DD278040A3 - Einrichtung zur Belastbarkeitsprüfung von Stahlband - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Belastbarkeitspruefung von Stahlband, z. B. Spann-, Umreifungs- oder Verpackungsbandstahl unter praxisnahen Belastungsbedingungen. Vorzugsweise in Verbindung mit konventionellen prueftechnischen Einrichtungen wird ein Pruefwerkzeug vorgeschlagen, dass aus einem Mantelkoerper mit aufsetzbaren, auswechselbaren Biegeprisma besteht, wobei ersterer gelenkig mit dem oberen Spannwerkzeug der Belastungseinrichtung verbunden ist. Um diesen Pruefkoerper wird die auf Zug und Biegung zu pruefende Bandprobe gelegt. Danach werden die zusammengefuehrten Probenenden im unteren Spannwerkzeug eingespannt. Biegeradius und -winkel des Prismas sind variierbar. Die Einrichtung erlaubt eine voneinander unabhaengige Variation der Hoehe der beaufschlagten Biege- und Zugspannung an dem zu pruefenden Band. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Belastbarkeitsprüfung von Stahlband, z.B. Spann-, Umreifungs-oder Varpackungsbandstahl unter praxisnahen Belastungsbedingungen.

Charakterisierung der bekannten technischen Lösungen

Die Qualitätsbeurteilung bzw. Bewertung der Belastbarkeit bzw. Beanspruchbarkeit, insbesondere von Verpackungs- und Umreifungsbandstahl, für den Belastungsspitzen vorzugsweise an Kanten von Packeinheiten auftreten, erfolgt bislang ausschließlich über Angaben zu Bruchfestigkeit, Streckgrenze und Bruchdehnung aus dem Zugversuch. Diese Größen beschreiben das Gebrauchsverhalten, die Bruchsicherheit, insbesondere in vorverformten Bandbereichen (z. B. an Kanten von Blechpaketen), die Belastbarkeit beim Spannen des Bandes sowie Belastbarkeitsreserven nur mangelhaft. Die Empfehlung zum Einsatz von Bandstahl mit hoher „Schockreserve" für Verpackung bzw. Umreifung von sehr schwerer, bei Transport und Umschlag häufig stoßar'ig belasteten Packeinheiten und die Gewährleistung hoher Bruchdehnung hierfür, wie sie von Seiten der Verpackungsband-Hersteller erfolgt, sind kein geeignetes Mittel zur Bewertung und Überprüfung der Eignung dieser Materialien (Firmenschrift Fa. Titan Umreifungstechnik GmbH/BRD „Verpackungsstahlband" 01 /84). Eine bessere Beurteilung im Zusammenhang mit o.g. Verwendungszwecken ermöglichen das Spannungs-Verlängerungs-Diagramm und die Gleichmaßdehnung aus dem Zugversuch sowie das Energieaufnahmevermögen des Bandstahls bis zum Bruch. Alle diese Kenngrößen werden jedoch nur dann zu sinnvollen Beurteilungskritorien, wenn weitere Kennwerte υ id Bedingungen im gegebenen Zusammenhang berücksichtigt werden, wie z. B. Banddicke, Biegeradien, Bandkantenzustände (Kantenverfestigungen, Schnittgrad), relative Höhe von Zug- und Biegespannungen, Größe von plastischen Verformungsbeträgen u.a. Dies gilt auch für weitere Prüfeinrichtungen, -verfahren und daraus ableitbare Werkstoffkennwerte, wie das Ergebnis aus Dornbiegeversuch (z.B. nach TGL 15686) einschließlich Modifikationen, Faltversuch und Hin- und Herbiegeversuch (z. B. nach TGL 12233), die jeweils nur Umformbarkeits-, jedoch keine Belastbarkeitskennwerte liefern. Dies trifft auch für das in der US-PS 3868849 beschriebene Gerät zu, bei dem eine an einem Ende auf einer Grundplatte und am anderen Ende auf einem auf der Grundplatte über einen Zapfen schwenkbar gelagerten Hebel eingespannte, streifenförmige Metallprobe über diesen Zapfen gezogen und dabei verlängert wird, wobei der erreichte Drehwinkel ein Maß für die Verformbarkeit der Probe ist. Belastungsspannungen sind aus diesem Versuch nicht ableitbar.

Eine ähnliche Einrichtung, in diesem Falle zur Beurteilung des Einflusses von Biege- und Streckumformung von Streifenproben auf die Haltbarkeit von Blechüberzügen (Beschichtungen), ist in der US-PS 3636768 beschrieben, bei der anstatt des Zapfens eine gerundete Biegekante verwendet wird und das Blech zusätzlich geführt ist. Auch hier sind nur Umformbeträge auswertbar.

Eine vom Charakter her technologische Methode zur Beurteilung der Belastbarkeit von Umreifungen oder auch der Verpackungssicherheit unter Transportbedingungen sind Waggonauflaufversuche mit variierter Auffahrgeschwindigkeit (kinetische Energie bewegter Massen), bei denen der Zustand von Umreifungen nach der Belastung (Beschädigung, Bruch, unbeschädigter Zustand) beurteilt wird

Wesentliche Nachteile sind:

- hoher zeitlicher und technischer Aufwand,

- Starker Einfluß von Verpackungs-Randbedingungen (Masse, Form und Anordnung der Transporteinheiten, Arretierung, Vorspannung, Anzahl und Anordnung von Umreifungen), d.h., es ist mit größerer Ergebnisstreuung und erforderlichen Parallelversuchen zu rechnen.

- die jeweiligen Bruchspannungen des Verpackungs-/Umreifungsbandes sind nicht meßbar, Ergebnisse sind nicht quantifizierbar und können damit nicht auf abweichende Belastungsbedingungen übertragen werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den sich aus der verfügbaren konventionellen Prüftechnik zur Bewertung mechanischer Eigenschaften von Bandstahl ergebenden Nachteil hinsichtlich Fehlens von Bestimmungsmöglichkeiten beanspruchungsadäquater Kennwerte für Verpackungs- biw. Umreifungsbandstahl zu überwinden und eine für den Zweck geeignete Prüftechnik vorzuschlagen.

Darstellung des Wesens der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Prüfeinrichtung zu schaffen, die es erlaubt, den zu beurteilenden Werkstoff bzw. Bandstahl in der einzusetzenden Form in variierbarer und meßbarer Höhe solchen Beanspruchungen bzw. Belastungen zu unterwerfen, wie sie im praktischen Einsatz als Kombination elastisch-plastischer Biegeverformung mit überlagerter Zugspannung unterschiedlicher Höhe auftreten und die jeweiligen Belastbarkeitsgrenzen für das Band zu ermitteln.

Erfindungsgemäß besteht die Einrichtung aus einem Geräteteil, «Jas in Verbindung mit einer Belastungseinrichtung, in der Regel einer Zug- bzw. Zug-Druck-Prüfmaschine oder einer ähnlichgearteten Einrichtung, z. B. auf der Basis eines leistungsfähigen pneumatischen Spanners mit bekanntem Pneumatik-Vordruck-Spannkraft-Diagramm, die auf einen zwischen zwei Spannwerkzeugen eingespannten Stab eine Zugkraft meßbarer Größe ausüben kann, in der Lage ist, auf ein zu prüfendes, in seiner Längsrichtung zugbeanspruchtes Stahlband gleichzeitig eine Biegung mit Biegekantenlage quer zur Bandlängsrichtung bei wählbarem Biegeradius aufbringen zu können.

Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht aus einem Mantelkörper in vorzugsweise zylindrischer Grundform. Auf dem Mantelkörper ist ein auswechselbares Biegeprisma mit parallel zur Zylinderachse verlaufender Biegekante und variierbarem Biegeradius aufgesetzt. Durch eine kettengliedartige Aufhängung, bestehend aus beidseitig vom Mantelkörper an seiner Stirnseite angeordneten Laschen mit Verbindiingssteg, ist dieser Körper über eine stabförmige Verlängerung mit einem Spannwerkzeug der Belastungseinrichtung verbunden.

Die auf Zug und gleichzeitig auf Biegung zu prüfende Bandprobe wird über den Mantelkörper und das Biegeprisma gelegt. Die zusammengeführten Probenenden werden in der zweiten, dem erstgenannten Spannwerkzeug gegenüberliegend angeordneten Einspanneinrichtung befestigt. Durch die aufgebrachte Zugkraft wird das zu prüfende Band, indem es über die gerundete Kante des Biegeprismas gezogen wird, in analoger Weise wie über eine Paketkante gespanntes Umreifungsband gleichzeitig auf Zug und Biegung beansprucht. Über an sich bekannte Kraftmeßeinrichtungen werden die bis zur Zerstörung des Bandes übertragbaren Zugkräfte zur Anzeige gebracht.

Ausfü!.rungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel njher erläutert werden. Die dazugehörende Zeichnung zeigt in

Fig. 1: eine Prinzipskizze der Zugbiegeprüfeinrichtung.

Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht aus einem Mantelkörper 1 mit Biegeprisma 2, die aus einem höherfesten Bandstahl gefertigt und deren Außenflächen geschliffen sind.

Der Mantelkjrper 1 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist in seinem oberen Teil eine Abflachung zur Aufnahme des 90°-Biegeprismas 2 auf. Das Biegeprisma 2 hat im vorliegenden Fall einen Biegeradius r von 0,5mm. Der Mantelkörper 1 ist in seiner Längsachse mit einer Bohrung versehen. In ihr lagern beweglich in Form einer kettengliedartigen Aufhängung beidseitig vom Prüfwerkzeug Laschen 4, die übur ein Verbindungsteil 7 im oberen Spannwerkzeug 5 der Prüfmaschine kraftschlüssig eingespannt sind.

Nachdem die Mantelfläche des Mantelkörpers 1 mit einer gleitfördernden Paste aus Molyodändisulfid behandelt wurde, wird das zu prüfende Stahlband 3 mit einer Breite von 32 mm über das Biegeprisma 2 und den Manielkörper 1 gelegt und nach Zusammenlegen der heruntergebogenen Probenenden in das untere Spannwerkzeug 6 eingespannt, von dem die Zugkraft ο während des Versuches ausgeübt wird.

Für einige Beispielswerkstoffe wurden folgende Prüfergebnisse erzielt:

Werkstofftyp	Band-bzw. Probendicke	Rm	Parameter Zugversuch	W " » spo/.	Ergebnis Zugbiege versuch
		MPa	A5	Jm~'mm 2	Bruchfestigkeit anderBicgekanto
	mm	848 911 765	%	14,0 14,7 14,6	MPa
territisch-perlitisch, kaltgewalzt und kristall erholend behandelt	0,87 0,77 0,77	1000	16,5 16,2 19,1	15,0	401 636 761
kaltgewalzt und patentiert	0,80	1133	15,0	14,7	833
kaltgewalzt und zwischen stufenvergütet	1,00	13,0	812

1 W,p„ (Jm"¹ mm ²I = R_n, IMPa) χ A₅(%)x 10 ³ (spezifisches Arbeitsvermögen bzw. Energieabsorptionsvermögen als Näherungswert)

Die Ergebnisse des Zugbiegeversuchs korrespondieren weitgehend mit dem im Waggonauflaufversuch ermittelbaren relativen Werkstoffverhalten.

Die aus dem konventionellen Zugversuch ableitbaren Ergebnisse widerspiegeln das praktische Einsatzverhalten nur ungenügend. Geeignete Parameterkombinationen sind zweckmäßigerweise an den Ergebnissen des „Zugbiegeversuchs" zu me§sen.

Claims (5)

1. Einrichtung zur Belastbarkeitsprüfung von Stahlband, bestehend aus einer Belastungseinheit zur Erzeugung von der Größe her einstellbarer, an den Spannmitteln bzw. Spannwerkzeugen, z. B. Spannzangen, angreifender Zugkräfte und einem Prüfwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfwerkzeug aus einem Mantelkörper (1) mit quer zur Belastungsrichtung liegender Achse besteht, an dessen beiden Stirnseiten kettengliedartig angebrachte, über einen Steg miteinander verbundene Laschen (4) angeordnet sind, die mittels dieses Stegteils in eines der beiden Spannwerkzeuge (5) der Belastungseinrichtung eingehängt sind, wobei der Mantelkörper (1), über den die bandförmige Probt (3) geführt, um annähernd 180° Grad umgelenkt bzw. gebogen und mit beiden, nach der Umlenkung aneinanderliegenden Enden in das zweite, dem ersten gegenüberstehenden Spannwerkzeug (7) der Belastungseinrichtung eingespannt ist, mit einer auf der Seite des erstgenannten Spannmittels (5) längs zur Mantelachse verlaufenden, im Radius (r) variierbaren Biegokante versehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfwerkzeug bzw. der Mantelkörper (1) aus einem zylindrischen Grundkörper und auswechselbar auf die in diesem Bereich ggf. abgeflachte Mantelfläche aufsetz- und austauschbaren prismatischen Biegekörpern (2) mit parallel zur Zylinderachse verlaufender Biegekante und von Biegekörper (2) zu Biegekörper (2) variierbarem Biegeradius (r) besteht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegekörper (2) evif einen Biegowinkel von vorzugsweise 90° (90°-Prismen) eingestellt sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungseinrichtung eine übliche Zug- bzw. Zug-Druck-Prüfmaschine mit quasistatischer oder auch impulsartig wechselnder Beanspruchung des Prüfstreifens (3) ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der als Träger des Biegeprismas (2) sowie der knickfreien Umlenkung der Prüfstreifen (3) zur Einspannung hin dienende, vorzugsweise zylindrische bzw. mit gekrümmten Mantelflächen versehene Mantelkörper (1) in den Anlagebereichen des Prüfstreifens (3) mit einer gleitfördernden Schicht, z. B. aus Tetrafluoräthylen versehene, oder einer gleitfördernden Substanz, z. B. Molybdänaisulfid, behandelt ist.