CH665482A5

CH665482A5 - DEVICE FOR SHEAR STRENGTH TESTING OF SAMPLES.

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: JPS60131444A; JPH0339627B2; GB8428132D0; DE3345572A1; GB2151798A; GB2151798B

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. DESCRIPTION The invention relates to a device for the shear strength test of welded, glued, soldered, screwed or riveted prongs which can be subjected to a shear force in a shear plane.

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. Shear strength tests for components that are manufactured using joining processes, e.g. Overlap-welded, riveted, screwed or glued components are usually carried out on tensile tests. The sample ends are clamped in a tensile testing machine and the joint is subjected to a tensile force. At the joint, the tensile force creates shear stresses. However, this type of test has several disadvantages.

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. For example, a tensile specimen clamped on both sides, consisting of two sheet metal parts screwed or riveted together, tend to be inclined under tension. The same applies to glued or flat welded or soldered samples. This results in a superposition of shear, bending and tensile stresses, which is undesirable for exact shear strength determinations and certain deformation studies.

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. It is therefore an object of the present invention to provide a device for the shear strength test of overlapped (welded, glued, etc.) samples, which avoids the disadvantages of the known prior art. This object is achieved by the features specified in the independent claim. The further claims contain refinements of the invention.

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. The device according to the invention is designed in such a way that it can be clamped into the testing machine itself and transmits forces to the sample which are both static and dynamic, i.e. be able to produce shear stresses that vary in size and possibly also in direction. Thus e.g. In addition to static shear strength tests via force or displacement control, dynamic shear strength tests are also carried out on joint connections. With a corresponding design of the device according to the invention, the fatigue strength of screws, nuts and screw locking agents can also be checked.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen dargestellt und in der Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: The invention is illustrated below using exemplary embodiments in the drawings and explained in more detail in the description. Show it:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung in schematischer Darstellung, 1 shows a longitudinal section through a device according to the invention in a schematic representation,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1, mit einer Gleit- bzw. einer Rollenführung, 2 shows a cross section through the device according to FIG. 1, with a slide or roller guide,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung mit einer Schwalbenschwanzführung. Fig. 3 shows a cross section through an inventive device with a dovetail guide.

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. The device according to FIG. 1 consists of two receiving elements 1, 2 for the sample, which can be placed against one another and can slide on one another. They are guided by guide elements 3, 4, which are only indicated schematically in the figure, in the direction of the shear force, which is indicated by double arrows S. The guide elements 3, 4 can be designed such that guidance is also effected transversely to the direction of the shear force S. Clamping heads 5, 6 are provided on the receiving elements 1, 2 for clamping the device in a testing machine.

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 The receiving elements 1, 2 have cutouts 7, 8 in which inserts 9, 10 are received. The inserts 9, 10 are suitably e.g. by screwing, connected to the receiving elements 1, 2, the screwing being able to take place both from the inside and from the outside of the receiving elements. The outer dimensions of the inserts 9, 10 can correspond to the size of the cutouts 7, 8. However, they can also (as shown in FIG. 1) be smaller than the cutouts. Furthermore, they can also be designed in a suitable manner in the form of a frame. The inserts 9, 10 can be designed in such a way that different samples can be received, the

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äusseren Abmessungen der Einsätze gleich sein können. Ihre innere Form kann an unterschiedliche Probengrössen und -formen angepasst sein. outer dimensions of the inserts can be the same. Their inner shape can be adapted to different sample sizes and shapes.

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. Spacers 11, 12 are inserted into the inserts 9, 10, with which a sample 13, e.g. consists of two sheets glued together, their position to the shear plane SE can be adjusted. In addition to the spacer plates, there may be additional base plates for setting the sample (see also Fig. 3). The sample is supported on the face, i.e. in the direction of the shear force S, on the inserts 9, 10 and, via this, on the receiving elements 1, 2. The end faces of the sample that transmit the shear forces are designed and machined in such a way that a perfect transmission of force from the receiving elements 1, 2 or the inserts 9, 10 to the sample is ensured.

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. The guide elements, which are only indicated in FIG. 1, can be designed in very different ways. They should be designed with the receiving elements 1, 2 so that they can slide on one another with as little play as possible. Two simple exemplary embodiments are shown in FIG. 2. However, other structural configurations of the guide elements are also possible.

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. FIG. 2 shows a cross section through the device according to FIG. 1, in which a sliding guide is shown on the left side of the figure and a roller guide for the receiving elements 1, 2 is shown on the right side. With the sliding guide, the receiving elements 1, 2 and the guide elements 3 have sliding surfaces G on which they can slide against one another. The sliding surfaces can be made of a material with particularly favorable friction behavior, e.g. Teflon. Instead of the sliding surfaces, sliding elements can also be arranged, as indicated by GE, which can be connected to the receiving elements or the guide elements.

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. In the case of the roller guide, 4 rollers, e.g., between the receiving elements 1, 2 or between receiving elements and guide elements, Roller cages R arranged, whereby a particularly easy displacement of the receiving elements against each other is possible.

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. In the guides shown, the guide elements 3, 4 are, e.g. attached by screws to a receiving element, in the example shown on the receiving element 1. The length of the guide elements, the sliding surfaces or roller elements is chosen appropriately. The guide elements can e.g. be slightly shorter than the opposite sides of the recording elements. It is also possible to provide guide elements only at the two ends of the receiving elements.

Zur Führung der Aufnahmeelemente können auch Kombinationen von Gleit- und Rollenführungen vorgesehen . werden. Combinations of slide and roller guides can also be provided to guide the receiving elements. will.

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. 3 shows a cross section through the device according to the invention, in which a sliding guide in the form of a dovetail guide 14 is shown between the two receiving elements 1, 2. When using a dovetail guide, it must be ensured that the two receiving elements 1, 2 can be assembled or joined when the sample 13 is inserted. For this, e.g. the receiving element 2 has a continuous recess 7 ', as indicated by dashed lines in FIG. 1. This makes it possible to push the receiving element 2 when joining in the dovetail guide over the insert 9 with the sample 13 already inserted. The insert 9 can then be screwed onto the receiving element 2 from the outside. The screw connection absorbs the test forces.

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. The dovetail guide on the receiving elements 1, 2 can also be provided with matching interruptions such that the two receiving elements can be placed one on top of the other when the sample is inserted. Then they are shifted against each other in the test position, the guides of the receiving elements intermeshing again. The position of the sample in the receiving elements must be determined accordingly. The receiving elements 1, 2 and the inserts 9, 10 must be designed in such a way that the required displacement path of the receiving elements is ensured. The inserts 9, 10 must, for example, be open on one side (e.g. frame-shaped). With this design of the guide elements, however, normally only test forces can be applied in one direction of force.

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. FIG. 3 shows, compared to the representation in FIGS. 1 and 2, still different designs of the inserts 9, 10, the underlay plates or sample supports 16, 17 and the spacer plates 11, 12 for the sample 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. By suitable design of the sample supports 16, 17 (FIG. 3) and possibly the inserts 9, 10, screw and rivet connections can also be checked. Protruding screw and rivet heads are accommodated in recesses in the sample supports. The washers 16, 17 can also be designed such that they can be adjusted or screwed from the outside of the receiving elements 1, 2.

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. For the application of shear stresses with changing direction of force, the specimens in both receiving elements must be supported on both ends in both directions of force, e.g. shown in Fig. 1 with the inserts 9,10. For this purpose, it is also possible to provide a suitable opening in at least one receiving element which is arranged parallel or perpendicular to the shear plane. In FIG. 2, a breakthrough perpendicular to the shear plane is indicated by 18 ′ in FIG. 3, such a breakthrough parallel to the shear plane. Support elements for supporting the sample on the face side or inserts for receiving and supporting the sample can be inserted into these openings. The support elements or inserts are connected after the joining of the receiving elements 1, 2 without play to the receiving element in which the opening is arranged, e.g. screwed or wedged. In this way too, the sample can be supported in both receiving elements on both end faces.

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. The arrangement with an opening on at least one receiving element can e.g. be used with a dovetail guide. Furthermore, it is possible in such an arrangement to firmly connect the guide elements to the receiving elements.

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. If the breakthrough on at least one receiving element is large enough, the entire sample can also be already assembled receiving elements are used in the device. Here, it is also possible to provide opposite (symmetrical to the shear plane) openings perpendicular or parallel to the shear plane in both acquisition elements.

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. For certain tests, damping elements, e.g. be inserted in the form of leaf spring elements. For precise force, displacement and deformation measurements, additional sensors, e.g. Strain gauges to be applied.

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. With the device according to the invention, clamping and snap connections, as are used in particular in plastic components, as well as inserted connections can also be checked or subjected to shear stress.

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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. To carry out a shear test, the sample 13 is placed in a receiving element 1, 2, and the second receiving element 2, 1 is slidably mounted on the first. If at least one receiving element has a corresponding opening 18, 18 ', the sample can also be used with the device already installed. The device with the sample is then clamped on the clamping heads 5, 6 in a testing machine and subjected to tensile and / or pressure, so that the desired shear force is transmitted to the sample 13 via the inserts 9, 10 or suitable supporting elements. There are 5 static as well as dynamic loads, e.g. Threshold loads or loads with changing direction of force possible.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

665482 PATENT CLAIMS

1. Device for the shear strength test of welded, glued, soldered, screwed or riveted samples which can be subjected to a shear force in a shear plane, characterized by the following features:

- The device consists of two receiving elements (1. 2) for the sample (13), which can be placed against each other and guided against one another by guide elements (3, 4, 14) in the direction of the shear force (S), the shear plane (SE) lies between the two receiving elements (1, 2),

- The receiving elements (1,2) have recesses (7, 8) for the sample (13), which are designed so that when the sample is inserted, the sample cross-section to be tested lies in the shear plane (SE) and the sample on the face of the receiving elements (1,2) can be supported,

- The receiving elements (1,2) have mutually opposite clamping heads (5, 6) for clamping in a testing machine, which are arranged such that a tensile and / or compressive force exerted by the testing machine as a pure shear force in the shear plane (SE ) works,

- The receiving elements (1, 2) and / or the guide elements (3, 4, 14) are designed such that either the receiving elements of the inserted sample (13) can be placed against one another or the sample can be inserted into the receiving elements when they are placed against one another.

2. Device according to claim 1, characterized in that the guide elements (3, 4) have a sliding or a roller guide (G, R).

3. Device according to claim 1, characterized in that the guide elements consist of a dovetail guide (14).

4. The device according to claim 3, characterized in that the dovetail guide (14) on both receiving elements (1, 2) has interruptions which are arranged such that the receiving elements can be placed against one another when the sample (13) is inserted and can then be moved into the test position.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the recesses (7, 8) have interchangeable inserts (9, 10) in which the sample (13) can be received and supported.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sample (13) can be fixed in its position in relation to the shear plane (SE) by fixed or adjustable base plates (16, 17) or spacer plates (11, 12).

7. The device according to claim 6, characterized in that the base plates (16, 17) or spacer plates (11, 12) are adjustable from the outside of the receiving elements (1, 2).

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one receiving element (1, 2) has an opening (18, 18 ') which is arranged parallel or perpendicular to the shear plane (SE) and that the opening ( 18, 18 ') supporting elements for end support or inserts (9, 10) for receiving and supporting the sample (13) can be used.