DE10124064A1 - Prüfvorrichtung für Zug- und/oder Druckproben - Google Patents

Abstract

Eine Prüfvorrichtung mit in einem Belastungsrahmen (1) angeordneten zwei Spannköpfen zur Einspannung einer Zug- und/oder Druckprobe (3) und einem an einem der Spannköpfe angreifenden Krafterzeuger weist eine im Kraftschluß der Prüfvorrichtung liegende Axialkraft-Meßeinrichtung auf. Mindestens einer der beiden Spannköpfe (2) ist mit einer die unmittelbar in die Probenenden der Zug- und/oder Druckprobe (3) eingeleiteten Momente erfassenden Momentmeßeinrichtung (15) versehen, die mit einer Auswerteschaltung (22) verbunden ist. Der Spannkopf (2) weist in einem Spannrahmen (5) zwei durch einen Spannantrieb (11) in entgegengesetzter Richtung quer zur Zugrichtung gegen das Probenende spannbare Querkraft-Torsionsaufnehmer (15) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung für Zug- und/oder Druckproben mit in einem Belastungsrahmen angeordneten zwei Spannköpfen zur Einspannung einer Zug- und/oder Druckprobe, mit einem an einem der Spannköpfe angreifenden Krafterzeuger, einer im Kraftschluß der Prüfvorrichtung liegenden Axialkraft-Meßeinrichtung, mit mindestens einer Momentmeßeinrichtung und mit einer Auswerteschaltung.

Mit derartigen Prüfvorrichtungen wird im Idealfall eine einachsige Zug- und/oder Druckbeanspruchung der Zug- und/oder Druckprobe ausgeführt. In der Praxis ist jedoch nicht zu vermeiden, dass die Krafteinleitung in die Zug- und/oder Druckprobe exzentrisch und/oder schräg erfolgt. Bei den Störeinflüssen, die sich auf den Zug- und/oder Druckversuch auswirken, ist zwischen äußeren Kräften und Momenten und inneren Kräften und Momenten zu unterscheiden. Die bei bekannten Prüfvorrichtungen zusätzlich zur Axialkraft-Meßeinrichtung eingesetzte Momentmeßeinrichtung kann nur äußere Momente erfassen, die beispielsweise durch Abweichungen von einer rein axialen Beanspruchung der Zug- und/oder Druckprobe verursacht werden, insbesondere durch Versatz- und Winkelfehler beim Ausrichten der Prüfvorrichtung und bei unsymmetrischer Verformung des Belastungsrahmens der Prüfvorrichtung. Dagegen können die insbesondere durch Versatz- und Winkelabweichungen beim Einspannung der Zug- und/oder Druckprobe verursachten inneren Kräfte und Momente mit einer äußeren Momentmeßeinrichtung nicht erfaßt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Prüfvorrichtung der eingangs genannten Gattung so auszubilden, dass alle zusätzlich zu der gewollten Axialkraft auftretenden, den Zug- und/oder Druckversuch störenden Kräfte und Momente erfaßt werden, damit sie zur Korrektur des Versuchsergebnisses herangezogen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens einer der beiden Spannköpfe, vorzugsweise jeder der Spannköpfe, mit einer die unmittelbar in die Probenenden der Zug- und/oder Druckprobe eingeleiteten Momente erfassenden Momentmeßeinrichtung versehen ist, die mit der Auswerteschaltung verbunden sind.

Damit werden sowohl die äußeren als auch die inneren Störmomente gemessen, die als Zusatzbeanspruchungen der Zug- und/oder Druckprobe auftreten. Damit können die Meßergebnisse rechnerisch korrigiert werden, um die Versuchsstreuungen zu minimieren. Auf eine gesonderte, im Kraftschluß der Prüfvorrichtung liegende Momentmeßeinrichtung kann dabei verzichtet werden, die ohnehin nur die äußeren Störmomente erfassen würde.

Bevorzugt weist der Spannkopf in einem Spannrahmen zwei durch einen Spannantrieb in entgegengesetzter Richtung quer zur Zug- und/oder Druckrichtung gegen das Probenende spannbare Querkraft-Torsionsaufnehmer auf. Diese bilden gemeinsam die Momentmeßeinrichtung des einzelnen Spannkopfs. Die auf die Zug- und/oder Druckprobe ausgeübte Axialkraft wirkt als Querkraft auf die beiden Querkraft- Torsionsaufnehmer. Eine Differenz zwischen den in beiden Aufnehmern gemessenen Querkräften entspricht einem in der einen Achse wirkenden Störmoment an der Probeneinspannung. An den Aufnehmern auftretende und gemessene Torsionsbeanspruchungen entsprechen dem Störmoment um die andere Achse. Wenn vorzugsweise auch der andere Spannkopf in gleicher Weise ausgestaltet ist, werden die in den beiden senkrecht zueinander verlaufenden Achsen ausgeübten Störmomente auch am anderen Spannkopf erfaßt und ebenfalls der Auswerteschaltung zugeleitet, um die Meßergebnisse des Zugversuchs rechnerisch zu korrigieren.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:

Fig. 1 in vereinfachter räumlicher Darstellung eine Prüfvorrichtung mit einer eingespannten Zug- und/oder Druckprobe,

Fig. 2 in einer Seitenansicht und teilweise im Schnitt einen der beiden Spannköpfe der Prüfvorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2 und

Fig. 4 einen Spannkopf in einer Darstellung entsprechend der Fig. 2, der mit einer Winkeleinstelleinrichtung verbunden ist.

Die in Fig. 1 stark vereinfacht dargestellte Prüfvorrichtung weist einen Belastungsrahmen 1 auf. Zwischen zwei Spannköpfen 2 ist eine Zug- und/oder Druckprobe 3 eingespannt. Der obere Spannkopf 2 ist unmittelbar mit dem Belastungsrahmen 1 verbunden. Der untere Spannkopf 2 ist über einen Krafterzeuger 4 mit dem Belastungsrahmen 1 verbunden. Der Krafterzeuger 4 ist beispielsweise ein Hydraulikzylinder.

Die Fig. 2 und 3 zeigen Einzelheiten eines der beiden Spannköpfe 2. Jeder Spannkopf 2 weist einen Spannrahmen 5 auf, der im wesentlichen aus zwei U-förmigen Bügeln 6, 7 besteht, die horizontal gegeneinander beweglich sind. Mehrere horizontale Zugschrauben 8 gehen von dem einen Bügel 6 aus und erstrecken sich durch Bohrungen 9 des anderen Bügels 7 und sind in ein Gehäuse 10 eines Spannantriebs 11 eingeschraubt. Der Spannantrieb 11 weist in einer Zylinderbohrung 12 einen hydraulisch beaufschlagbaren Spannkolben 13 auf, der gegen den Bügel 7 drückt. Die beiden Bügel 6, 7 werden durch Schraubendruckfedern 14 auseinander gedrückt.

Zwischen den Innenseiten der beiden Bügel 6, 7 sind zwei Querkraft-Torsionsaufnehmer 15 angeordnet, die an ihren einander zugekehrten Seiten jeweils eine vorzugsweise gezahnte Spannbacke 16 tragen. Mittels des Spannantriebs 11 sind die beiden Querkraft-Torsionsaufnehmer 15 mit ihren Spannbacken 16 in entgegengesetzter Richtung gegen das Probenende 3a der Zug- und/oder Druckprobe spannbar.

Jeder Spannkopf 2 ist über zwei in Spannrichtung des Spannantriebs 11, d. h. horizontal, schwenkbare Lenker 17 (Fig. 2) mit dem Belastungsrahmen 1 bzw. dem Krafterzeuger 4 verbunden. Jeder Lenker 17 ist an seinem einen Ende über ein Biegegelenk 18 mit einem gabelförmigen Endabschnitt 17a verbunden, dessen beide Gabelenden mit den Schenkeln des jeweils zugeordneten U-förmigen Rahmens 6 bzw. 7 fest verbunden sind.

Die beiden Lenker 17 sind jeweils über ein Biegegelenk 19 mit einem rahmenseitigen Endabschnitt 17b gelenkig verbunden, die von beiden Seiten an einem Verbindungsstück 20 angeschraubt sind. Das Verbindungsstück 20 kann jeweils über Schrauben 21 unmittelbar mit dem Querholm des Belastungsrahmens 1 oder mit dem Krafterzeuger 4 verbunden sein.

Alle Querkraft-Torsionsaufnehmer 15 sind elektrisch mit einer Auswerteschaltung 22 verbunden (Fig. 1). Jeder Querkraft-Torsionsaufnehmer 15 liefert ein Querkraftsignal, das der auf ihn wirkenden Querkraft entspricht. Die Summe der auf die beiden Querkraft-Torsionsaufnehmer 15 eines Spannkopfs 2 einwirkenden Querkräfte entspricht der auf die Zug- und/oder Druckprobe 3 übertragenen Axialzugkraft. Die beiden zusammenwirkenden Querkraft-Torsionsaufnehmer 15 bilden somit die Axialkraft-Meßeinrichtung der Prüfvorrichtung.

Stattdessen kann aber auch im Kraftfluß der Prüfvorrichtung eine gesonderte Axialkraft-Meßeinrichtung vorgesehen werden.

Eine etwaige Differenz zwischen den in den beiden Querkraft-Torsionsaufnehmern 15 gemessenen Querkräfte liefert ein Maß für ein Moment M_x um eine horizontale Achse x, das an dem einen Probenende in die Zug- und/oder Druckprobe 3 eingeleitet wird. Das um eine senkrecht zur Achse x verlaufende horizontale Achse y in das Probenende eingeleitete Momente M_y wird als Torsion der beiden Querkraft-Torsionsaufnehmer 15 erfaßt.

In gleicher Weise liefern die beiden Querkraft- Torsionsaufnehmer 15 des anderen Spannkopfs 2 ebenfalls Signale an die Auswerteschaltung 22, die den um die beiden horizontalen Achsen x,y dieses anderen Spannkopfs 2 ausgeübten Momenten entsprechen. In der Auswerteschaltung 22 werden die durch die in die Zug- und/oder Druckprobe 3 eingeleiteten Momente verursachten Zusatzbeanspruchungen ermittelt und die Meßergebnisse werden rechnerisch korrigiert.

Sollen die aus diesen Zusatzbeanspruchungen hergeleiteten Störungen vermieden werden, so ist es auch möglich, die in Fig. 4 gezeigte Ausgleichseinrichtung für einen oder jeden der beiden Spannköpfe einzusetzen. Der jeweils mit den beiden Lenkern 17 verbundene Anschlußkörper 20 ist hierbei über ein Kreuzfedergelenk 23 mit dem Belastungsrahmen 1 bzw. dem Kraftantrieb 4 verbunden. Das Kreuzfedergelenk 23 weist zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Federgelenke 24 und 25 auf und bildet einen Teil einer mit dem Spannkopf 2 verbundenen Winkeleinstelleinrichtung 26. Eine mit dem Anschlußkörper 20 verschraubte Schwenkplatte 27 ist mit einer das Kreuzfedergelenk 23 umgebenden Hülse 28 verbunden. Zwei von der Hülse 28 radial nach außen vorspringende Führungsrollen 29, deren Achse sich quer zur Gelenkrichtung des Federgelenks 24 erstreckt, greifen in eine drehbare Kurvenscheibe 30, die über ein Wälzlager 31 und einen äußeren Lagerring 32 an einer Grundplatte 33 abgestützt ist.

Die Kurvenscheibe 30 ist über einen Riementrieb 34 mit einem regelbaren Servomotor 35 verbunden. Bei einer Drehung der Kurvenscheibe 30 erfolgt eine Schwenkung um die Gelenkrichtung des oberen Federgelenks 24.

In entsprechender Weise ist die Hülse 28 mit zwei Führungsrollen 36 versehen, deren gemeinsame Achse quer zur Gelenkrichtung des unteren Federgelenks 25 verläuft und die mit einer drehbaren Kurvenscheibe 37 in Eingriff stehen. Die Kurvenscheibe 37 ist über eine Wälzlagerung 38 an einem Tragring 39 gelagert, der ebenfalls an der Grundplatte 33 befestigt ist.

Über einen Riementrieb 40 kann die Kurvenscheibe 37 von einem Servomotor 41 zu einer Drehbewegung angetrieben werden. Bei einer Drehung der Kurvenscheibe 37 erfolgt eine Schwenkung um die Achse der Gelenkrichtung des unteren Federgelenks 25.

Jeder Spannkopf 2 ist somit mit einer mittels den Schwenkantrieben 35 und 41 um zwei Achsen verstellbaren Winkeleinstelleinrichtung verbunden. Die am jeweiligen Spannkopf 2 angreifende Winkeleinstelleinrichtung 26 bewirkt jeweils eine Schwenkung um die Gelenkrichtung der beiden rechtwinklig zueinander gerichteten einzelnen Federgelenke 24 bzw. 25. Die beiden Schwenkantriebe 35, 41 sind durch eine mit der Auswerteschaltung 22 verbundenen Steuerschaltung in Abhängigkeit von den an den Einspannungen gemessenen Momenten so steuerbar, dass diese Momente zu Null werden. Die Einspannungen der Zug- und/oder Druckprobe 3 sind dann momentenfrei.

Claims (7)

1. Prüfvorrichtung für Zug- und/oder Druckproben mit in einem Belastungsrahmen angeordneten zwei Spannköpfen zur Einspannung einer Zug- und/oder Druckprobe, mit einem an einem der Spannköpfe angreifenden Krafterzeuger, einer im Kraftschluß der Prüfvorrichtung liegenden Axialkraft- Meßeinrichtung, mit mindestens einer Momentmeßeinrichtung und mit einer Auswerteschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der beiden Spannköpfe (2) mit einer die unmittelbar in die Probenenden der Zug- und/oder Druckprobe (3) eingeleiteten Momente erfassenden Momentmeßeinrichtung (15) versehen ist, die mit der Auswerteschaltung (22) verbunden sind.

2. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Spannköpfe (2) mit einer Momentmeßeinrichtung (15) versehen ist.

3. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannkopf (2) mit einem Spannrahmen (5) zwei durch einen Spannantrieb (11) in entgegengesetzter Richtung quer zur Zugrichtung gegen das Probenende spannbare Querkraft- Torsionsaufnehmer (15) aufweist.

4. Prüfvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannkopf (2) über zwei in Spannrichtung schwenkbare Lenker (17) mit dem Belastungsrahmen (1) bzw. dem Krafterzeuger (4) verbunden ist.

5. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannkopf (2) mit einer mittels Schwenkantrieben (35, 41) verstellbaren Winkeleinstelleinrichtung (26) verbunden ist, deren Schwenkantriebe (35, 41) durch eine Steuerschaltung in Abhängigkeit von den gemessenen Momenten steuerbar ist.

6. Prüfvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannkopf (2) über ein Kreuzfedergelenk (23) mit dem Belastungsrahmen (1) bzw. dem Kraftantrieb (4) verbunden ist, und dass die am Spannkopf (2) angreifende Winkeleinstelleinrichtung (26) jeweils eine Schwenkung um die Gelenkrichtung der beiden rechtwinklig zueinander gerichteten einzelnen Federgelenken (24, 25) bewirkt.

7. Prüfvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Spannkopf (2) mit einer mittels Schwenkantrieben (35, 41) verstellbaren Winkeleinstelleinrichtung (26) verbunden ist