecht zur Scherebene (SE) verlaufend angeordnet ist und dass in den Durchbruch (18,18') Abstützelemente zur stirnseitigen Abstützung oder Einsätze (9, 10) zur Aufnahme und Abstützung der Probe (13) einsetzbar sind.