DD141571A1

DD141571A1 - Vorrichtung zur pruefung der festigkeit gekruemmter flaechenhafter koerper

Info

Publication number: DD141571A1
Application number: DD21070679A
Authority: DD
Inventors: Joachim Koehler
Original assignee: Joachim Koehler
Priority date: 1979-01-30
Filing date: 1979-01-30
Publication date: 1980-05-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung der Festigkeit gekrümmter flächenhafter Körper, insbesondere von Segmenten zylindrischer Hohlkörper aus Kunststoffmischungen, Sie hat das Ziel, eine den in der Praxis herrschenden Druckverhältnissen voll entsprechende und mit geringem Material- und'Kostenaufwand realisierbare Festigkeitsprüfung, insbesondere von Kunststoffrohren und -behältern, zu ermöglichen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht im wesentlichen aus zwei gegeneinander in gleichem Winkel zueinander stehenden Zugarmen 1, die an ihren Enden mit Spannbacken 3 zur Aufnahme eines Prüfkörpers 2 versehen sind und einem senkrecht stehenden Stempel 5 mit einer, dem Krümmungsradius des Prüfkörpers entsprechend gewölbten oberen Begrenzungsfläche 6 sowie bekannten Kraftmeßeinrichtungen 7, 8,

Description

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Titel der Erfindung

Vorrichtung zur Prüfung der Festigkeit gekrümmter flächenhafter Körper

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\J Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung gekrümmter flächenhafter Körper _} insbesondere von S*egmenten zylindrischer Hohlkörper aus Kunststoffmischungen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist eine große Anzahl von Vorrichtungen bekannt, um Materialien für die Herstellung von Rohren und Behältern, die einem bestimmten Innendruck standhalten müssen, hinsichtlich ihrer Festigkeits- und Dehnungseigenschaften zu beurteilen. Das erfolgt z. B. durch Einspannen von Probestreifen in Zerf") reißmaschinen, Bestimmung der Streckgrenze durch radiales w' Aufweiten von ringförmigen Prüfkörpern bzw. Ermittlung des Berstdruckes durch Einleiten von Öl oder Druckwasser. Außer der Berstdruckprüfung ist den meisten damit praktizierten Meßverfahren gemeinsam, daß sie einen bekannten und ständig gleichbleibenden Elastizitätsmodul des Probekörpers zur Voraussetzung haben, was bei der zunehmenden Bedeutung anisotroper - z. B. glasfaserverstärkter - Kunststoffmischungen . für die' Herstellung von Rohren bzw. Behältern nicht der Fall ist. Darüberhinaus werden bei der Durchführung von Zerreißproben weitestgehend nicht die in einer gekrümmten Fläche herrschenden physikalischen Verhältnisse erfaßt, da die Prüf-

streifen in ihrer Zerreißzone einer ebenen Fläche entsprechen. Bei der Berstdruckprüfung ist es wiederum erforderlich, Prüfkörper zu verwenden, die in ihren Dimensionen dem später zu verwendenden Gegenstand weitgehend entsprechen. Da aber jeder Berstversuch grundsätzlich mit der Zerstörung des Prüfkörpers endet, sind diese Prüfverfahren mit hohem Material-, Zeit- und Arbeitsaufwand verbunden, wozu weiterhin erhebliche Kosten für die Innenabdichtung der Prüfkörper vor dem Berstversuch kommen.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, eine den in der Praxis herrschenden Druckverhältnissen voll entsprechende und mit geringem Material- und Kostenaufwand realisierbare Festigkeitsprüfung, insbesondere von Kunststoffrohren und -behältern, zu ermöglichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht.deshalb in der Entwicklung . einer Vorrichtung, mit deren Hilfe die Belastung gekrümmter flächenhafter Körper bei Innendruck simuliert und unabhängig vom Elastizitätsmodul des Materials gemessen werden kann. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus zwei gegeneinander in gleichem Winkel zueinander stehenden, schwenkbar gelagerten, längenveränderlichen - beispielsweise teleskopartig ausgebildeten - Zugarmen, die an ihren Enden mit Spannbacken versehen sind, welche zur kraftschlüssigen Aufnahme einesJPrüfkörpers und zu dessen Sicherung während des Prüf-Vorganges besonders gestaltet sind. Die Lagerböcke für die Zugarme sind zweckmäßigerweise derart angeordnet, daß bei jedem Krümmungsradius und während der Belastung des Prüfkörpers der Neigungswinkel des Zugarmes denf Neigungswinkel der Tangente des Prüfkörpers an den Einspannstellen entspricht. In der Symmetrieebene zwischen den Zugarmen befin-

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det sich ein auf einem Fundament austauschbar verankerter Stempel, dessen obere, dem Krümmungsradius des Prüfkörpers entsprechend gewöibte Begrenzungsfläche so gestaltet ist, daß die zwischen ihr und dem Prüfkörper wirkenden Reibungskräfte so gering wie möglich gehalten werden können. Zur Messung der Druck- bzw, Zugkräfte sind im Fuß des Stempels und in" einem der beiden Zugarme bekannte Kraftmeßeinrichtungen zur Registrierung der auf die Querschnittsfläche des Prüfkörpers und • · auf den Stempel wirkenden Kräfte angebracht. Dabei sind die Skalen dieser Meßgeräte so geeicht, daß die Kräfte jeweils auf die Flächeneinheit bezogen gemessen werden, wobei das auf (' ι dem Zugarm befindliche Meßgerät die Tangentialspannung, die ^y-^J Kraftmeßeinrichtung des Stempels den jeweils entsprechenden,

auf den Prüfkörper wirkenden Innendruck anzeigt. Als Prüfkörper werden erfindungsgemäß Materialse"gmente von gleicher Krümmung und Wandstärke wie der später aus diesem Material herzustellende Gegenstand verwendet, auf deren konvexer Fläche Dehnungsmeßstreifen zur gleichzeitigen Ermittlung des SIa- : Btizitätsmoduls angebracht werden können. Die Enden des Prüfkörpers sind erfindungsgemäß derart ausgebildet., daß sie während des PrüfVorganges kraftschlüssig in die Spannbacken eingreifen. Der PrüfVorgang erfolgt, indem der in die Backen der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingespannte Prüfkörper durch

die Verkürzung der Zugarme über den Stempel bis zu seiner Zer-( ·) j störung tangential gezogen wird.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird mit geringem Aufwand mittels Simulation der in der Praxis herrschenden Druckverhältnisse eine exakte Messung der Tangentialspannung, des ihr entsprechenden Innendruckes sowie - im Bedarfsfall - des Elastizitätsmoduls der zu verwendenden Materialien erreicht. Der Aufwand für die Bereitstellung der verschiedenen, den Radien der Prüfkörper entsprechenden Stempel ist aufgrund der begrenzten Anzahl standardisierter Nennweiten für Rohre und Behälter vertretbar. Die Vorrichtung eignet sich für Prüfkörper, die späteren Nennweiten von ΐ= 200 mm 0 entsprechen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. In der beigefügten Zeichnung zeigt

Figur 1 eine Ansicht der Prüfvorrichtung

Figur 2 einen Prüfkörper in gestreckter Länge und seine Einspannung

Figur 3 einen Querschnitt durch den Prüfkörper entlang der Linie A-A der Figur 2

Der Prüfkörper 2 - für das Ausführungsbeispiel etwa 1/6 des , späteren Behälterumfanges ~ ist hier bereits in die Spann-./ backen 3 der Vorrichtung eingespannt. Die Sicherung 9 verhindert ein Herauswinden des Prüfkörpers aus der Einspannung unter Belastung, Die konkave Fläche des Prüfkörpers wird von dem Stempel 5 unterstützt, auf dessen konvexer,-an den Prüfkörper angrenzenden Fläche eine Schicht Kugeln oder Nadeln 6 angebracht ist, was eine fast reibungslose Lagerung des Prüfkörpers auf dem Stempel gewährleistet. Der Stempel wird von einem Fuß 10,. in den ein Kraftmesser 8 eingebaut und der mit dem Untergrund starr verbunden ist, getragen. Die Spannbacken sind über den Kraftmesser 7 mit dem im Lagerbock A beweglich angeordneten teleskopartigen Zugarm 1 verbunden, der auf verschiedene, bereits bekannte Art und 'Weise,, vorzugsweise hy-) draulisch, verkürzt oder verlängert werden kann. Anschlußleitung 11 ist die Zuleitung für das Arbeitsmedium der Hydraulik. Damit die Prüfvorrichtung für Prüfkörper verschiedener Wennweiten von Rohrleitungen oder Behältern angewandt werden kann, ist der Stempel 5 gegen solche mit anderen Krümmungsradien austauschbar, ebenso sind die Spannbacken 3 in bestimmten Bereichen der Größen der Prüfkörper austauschbar. Aus dem gleichen Grunde sind die Lagerblöcke 4- in der Hauptachse der Vorrichtung verschiebbar fixiert.

Werden die Zugarme 1 beiderseitig gleichmäßig verkürzt, so übt der Prüfkörper 2 auf den Stempel 5 einen Druck aus, der dem Innendruck des Hohlkörpers entspricht und vom Kraft- '

messer 8 gemessen wird. Durch die damit verbundene Aufweitung entstehen im Prüfkörper Spannungen, die am Innenrand größer als am Außenrand .sind. · · Auf der Skale des Kraftmessers 7 wird die mittlere im Prüfkörper auftretende Spannung angezeigt. Durch Addition eines Bruchteils m (0,5 <- m ^ 1) des am Kraftmesser 8 angezeigten Innendruckes kann die an der konkaven Seite (Innenseite) des Prüfkörpers auftretende größte Zugspannung leicht ermittelt werden.

Claims

Patentanspruch

1. Vorrichtung zur Prüfung der Festigkeit gekrümmter flächenhafter Körper, insbesondere von Segmenten zylindrischer Hohlkörper aus Kunststoffmischungen, gekennzeichnet dadurch, daß zwei gegeneinander in gleichem Winkel stehende, schwenkbar gelagerte, längenveränderliche Zugarme (1), die an ihren Enden mit zur kraftschlüssigen Aufnahme eines Prüfkörpers (2) ausgebildeten Spannbacken (3) versehen sind

und in deren Symmetrieebene ein senkrecht stehender Stempel (5) mit einer, dem Krümmungsradius des Prüfkörpers ;!\ entsprechend gewölbten und zur größtmöglichen Herabsetzung J) der Reibungskräfte zum Prüfkörper (2) besonders gestalteten oberen Begrenzungsfläche (6) sowie' bekannte Kraftmeßeinrichtungen (7? 8) angeordnet sind,

2. Vorrichtung nach Punkt 1,gekennzeichnet dadurch, daß die Zugarme (1) aus mehreren, teleskopartig ineinander verschiebbaren Teilen bestehen.

3. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Prüfkörper (2) Materialsegmente von gleicher Krümmung und Wandstärke wie der später herzustellende Gegenstand verwendet werden.

4-, Vorrichtung nach Punkt.1, gekennzeichnet dadurch, daß die ( Lagerböcke (4) für die Zugarme (1) in der Hauptachse der ^Ly Vorrichtung verschiebbar fixiert sind.

5. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die obere Begrenzungsfläche (6) des Stempels (5) beispielsweise mit einem Kugel- oder Nadellager versehen ist, um die Reibungskräfte zum Prüfkörper so gering wie möglich zu halten. ·

6. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Kraftmeßeinrichtungen (7ί 8) so geeicht sind, daß die Kräfte jeweils auf die Flächeneinheit bezogen gemessen werden können.

7..Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß auf der konvexen Fläche des Prüfkörpers (2) Dehnungsmeßstreifen zur Ermittlung des Elastizitätsmoduls des entsprechenden Materials, angebracht werden können.

8. Vorrichtung nach Punkt 1,gekennzeichnet dadurch, daß der Prüfkörper (2) und die Spannbacken (3) kraftschlüssig ineinandergreifen und mit einem Sicherungselement (9) versehen sind.

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