DE102008041133A1

DE102008041133A1 - Method for determining bond strength between two interconnected material layers in composite material, involves connecting two interconnected material layers together along bonding plane, where cutting tool proceeds along bonding plane

Info

Publication number: DE102008041133A1
Application number: DE200810041133
Authority: DE
Inventors: Arne Roßberg; Thomas Enghof
Original assignee: Federal Mogul Wiesbaden GmbH
Current assignee: Federal Mogul Wiesbaden GmbH
Priority date: 2008-08-08
Filing date: 2008-08-08
Publication date: 2010-02-11

Abstract

The method involves connecting two interconnected material layers together along a bonding plane, where a cutting tool (112) proceeds along the bonding plane of a probe (116) by a blade. The force required for the feed motion is measured at a section of the feeding path. The material layers have different resistance, and the blade is tracked perpendicular to the bonding plane. An independent claim is included for a device for determining the bond strength between two interconnected material layers in a composite material.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung der Bindungsfestigkeit zwischen zwei entlang einer Bindungsebene miteinander verbundenen Materialschichten in einem Verbundwerkstoff.The The invention relates to a method and a device for determination the bond strength between two along a bond plane with each other connected material layers in a composite material.

Gängige Prüfverfahren zur Ermittlung der Bindungsfestigkeit von Verbundwerkstoffen lassen sich in vier Gruppen einteilen:

1. Bei Schertests verlaufen die eingeleiteten Kräfte im Wesentlichen parallel zur Bindungsebene. Eine Probe aus dem Verbundwerkstoff wird vor dem Test so präpariert, dass eine Bindungsfläche oder -zone definierter Abmessungen isoliert stehen bleibt, wobei die entgegengesetzten Enden der Probe jeweils mit nur einer der Materialschichten in der Verbindungszone verbunden ist. Die Probe wird dann an ihren entgegengesetzten Enden parallel zur Bindungsebene auseinander gezogen. Hierbei kommt üblicherweise eine Zugprüfmaschine zum Einsatz, mit der die benötigte Kraft aufgezeichnet wird. Ein Sonderfall des Schertests ist die in Fachkreisen als „pip-shear-Test” bezeichnete Werkstoffprüfung, bei der eine Materialschicht bis auf einen inselförmigen Bereich definierter Abmessung abgetragen wird, der unter Kraftmessung in einem Scherprozess von der darunter liegenden Materialschicht abgetrennt wird. Die Probenpräparierung erfordert einen relativ hohen Aufwand, so dass eine routinemäßige, in den Herstellungsprozess zeitnah eingebundene Prüfung des Verbundmaterials zur Qualitätssicherung nicht durchführbar ist.
2. Bei Stirnzugversuchen verlaufen die eingeleiteten Kräfte im Wesentlichen senkrecht zur Bindungsebene. Eine Probe muss auch hier präpariert werden, indem eine oder mehrere definierte Bindungszonen so isoliert werden, dass entgegengesetzt wirkende Zugkräfte an den beiden Materialschichten so angreifen können, dass diese näherungsweise senkrecht zu der Bindungsebene auseinander gezogen werden. Wie bei den Schertests ist der Aufwand der Probenpräparierung daher sehr hoch. Ferner ist diese Methode nicht durchführbar, wenn nur eine der Materialschichten sehr dünn ist, da eine senkrecht an der isolierten dünnen Materialschicht angreifende Zugkraft zur Zerstörung derselben außerhalb der Bindungszone führt.
3. Schältests verlaufen so, dass die beiden Materialschichten ohne definierten Kraftverlauf voneinander abgezogen werden. Es tritt hierbei in der Bindungszone eine Kombination aus Biegemomenten, Querkräften und Zugkräften auf. Die insgesamt aufgebrachte Zugkraft kann quantitativ wiederum mit einer Zugprüfmaschine bestimmt werden. Die Probe wird für diesen Test so präpariert, dass die Materialschichten an einem Ende der Probe getrennt gegriffen und auseinander gezogen werden können. Auch bei diesem Test ist der Präparationsaufwand also relativ hoch. Ferner ergibt sich auch hier das Problem, dass eine dünne Materialschicht außerhalb der Bindezone zum Abreißen neigt.

Common test methods for determining the bond strength of composites can be divided into four groups:

1. In shear tests, the introduced forces are essentially parallel to the bond plane. A sample of the composite is prepared prior to testing so that a bonding surface or zone of defined dimensions remains isolated with the opposite ends of the sample each connected to only one of the layers of material in the bonding zone. The sample is then pulled apart at its opposite ends parallel to the bond plane. In this case, usually a tensile testing machine is used, with which the required force is recorded. A special case of the shear test is the material test referred to in professional circles as "pip-shear test", in which a material layer is removed down to an insular area of defined dimension, which is separated under force measurement in a shearing process from the underlying material layer. The sample preparation requires a relatively high effort, so that a routine, integrated in the manufacturing process promptly testing the composite material for quality assurance is not feasible.
2. In Stirnzugversuchen the introduced forces are substantially perpendicular to the bond plane. A sample must also be prepared here by isolating one or more defined binding zones so that oppositely acting tensile forces on the two material layers can attack so that they are pulled apart approximately perpendicular to the binding plane. As with the shear tests, the cost of sample preparation is therefore very high. Furthermore, this method is not feasible if only one of the layers of material is very thin, since a tensile force acting perpendicularly on the isolated thin layer of material leads to the destruction of the same outside of the bonding zone.
3. Peel tests run so that the two layers of material are subtracted from each other without defined force. In this case, a combination of bending moments, transverse forces and tensile forces occurs in the binding zone. The total applied tensile force can in turn be determined quantitatively with a tensile testing machine. The sample is prepared for this test so that the layers of material at one end of the sample can be gripped and pulled apart separately. Also in this test, the preparation effort is therefore relatively high. Furthermore, there is also the problem here that a thin layer of material outside the binding zone tends to tear.

Einen Sonderfall des Schältests stellt eine manuelle Prüfmethode dar, bei der mit einem Hammer und einem Meißel die Auflagenschicht von der darunter liegenden Trägerschicht abgestemmt wird. Hierbei kommt es insbesondere im Randbereich der Meißelspur zu Abschälungseffekten, deren Dimension und Aussehen qualitative Rückschlüsse auf die Qualität der Bindung zulassen. Hierfür ist allerdings eine hohe praktische Erfahrung vonnöten. Repräsentative quantitative Aussagen über die Bindungsfestigkeit lassen sich nicht treffen.a Special case of peel test provides a manual test method in which, with a hammer and a chisel, the overlay layer of the underlying carrier layer is staked off. This occurs especially in the edge region of the chisel track to peeling effects, their dimension and appearance qualitative conclusions about the quality of the bond allow. Therefor However, a high practical experience is needed. Representative about quantitative statements the bond strength can not be met.

Insbesondere bei metallischen Verbundwerkstoffen für Gleitlagerelemente (Lagerschalen, Buchsen, etc.) werden sehr dünne Auflagen oder Funktionsschichten (Lagerwerkstoffschicht, Gleitschicht) mit Dicken von wenigen Mikrometern bis wenigen zehntel Millimetern auf vergleichsweise dicke Stahlstützschichten oder Substrate aufgetragen. Es entsteht ein Mehrschichtwerkstoff, dessen einzelne Schichten sehr unterschiedliche Festigkeiten aufweisen. Gerade in solchen Fällen liefern die vorgenannten Scher-, Zug- und Schältests keine zuverlässigen Parameter. Ferner ist die Präparierung der Proben in allen Fällen recht aufwändig.

4. Auch mittels zerstörungsfreier Messverfahren können Erkenntnisse über die Bindungsfestigkeit in einem Verbundwerkstoff gewonnen werden. Beispielhaft seien hier Ultraschall-, IR- oder Wirbelstrommessungen genannt. Die gemessenen physikalischen Effekte sind jedoch nur indirekte Indikatoren für die Bindungsfestigkeit. Auch andere Materialeigenschaften beeinflussen die Messergebnisse, so dass hieraus nur sehr ungenau auf die tatsächliche Festigkeit der Bindung geschlossen werden kann.

Particularly in the case of metal composite materials for plain bearing elements (bearing shells, bushings, etc.), very thin layers or functional layers (bearing material layer, sliding layer) with thicknesses of a few micrometers to a few tenths of a millimeter are applied to comparatively thick steel backing layers or substrates. The result is a multi-layer material whose individual layers have very different strengths. Especially in such cases, the aforementioned shear, tensile and peel tests provide no reliable parameters. Furthermore, the preparation of the samples in all cases is quite complex.

4. Non-destructive measuring methods can also be used to obtain information about the bond strength in a composite material. By way of example, ultrasound, IR or eddy current measurements may be mentioned here. However, the measured physical effects are only indirect indicators of bond strength. Other material properties also influence the measurement results, so that from this it is possible to deduce only very inaccurately the actual strength of the bond.

Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß ein Verfahren und eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung der Bindungsfestigkeit bereitzustellen, welches auf einfache und deshalb kostengünstige Weise reproduzierbare Messresultate liefert, die weitestgehend unabhängig von der Zusammensetzung des Verbundwerkstoffes sind.task Accordingly, it is a method of the invention and a device for quantitative determination of bond strength provide, which in a simple and therefore cost-effective manner reproducible measurement results that are largely independent of the composition of the composite are.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The The object is achieved by a Method with the features of claim 1 and by a Device solved with the features of claim 11. Advantageous developments of the method and the device are given in the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass ein Schneidwerkzeug mit seiner Schneide entlang der Bindungsebene einer Probe aus dem Verbundwerkstoff relativ zu der Probe vorgeschoben und dabei eine Materialschicht von der anderen abgehoben wird, und dass wenigstens auf einem Abschnitt des Vorschubweges die für die Vorschubbewegung benötigte Kraft gemessen wird.The method according to the invention provides that a cutting tool is advanced with its cutting edge along the bonding plane of a sample of the composite material relative to the sample and thereby a material layer is lifted from the other, and that at least on a portion of the feed path, the force required for the feed motion is measured.

Das Verfahren wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung ausgeführt, die einen Werkzeughalter und ein Schneidwerkzeug, einen Probenhalter zur Aufnahme einer Probe aus dem Verbundwerkstoff, einen Antrieb für eine Vorschubbewegung des Werkzeughalters relativ zu der Probe, wobei der Werkzeughalter und der Probenhalter so eingerichtet sind, dass das Schneidwerkzeug mit seiner Schneide bei der Vorschubbewegung entlang der Bindungsebene geführt und dabei eine Materialschicht von der anderen abgehoben wird, und eine Kraftmesseinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, wenigstens auf einem Abschnitt des Vorschubweges die für die Vorschubbewegung benötigte Kraft zu messen.The Method according to the invention with a Device executed, a tool holder and a cutting tool, a sample holder for receiving a sample of the composite material, a drive for one Advancing movement of the tool holder relative to the sample, wherein the tool holder and the sample holder are arranged so that the cutting tool with its cutting edge during the feed movement guided along the binding plane while a layer of material is lifted from the other, and a force measuring device which is set up, at least on a portion of the feed path, the force required for the feed motion to eat.

Es handelt sich erfindungsgemäß also um ein Verfahren zur quantitativen Bestimmung der Bindungsfestigkeit aus der Gruppe der zerstörenden Werkstoffprüfung, und zwar um ein Schälverfahren. Anders als bei den bekannten Schälverfahren wird jedoch die für die Abschälung verantwortliche Kraft in unmittelbarer Nähe zur Bindungsebene mittels eines Schneidwerkzeugs in den Werkstoffverbund eingeleitet. Hierdurch wird ein Riss ausgehend von der Schneidkante in unmittelbarer Nähe der Bindungsebene initiiert, der sich unter Aufbringung der für die Vorschubbewegung benötigten Kraft entlang der Bindungsebene fortpflanzt. Die Durchführbarkeit der Messung hängt nicht länger nicht von der Beschaffenheit (Dicke und Festigkeit) der einzelnen Schichten ab. Verglichen mit den bekannten Tests liefert das erfindungsgemäße Verfahren aufgrund der kontrollierten Krafteinleitung in der Nähe der Bindungsebene auch ein von überlagerten Biegemomenten oder Normalspannungsanteilen freies und damit für die Bindungsfestigkeit repräsentativeres Messergebnis. Die Reproduzierbarkeit und die Vergleichbarkeit der Messung erhöhen sich erheblich. Schließlich kann die aufwändige Präparation der Probe wesentlich reduziert werden, da beispielsweise die Isolation einzelner Materialschichten vor der eigentlichen Messung nicht mehr erforderlich ist.It is therefore according to the invention a Method for the quantitative determination of the bond strength the group of destructive materials testing, and although a peeling process. Different as in the known peeling method However, the for the peeling Responsible force in the immediate vicinity of the binding plane a cutting tool introduced into the composite material. hereby becomes a crack starting from the cutting edge in the immediate vicinity of the bond plane initiated by applying the force required for the feed movement propagated along the binding plane. The feasibility the measurement depends no longer not by the nature (thickness and strength) of the individual Layers off. Compared with the known tests, the inventive method provides due to the controlled application of force near the bond plane also one of superimposed Bending moments or normal stress fractions free and thus for the bond strength more representative Measurement result. The reproducibility and the comparability of the measurement increase considerably. After all can be the elaborate one preparation The sample can be significantly reduced because, for example, the isolation individual material layers before the actual measurement is no longer is required.

Das erfindungsgemäße Prüfverfahren kommt methodisch dem Meißeltest am nächsten, wobei das Abschälen unter kontinuierlicher Vorschubbewegung sehr viel genauer erfolgt und erstmals die hierfür benötigte Kraft gemessen und zur quantitativen Bestimmung der Bindungsfestigkeit herangezogen wird.The Test method according to the invention comes methodically the chisel test next, being the peeling under continuous feed motion is much more accurate and for the first time this needed Force measured and for the quantitative determination of the bond strength is used.

Haben die Materialschichten des Verbundwerkstoffes unterschiedliche Festigkeiten, so hebt gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens die Schneide die Materialschicht mit geringerer Festigkeit ab.To have the material layers of the composite have different strengths, so raise according to one advantageous embodiment of the method, the cutting edge of the material layer with lower strength from.

Dies bedeutet, dass die Schneide des Werkzeugs von der Seite der weniger festen Werkstoffschicht in den Verbundwerkstoff eindringt und auf dieser Seite entlang der Bindungsebene, das heißt parallel zu dieser in möglichst geringem Abstand, geführt wird. Hierbei wird vermieden, dass die Schneide in Kontakt mit dem festeren Werkstoff tritt. Auf diese Weise werden Nebeneffekte des Abschälens, die einen Beitrag zur gemessenen Kraft liefern können, wie beispielsweise die Spanbildung, minimiert.This means that the cutting edge of the tool from the side of the less solid material layer penetrates into the composite material and on this Side along the bond plane, that is parallel to this in as possible small distance, guided becomes. This avoids that the cutting edge in contact with the firmer material occurs. In this way, side effects of peeling, which can contribute to the measured force, such as the Chip formation, minimized.

Bevorzugt wird die Schneide bei Bedarf senkrecht zur Bindungsebene nachgeführt. Sollte die Bindungsebene Unebenheiten aufweisen oder nicht hinreichend parallel zu der Vorschubrichtung ausgerichtet sein, kann auf diese Weise die Bewegung der Schneide dem Verlauf der Bindungsebene folgen, so dass stets sichergestellt ist, dass die Schneide sich auf derselben Seite der Bindungsebene und in gleichem Abstand zu dieser bewegt.Prefers If necessary, the cutting edge is tracked perpendicular to the binding plane. Should the bond plane has unevenness or is insufficient aligned parallel to the feed direction, can on this Way the movement of the cutting edge follows the course of the binding plane, so that it is always ensured that the cutting edge is on the same Side of the binding plane and at the same distance to this moves.

Besonders bevorzugt wird mittels einer Schichtdickenmessung an der dem Schneidwerkzeug zugewandten Materialschicht und/oder einer Abstandsmesseinrichtung zwischen dem Schneidwerkzeug und der dem Schneidwerkzeug zugewandten Probenoberfläche ein oder zwei korrespondierende Messwerte erzeugt und ausgegeben, die dann einzeln oder in Kombination zu einer Regelgröße verarbeitet und einem Stellantrieb zum Nachführen der Schneide zugeführt werden.Especially is preferred by means of a layer thickness measurement of the cutting tool facing material layer and / or a distance measuring device between the cutting tool and the cutting tool facing sample surface one or two corresponding measured values are generated and output, which then processes individually or in combination to a controlled variable and an actuator for tracking supplied to the cutting edge become.

Auf die eine Weise kann, vorzugsweise während des Vorschiebens, die Dicke der Auflageschicht bestimmt und räumliche Schwankungen derselben festgestellt wenden. Auf die andere Weise kann, auch vorzugsweise während des Vorschiebens, eine Dickenschwankung, Krümmung oder ein Ausrichtungsfehler der gesamten Probe ermittelt werden. Jeder der so gewonnenen Messwerte kann zur Nachführung der Schneide herangezogen werden. Im genauesten Fall werden beide Messungen durchgeführt und aus den beiden Messwerten eine Regelgröße für den Stellantrieb zum Nachführen der Schneide generiert. Sowohl die Schichtdickenmessung als auch die Abstandsmessung können unter Kontakt mit der Probe, beispielsweise mittels Taster, oder berührungslos erfolgen.On which may be one way, preferably during advancement, the Thickness of the overlay layer determined and determined spatial variations of the same turn. In the other way, also preferably during the Advancement, thickness variation, curvature, or misalignment of the entire sample. Each of the measured values obtained in this way can for tracking the cutting edge are used. In the most accurate case, both Measurements performed and from the two measured values a control variable for the actuator for tracking the Cutting edge generated. Both the coating thickness measurement and the Distance measurement can under contact with the sample, for example by means of a button, or contactless respectively.

Besonders bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren für den Vorschub und die Messung der Kraft eine Zugprüfvorrichtung eingesetzt, d. h. der Vorschub und die Kraftmesseinrichtung sind Bestandteile einer Zugprüfvorrichtung.Especially is preferred in the inventive method for the feed and measuring the force using a tensile tester, d. H. the feed and the force measuring device are components of a Tensile tester.

Dies hat den Vorteil, dass insoweit auf fertige Standards zurückgegriffen werden kann. Die Modifikation der Zugprüfmaschine zur erfindungsgemäßen Bestimmung der Bindungsfestigkeit beschränken sich nur auf den Werkzeughalter und auf Besonderheiten des Probenhalters sowie gegebenenfalls eine etwaige Schichtdicken- und/oder Abstandsmesseinrichtung und einen Stellantrieb zum Nachführen der Schneide bzw. des Schneidwerkzeugs. Ferner erleichtert der Rückgriff auf eine standardisierte Zugprüfmaschine eine vereinfachte Probenpräparation. Die Proben können beispielsweise für eine Zugfestigkeitsprüfung und für die Bindungsfestigkeitsprüfung in gleicher Weise und damit ohne zusätzlichen Aufwand aus dem Verbundwerkstoff entnommen werden.This has the advantage that in this respect made use of ready-made standards can be. The modification of the tensile testing machine for determination according to the invention the bond strength are limited only on the tool holder and on special features of the sample holder and, optionally, any layer thickness and / or distance measuring device and an actuator for tracking the cutting edge or the cutting tool. Furthermore, the recourse facilitates on a standardized tensile testing machine a simplified sample preparation. The Samples can for example a tensile test and for the bond strength test in the same way and thus without additional effort from the composite material be removed.

Die Probe wird vorzugsweise vor dem Messen mit einer schrägen Fläche versehen, die die Bindungsebene schneidet. insbesondere verläuft die Schnittlinie bevorzugt senkrecht zur Vorschubbewegung.The Sample is preferably provided with a sloping surface before measurement, which cuts the binding plane. in particular, the cutting line runs preferably perpendicular to the feed movement.

Die Präparation kann auf einfache Weise durch (manuelles) Anschleifen einer Schräge an die Probe von der Seite der weniger festen Materialschicht her erfolgen. Eine hohe Präzision ist hierfür nicht erforderlich. Durch eine derartige Schräge wird der Übergang zwischen den beiden Materialschichten von der angeschliffenen Seite deutlich erkennbar. Dies erleichtert das genaue Anfahren der Probe mit dem Schneidwerkzeug im Bereich der Bindungsebene.The preparation can be done easily by (manually) grinding a bevel to the sample from the side of the less solid material layer forth. A high precision is not for this required. By such a slope, the transition between the two layers of material from the sanded side clearly. This facilitates the accurate start of the sample with the cutting tool in the area of the binding plane.

Die Probe kann entweder längs mit der Bandrichtung oder quer zur Bandrichtung eines Verbundwerkstoffbandes herauspräpariert werden.The Sample can be either longitudinal with the tape direction or transverse to the tape direction of a composite tape dissected become.

Herstellungsbedingt treten insbesondere beim Walzplattieren zweier Metallschichten im Randbereich eines entsprechenden Verbundwerkstoffbandes Verbindungsprobleme auf. An einer Probe, welche aus einem solchen Verbundwerkstoffband quer entnommen ist, kann der Verlauf der Bindungsfestigkeit über die gesamte Bandbreite bestimmt werden. Anhand des Resultats können beispielsweise Grenzen für eine Randbeschneidung des Bandes festgelegt werden. Andererseits weist ein Verbundwerkstoffband zweier walzplattierter Metallschichten herstellungsbedingt an der Verbundoberfläche mindestens einer der Metallschichten eine in Bandrichtung orientierte Riefenstruktur auf. Diese Struktur sorgt dafür, dass beim Abschälen quer zur Bandrichtung erhöhte Bindungsfestigkeitswerte gemessen werden können. Praxisgerechter ist in diesen Fällen die Ermittlung der Bindungsfestigkeit unter Abschälung in Bandrichtung, was für eine längs zur Bandrichtung herauspräparierte Probe spricht.the preparation, occur in particular in the roll cladding of two metal layers in Edge area of a corresponding composite strip Connection problems on. On a sample consisting of such a composite tape taken transversely, the course of the bond strength over the total bandwidth can be determined. For example, based on the result Limits for a border pruning of the band are set. on the other hand shows a composite strip of two roll-plated metal layers Due to the production of the composite surface of at least one of the metal layers an oriented in the direction of tape groove structure. This structure makes sure that when peeling increased transversely to the tape direction Bond strength values can be measured. Practical is in these cases the determination of the bond strength with peeling in ribbon direction, what kind of one longitudinal prepared for tape direction Sample speaks.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden die gemessene Kraft und der dazu gehörige Ort über die Vorschubbewegung aufgezeichnet.According to one advantageous development of the method are the measured Strength and the corresponding Place over recorded the feed motion.

Dies ermöglicht eine (nachträgliche) Auswertung der Messergebnisse insbesondere in grafischer Form anhand eines Kraft-Weg-Diagramms.This allows a (subsequent) Evaluation of the measurement results, especially in graphic form a force-displacement diagram.

Ebenfalls ist es vorteilhaft, eine normierte Größe für die Bindungsfestigkeit unter Einbeziehung der gemessenen Kraft, der Breite der Schneide und/oder der Vorschubgeschwindigkeit zu ermitteln.Also it is advantageous to lower a normalized size for bond strength Inclusion of the measured force, the width of the cutting edge and / or to determine the feed rate.

Hierdurch können vergleichbare Resultate für die Bindungsfestigkeit unabhängig von den konkreten Versuchsbedingungen erzielt werden.hereby can comparable results for the bond strength independent be achieved by the concrete experimental conditions.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass die Schneidengeometrie und/oder die Schneidwerkzeuggeometrie so gewählt sind, dass ein Materialstau an der Schneide und dem Schneidwerkzeug vermieden wird.A advantageous development of the device provides that the cutting geometry and / or the cutting tool geometry are chosen so that a material jam is avoided at the cutting edge and the cutting tool.

Hierdurch wird der Einfluss der Spanbildung auf die Kraftmessung minimiert.hereby the influence of chip formation on the force measurement is minimized.

Vorteilhafterweise wird eine an die Probengeometrie angepasste Schneidengeometrie vorgesehen. Insbesondere weist die Schneide bei einer (teil-)kreisförmig gebogenen Geometrie der Probenoberfläche wie beispielsweise bei einer Lagerbuchse oder Lagerschale in der Projektion quer zur Vorschubrichtung eine kreissegmentförmige, konvexe Schneidkante mit gleichem Radius wie die Probenoberfläche auf. Die angepasste Geometrie der Schneide ermöglicht es somit an fertigen Erzeugnissen wie Buchsen oder Lagerschalen eine Bindungsfestigkeitsprüfung durchzuführen. Die Vorschubrichtung fällt bei einer solchen Messung mit der Achse der Buchse oder Lagerschale zusammen.advantageously, a cutting geometry adapted to the sample geometry is provided. In particular, the cutting edge has a (partially) circular curved Geometry of the sample surface as for example in a bearing bush or bearing shell in the Projection transverse to the feed direction, a circular segment-shaped, convex cutting edge with the same radius as the sample surface. The custom geometry the cutting edge allows it thus on finished products such as bushings or bearing shells a bond strength test perform. The feed direction drops in such a measurement with the axis of the bush or bearing shell together.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Further Objects, features and advantages of the invention will become apparent below based on an embodiment closer with the help of the drawings explained. Show it:

1 eine geschnittene Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 1 a sectional side view of a first embodiment of the device according to the invention;

2 eine schematische Seitenansicht der Meißel-Proben-Anordnung in einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beim Anfahren des Meißels an die Probe; 2 a schematic side view of the bit-sample arrangement in another embodiment of the device according to the invention when approaching the bit to the sample;

3 eine schematische Draufsicht auf die Meißel-Proben-Anordnung in einer nochmals abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 3 a schematic plan view of the bit-sample arrangement in a further modified embodiment of the device according to the invention;

4 ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgezeichnetes Kraft-Weg-Diagramm einer längs entnommenen Probe und 4 a recorded with the inventive method force-displacement diagram of a longitudinally removed sample and

5 ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgezeichnetes Kraft-Weg-Diagramm einer quer entnommenen Probe. 5 a recorded with the inventive method force-displacement diagram of a transverse sample taken.

Das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach 1 weist einen Werkzeughalter 110 auf, mit dem ein Schneidwerkzeug 112 in Form eines Meißels verbunden ist, und einen Probenhalter 114, in dem eine Probe 116 des zu prüfenden Verbundwerkstoffes eingespannt ist.The embodiment of the device according to the invention 1 has a tool holder 110 on, with a cutting tool 112 connected in the form of a chisel, and a sample holder 114 in which a sample 116 of the composite to be tested is clamped.

Der Werkzeughalter 110 weist im Wesentlichen ein Gestell 118 auf, an dessen einem Arm 120 eine Werkzeugaufnahme 122 und an dessen anderem Arm 124 ein Führungselement 126 zur Abstützung des Werkzeughalters 110 gegen den Probenhalter 114 angeordnet ist.The tool holder 110 essentially has a frame 118 on, on one arm 120 a tool holder 122 and on his other arm 124 a guide element 126 for supporting the tool holder 110 against the sample holder 114 is arranged.

Die Werkzeugaufnahme 122 weist einen Stellantrieb in Form einer Mikrometerschraube 128 auf, an die beispielsweise ein Schrittmotor (nicht dargestellt) angeflanscht werden kann und die einen Keil 129 linear verschiebt, der mit seiner Keilfläche idealerweise großflächig an einer korrespondierenden Fläche eines Werkzeugträgers 130 anliegt. An dem Werkzeugträger 130 ist der Meißel 112 befestigt. Durch Betätigung der Mikrometerschraube 128 wird der Keil 129 auf- oder abbewegt, wodurch der Meißel 112 zusammen mit dem Werkzeugträger 130 transversal auf die Probe 116 zu- bzw. von dieser wegbewegt wird. Für die Bewegung weg von der Probe kann der Werkzeugträger 130 beispielsweise mittels einer in die entsprechende Richtung wirkenden Zug- oder Druckfeder vorgespannt sein.The tool holder 122 has an actuator in the form of a micrometer screw 128 on, for example, a stepper motor (not shown) can be flanged and a wedge 129 linearly displaced, which ideally with its wedge surface over a large area on a corresponding surface of a tool carrier 130 is applied. On the tool carrier 130 is the chisel 112 attached. By pressing the micrometer screw 128 becomes the wedge 129 moved up or down, causing the chisel 112 together with the tool carrier 130 transversal to the test 116 is moved to or away from this. For the movement away from the sample, the tool carrier 130 be biased for example by means of acting in the appropriate direction tension or compression spring.

Durch den großflächigen Kontakt zwischen dem Keil 129 und dem Werkzeugträger 130 sowie die geringe Neigung der Keilebene und die somit starke Untersetzung wird der Stellantrieb nahezu vollständig von den auf das Werkzeug 112 wirkenden Schneidkräften entlastet.Due to the large-area contact between the wedge 129 and the tool carrier 130 as well as the low inclination of the wedging plane and the thus strong reduction of the actuator is almost completely on the tool 112 Relieves acting cutting forces.

Weiterhin ist mit der Werkzeugaufnahme 122 eine Schichtdickenmesseinrichtung 132 mittels eines geeigneten Halters 134 fest verbunden, so dass die Schichtdickenmesseinrichtung zusammen mit dem Werkzeug 112 bei der Vorschubbewegung gegenüber der Probe 116 verfahren wird.Furthermore, with the tool holder 122 a layer thickness measuring device 132 by means of a suitable holder 134 firmly connected, so that the layer thickness measuring device together with the tool 112 during the feed movement relative to the sample 116 is moved.

Die Relativbewegung des Vorschiebens zwischen dem Werkzeug 112 und der Probe 116 ist in Form entgegengesetzter Pfeile gekennzeichnet. In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Vorrichtung ist der Werkzeughalter 110 einerseits und der Probenhalter 114 andererseits über geeignete Befestigungsmittel mit einer Zugprüfmaschine verbunden. Hierbei ist es grundsätzlich unerheblich, ob der Werkzeughalter 110 oder der Probenhalter 114 mit dem verfahrbaren Teil der Zugprüfmaschine verbunden ist und der jeweils andere Halter mit dem statischen Teil derselben, da es lediglich auf die Relativbewegung ankommt, wie die beiden entgegengesetzten Pfeile andeuten sollen.The relative movement of advancing between the tool 112 and the sample 116 is marked in the form of opposite arrows. In an embodiment of the device according to the invention, the tool holder 110 on the one hand and the sample holder 114 on the other hand connected via suitable fasteners with a tensile testing machine. It is basically irrelevant whether the tool holder 110 or the sample holder 114 is connected to the movable part of the tensile testing machine and the other holder with the static part of the same, since it only depends on the relative movement, as the two opposite arrows indicate.

Der Probenhalter 114 weist eine Abstützung 136 auf, an der die Probe 116 in der nachfolgend anhand von 2 näher erläuterten Weise anliegt. Die Probe wird auf ihrer oberen Seite mittels eines ersten Spannelementes 138 gegen die Abstützung 136 angedrückt. Am unteren Ende wird die Probe 116 mittels eines zweiten Spannelementes 140 gegen die Abstützung 136 angedrückt. Das zweite Spannelement 140 ist um eine Achse 142 schwenkbar angelenkt und wird mittels einer Stellschraube 144 so um diese Achse herumgeschwenkt, dass ein Druckstück 146 an dem kurzen Hebelarm des Spannelements 140 gegen die Probe 116 drückt. Das Druckstück 146 ist vorteilhafterweise mit einer Schneide versehen, die in die Probe 116 einschneidet und dabei einen Formschluss bildet, der verhindert, dass die Probe durch die beim Abschälen nach oben wirkende Kraft insgesamt angehoben bzw. gestaucht wird.The sample holder 114 has a support 136 on, at the the sample 116 in the following by means of 2 in more detail explained manner. The sample is on its upper side by means of a first clamping element 138 against the support 136 pressed. At the bottom is the sample 116 by means of a second tensioning element 140 against the support 136 pressed. The second clamping element 140 is about an axis 142 pivotally hinged and is by means of a set screw 144 so swung around this axis that a pressure piece 146 on the short lever arm of the clamping element 140 against the sample 116 suppressed. The pressure piece 146 is advantageously provided with a cutting edge in the sample 116 cuts and thereby forms a positive connection, which prevents the sample is lifted or upset by the force acting up during peeling altogether.

Der Probenhalter 114 weist ferner eine Führungsschiene 148 auf, die mit dem Führungselement 126 des Werkzeughalters 118 so zusammenwirkt, dass das Werkzeug 112 in bezug auf die Probe 116 präzise geführt wird.The sample holder 114 also has a guide rail 148 on that with the guide element 126 of the tool holder 118 so interacts that the tool 112 with respect to the sample 116 precisely guided.

Einzelheiten zu der Schichtdickenmesseinrichtung, dem Probenaufbau und dem erfindungsgemäßen Messverfahren werden anhand von 2 erläutert. Diese sind auf die übrigen Ausführungsbeispiele, soweit hierin nicht explizit auf Unterschiede abgestellt wird, übertragbar.Details of the layer thickness measuring device, the sample structure and the measuring method according to the invention are based on 2 explained. These are transferable to the remaining exemplary embodiments, unless they are explicitly based on differences.

Die Seitenansicht gemäß 2 zeigt einen Ausschnitt einer abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der an dem Arm 220 des Werkzeughalters neben dem Schneidwerkzeug 212 eine Schichtdickenmesseinrichtung 232 und eine Abstandsmesseinrichtung 234 angeordnet ist. Die Schichtdickenmesseinrichtung 232 weist einen Messkopf oder Taster 233 auf, der an der dem Schneidwerkzeug 212 zugewandten Probenoberfläche 229 anliegt. Die Schichtdickenmesseinrichtung 232 kann beispielsweise nach dem Prinzip einer Induktions- oder Wirbelstrommessung arbeiten. Mit ihr wird die Dicke der dem Schneidwerkzeug zugewandten Materialschicht 228 bestimmt.The side view according to 2 shows a section of a modified embodiment of the device according to the invention, in which on the arm 220 the tool holder next to the cutting tool 212 a layer thickness measuring device 232 and a distance measuring device 234 is arranged. The layer thickness measuring device 232 has a measuring head or button 233 on top of the cutting tool 212 facing sample surface 229 is applied. The layer thickness measuring device 232 For example, it can operate on the principle of an induction or eddy current measurement. With it, the thickness of the cutting tool facing material layer 228 certainly.

Gleichermaßen weist auch die Abstandsmesseinrichtung 234 einen Messkopf oder Taster 235 auf, der an der dem Schneidwerkzeug 212 zugewandten Probenoberfläche 229 anliegt. Die Abstandsmesseinrichtung 234 kann beispielsweise nach dem Prinzip einer mechanischen oder digitalen Messuhr arbeiten. Mit der Abstandsmesseinrichtung 234 wird der Abstand zwischen der Probenoberfläche 229 und einem zu dem Werkzeughalter festen Bezugspunkt und damit indirekt zwischen der Probenoberfläche 229 und dem Schneidwerkzeug 212 bestimmt. Mit Hilfe der Abstandmessung können deshalb eine etwaige Fehlausrichtung der Probe in Bezug auf die Vorschubrichtung, eine variierende Gesamtdicke der Probe oder eine Verformung der Probe gemessen werden.Equally, the distance measuring device also has 234 a measuring head or button 235 on top of the cutting tool 212 facing sample surface 229 is applied. The distance measuring device 234 can, for example work according to the principle of a mechanical or digital dial gauge. With the distance measuring device 234 is the distance between the sample surface 229 and a reference point fixed to the toolholder, and thus indirectly between the sample surface 229 and the cutting tool 212 certainly. With the help of the distance measurement, therefore, any possible misalignment of the sample with respect to the feed direction, a varying total thickness of the sample or a deformation of the sample can be measured.

Die mittels der Schichtdickenmesseinrichtung 232 und Abstandsmesseinrichtung 234 ermittelten Messwerte werden in geeigneter Weise zu einer Regelgröße verarbeitet, welche einem hier nicht dargestellten Stellantrieb zum Nachführen der Schneide 224 bzw. des Schneidwerkzeuges 212 zugeführt werden. In dem Regelkreis zum Nachfahren der Schneide 224 sind selbstverständlich die Relativanordnung zwischen den Messeinrichtungen 232, 234 und der Werkzeugschneide 224 in allen Raumrichtungen sowie die Vorschubgeschwindigkeit zu beachten. Der Stellantrieb kann wahlweise auf einen Teil des Schneidwerkzeuges 212, das gesamte Schneidwerkzeug 212 oder auf einen ganzen Abschnitt des Armes 220 wirken. Wenn die Schichtdickenmesseinrichtung 232 und/oder die Abstandsmesseinrichtung 234 bzw. der Regelkreis entsprechend eingerichtet sind, können auch diese relativ zur Probe 216 nachgeführt werden.The means of the layer thickness measuring device 232 and distance measuring device 234 determined measured values are processed in a suitable manner to a controlled variable which an actuator, not shown here for tracking the cutting edge 224 or of the cutting tool 212 be supplied. In the control circuit for tracing the cutting edge 224 are of course the relative arrangement between the measuring devices 232 . 234 and the tool cutting edge 224 in all directions as well as the feed rate. The actuator can optionally on a part of the cutting tool 212 , the entire cutting tool 212 or on a whole section of the arm 220 Act. When the layer thickness measuring device 232 and / or the distance measuring device 234 or the control circuit are set up accordingly, they can also relative to the sample 216 be tracked.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Dickenschwankungen der Auflagenschicht 228, der gesamten Probe 216 und eine überlagerte Schrägstellung der Probe 216 präzise nachgefahren wenden.With the device according to the invention can be variations in thickness of the support layer 228 , the whole sample 216 and a superimposed skew of the sample 216 to turn precisely.

Optional kann auch nur eine Schichtdickenmesseinrichtung oder nur eine Abstandsmesseinrichtung vorgesehen sein. Alternativ zu der gezeigten Ausführungsform können die Schichtdickenmesseinrichtung und/oder die Abstandsmesseinrichtung beispielsweise auch optisch bzw. akustisch und damit berührungslos arbeiten.optional may also be only a layer thickness measuring device or only a distance measuring device be provided. Alternative to the embodiment shown can the layer thickness measuring device and / or the distance measuring device For example, also optically or acoustically and thus contactless work.

Die Probe 216 besteht aus einem Zweischicht-Verbundwerkstoff, wie er beispielsweise in Gleitlagerelementen zum Einsatz kommt, wobei das Substrat 230 dicker ist und in der Regel eine höhere Festigkeit aufweist als die aufplattierte dünnere Auflage 228. Die Berührungsebene der Verbundoberflächen beider Materialschichten bildet die Bindungsebene 226. Die Probe 216 ist in diesem Fall so in der Probenhalterung angeordnet, dass die Seite der Auflage 228 dem Werkzeug 212 zugewandt ist und die Schneide 224 die Schicht mit geringerer Festigkeit von der mit höherer Festigkeit abhebt.The sample 216 consists of a two-layer composite material, as used for example in plain bearing elements, wherein the substrate 230 thicker and usually has a higher strength than the aufplattierte thinner support 228 , The contact plane of the composite surfaces of both material layers forms the bond plane 226 , The sample 216 is in this case arranged in the sample holder that the side of the support 228 the tool 212 is facing and the cutting edge 224 the lower strength layer stands out from the higher strength one.

Der gezeigte Zweischicht-Verbundwerkstoff steht exemplarisch für jede Art von Verbundwerkstoffen. Insbesondere können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren metallische Verbundwerkstoffe geprüft werden, bei denen die Auflage beispielsweise mittels Plattieren, Sintern, Gießen, galvanischer Abscheidung oder Bedampfen auf das Substrat aufgetragen ist. Ferner können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Verbundwerkstoffe mit nichtmetallischen Materialschichten und Materialschichten, die mittels Kleb-, Löt- oder Schweißverbindungen zusammengefügt sind, geprüft werden. Auch ist es möglich, Verbundwerkstoffe mit mehr als zwei Schichten auf ihre Bindungsfestigkeit zu prüfen, wobei das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt, die Bindungsfestigkeit zwischen jedem Paar benachbarter Schichten nacheinander einzeln zu prüfen.Of the shown two-layer composite material exemplifies each type of composites. In particular, with the method according to the invention Metallic composites are tested in which the edition for example by means of plating, sintering, casting, galvanic deposition or vapor deposition is applied to the substrate. Furthermore, with the method according to the invention also composites with non-metallic material layers and Material layers by means of adhesive, solder or welded joints together are, tested become. It is also possible Composites with more than two layers on their bond strength to consider, wherein the inventive method allows the bond strength between each pair of adjacent Check layers one by one individually.

Die Probe 216 liegt rückseitig, d. h. mit ihrer dem Werkzeug 212 abgewandten Seite an einer Abstützung 236 an, welche dem hier nicht vollständig gezeigten Probenhalter zugeordnet ist. Die Abstützung 236 gewährleistet eine zur Vorschubrichtung parallele und hinreichend biegesteife Einspannung der Probe 216, damit diese durch den Druck des Schneidwerkzeugs 212 nicht ausweichen kann.The sample 216 lies on the back, ie with its the tool 212 opposite side to a support 236 which is assigned to the sample holder not shown completely here. The support 236 ensures a parallel to the feed direction and sufficiently rigid clamping of the sample 216 To avoid this by the pressure of the cutting tool 212 can not avoid.

Die Probe 216 ist gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Verfahrens so präpariert, dass sie eine schräge Fläche 238 aufweist, welche die Bindungsebene 226 dergestalt schneidet, dass die Schnittlinie (senkrecht zur Zeichnungsebene) senkrecht zur Vorschubbewegung verläuft. Dies ermöglicht ein einfaches und präzises Anfahren mit dem Schneidwerkzeug 212. Es ist darauf zu achten, dass die Schneide 224 des Schneidwerkzeuges 212 möglichst dicht an die Bindungsebene 226 von der Seite der Auflage 228 heranreicht, aber bei der Vorschubbewegung nicht mit dem festeren Substrat 230 in Kontakt gerät. Zum genauen Anfahren kann vorzugsweise ebenfalls der motorische Stellantrieb in Verbindung mit der Abstandsmessung- und Schichtdickenmessung eingesetzt werden.The sample 216 is prepared according to an advantageous embodiment of the method so that it has an inclined surface 238 which has the binding plane 226 such that the cutting line (perpendicular to the plane of the drawing) is perpendicular to the feed movement. This allows a simple and precise approach with the cutting tool 212 , It is important to note that the cutting edge 224 of the cutting tool 212 as close as possible to the binding plane 226 from the side of the edition 228 but at the feed movement not with the firmer substrate 230 in contact. For exact starting, the motorized actuator can preferably also be used in conjunction with the distance measurement and layer thickness measurement.

Wenn hierin von einer Nachführung oder einem Anfahren senkrecht zur Bindungsebene die Rede ist, ist dies nicht so zu verstehen, dass die Nachführbewegung zwingend auf einer senkrechten Bahn zur Bindungsebene erfolgen muss, sondern dass die Nachführbewegung zumindest eine senkrechte Komponente aufweist.If herein from a tracking or a start is perpendicular to the binding plane is mentioned, is this is not to be understood that the tracking movement is mandatory on one vertical path to the binding level must be made, but that the tracking movement has at least one vertical component.

Bei der Prüfung wird das Schneidwerkzeug 212 mit seiner Schneide 224 entlang der Bindungsebene 226 in der Verbundwerkstoffprobe 216 relativ zu der Probe 216 vorgeschoben, vergleiche 2. Zur Erzielung des Vorschubes wird der Werkzeughalter 210 relativ zu dem Probenhalter 214 in entgegengesetzter Richtung bewegt, was in den Figuren symbolisch in Form von gegenläufigen Pfeilen gekennzeichnet ist. Bei hinreichend genauer Positionierung und Führung der Werkzeugschneide wird die dem Werkzeug 212 zugewandte Materialschicht 228 (auch Auflage) entlang der Bindungsebene 226 von der darunter liegenden Materialschicht 30 (auch Substrat) abgehoben und genauer unter Bildung eines Spans abgeschält. Die Werkzeugaufnahme 210 und/oder die Probenaufnahme 214 sind mit einem Kraftsensor versehen, welcher die hierfür benötigte Kraft zumindest auf einem Abschnitt des Vorschubweges misst.When testing becomes the cutting tool 212 with his cutting edge 224 along the binding plane 226 in the composite sample 216 relative to the sample 216 advanced, compare 2 , To achieve the feed, the tool holder 210 relative to the sample holder 214 moved in the opposite direction, which is symbolically characterized in the figures in the form of opposing arrows. With sufficiently accurate positioning and guiding the tool cutting edge becomes the tool 212 facing material layer 228 (also edition) along the bond plane 226 from the underlying material layer 30 (Also substrate) lifted and peeled more accurately to form a chip. The tool holder 210 and / or sample taking 214 are provided with a force sensor which measures the force required for this purpose at least on a portion of the feed path.

Die über den gemessenen Abschnitt benötigte Kraft kann in verschiedener Weise zur Anzeige gebracht oder protokolliert werden. Vorzugsweise werden die Kraft und der dazugehörige Ort während der Vorschubbewegung aufgezeichnet und in einem Kraft-Weg-Diagramm, wie in den 4 und 5, dargestellt. Alternativ kann ein Kraft-Flächen-Diagramm gewählt werden, in das die Breite der verwendeten Schneide des Schneidwerkzeugs (kurz: Meiselbreite) der Gestalt einfließt, dass Diagramme von Messungen mit unterschiedlichen Meißelbreiten unmittelbar miteinander vergleichbar sind. Im einfachsten Fall der Normierung wird die gemessene Kraft durch die Meißelbreite dividiert. Die normierte Messgröße ist dann Kraft/Länge, die Einheit beispielsweise N/cm. Eine einfache, nicht nach dem Weg differenzierte Kenngröße für die Bindungsfestigkeit kann ermittelt werden, indem die über den gesamten Weg oder einen (repräsentativen) Abschnitt hiervon gemessene Kraft gemittelt und wahlweise auf die Meißelbreite normiert werden.The force required over the measured section can be displayed or logged in various ways. Preferably, the force and the associated location during the feed motion are recorded and in a force-displacement diagram, as in 4 and 5 represented. Alternatively, a force-area diagram can be selected, in which the width of the cutting edge of the cutting tool used (short: chisel width) is taken into account such that diagrams of measurements with different chisel widths are directly comparable with one another. In the simplest case of normalization, the measured force is divided by the chisel width. The standardized measured variable is then force / length, the unit, for example, N / cm. A simple, non-differential, bond strength parameter can be determined by averaging the power measured over the entire path or a (representative) section thereof and, optionally, normalizing to the bit width.

3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Draufsicht. Diese unterscheidet sich von der Darstellung gemäß 1 dadurch, dass das Schneidwerkzeug 312 an einem einseitig seitlich versetzten Arm 320 des Werkzeughalters (hier nicht vollständig dargestellt) befestigt ist. Entscheidend hierbei ist, dass das Schneidwerkzeug 312 mit seinem Schaft 313 von der Seite des Armes 320 an die Probe heranreicht und der Kopf 314 mit der Werkzeugschneide 324 gegenüber dem Arm abgewinkelt ist, so dass die Abmessungen des Schneidwerkzeuges senkrecht zur Probenebene gering sind. Ein Materialstau des abgeschälten Werkstoffes kann hierdurch weitgehend vermieden werden. Eine gezielte Spanführung kann ferner durch eine geeignete Schneidengeometrie erreicht werden. Diese Maßnahmen verringern den über das abgetragene Material ungezielten Krafteintrag in die Probe und damit eine Verfälschung des Messergebnisses. 3 shows a further embodiment of the device according to the invention in plan view. This differs from the presentation according to 1 in that the cutting tool 312 on a laterally offset arm on one side 320 of the tool holder (not fully shown here) is attached. Decisive here is that the cutting tool 312 with his shaft 313 from the side of the arm 320 reaches to the sample and the head 314 with the tool cutting edge 324 is angled relative to the arm, so that the dimensions of the cutting tool are perpendicular to the sample plane low. A material accumulation of the peeled material can thereby be largely avoided. A targeted chip guide can also be achieved by a suitable cutting geometry. These measures reduce the force input into the sample, which is untargeted via the removed material, and thus a falsification of the measurement result.

Eine Optimierung der Messung kann durch eine geeignete Geometrie, Materialwahl und/oder Oberflächenmodifikation der Werkzeugschneide erzielt werden. So ist die Werkzeugschneide beispielsweise im Hinblick auf eine möglichst geringe Abnutzung hinreichend hart auszugestalten, so dass die Messbedingungen möglichst lange innerhalb einer vorgegebenen Toleranz bleiben. Das Schneidwerkzeug besteht bevorzugt aus Werkzeugstahl (HSS) mit gehärteter Schneide, die mit einer Beschichtung aus Titan versehen ist. Grundsätzlich ist zur Meißelbreite anzumerken, dass Randeinflüsse an den seitlichen Schnittkanten mit zunehmender Meißelbreite abnehmen. Deshalb ist eine Mindestbreite von 12,5 mm zweckmäßig.A Optimization of the measurement can be achieved by a suitable geometry, choice of material and / or surface modification the cutting edge can be achieved. That's the tool cutting edge for example, with regard to the lowest possible wear sufficient hard to design, so that the measurement conditions as possible stay within a given tolerance for a long time. The cutting tool preferably consists of tool steel (HSS) with hardened cutting edge, which is provided with a coating of titanium. Basically to the chisel width note that edge influences at the lateral cutting edges decrease with increasing chisel width. Therefore, a minimum width of 12.5 mm is appropriate.

Das in 4 beispielhaft dargestellte Kraft-Weg-Diagramm zeigt einen möglichen Verlauf der gemessenen Kraft in einer Probe eines Verbundwerkstoffes, welche längs der Bandrichtung des Werkstoffbandes herauspräpariert wurde. Auf der vertikalen Achse ist die gemessene Kraft F und auf der horizontalen Achse der dazugehörige Ort bzw. Weg L aufgetragen. Eine geringere Bindungsfestigkeit zeigt sich in einem Bereich A des Weges, in dem nur eine sehr geringe Kraft zum Abheben der Auflage benötigt wurde, während im übrigen eine im Wesentlichen konstante Kraft auf einem deutlich höheren Niveau gemessen wurde. Dies deutet darauf hin, dass in dem Bereich A keine gute Anbindung der Auflage an das Substrat erzielt werden konnte. Die Lage und Größe des Bereichs liefert Entscheidungskriterien, wie mit dem Werkstoffband, aus dem die Probe entnommen wurde, umzugehen sein wird.This in 4 force-displacement diagram exemplified shows a possible course of the measured force in a sample of a composite, which was prepared along the band direction of the material band. On the vertical axis, the measured force is F and on the horizontal axis of the associated location or path L is plotted. A lower bond strength is found in a region A of the path, in which only a very small force was required to lift the pad, while otherwise a substantially constant force was measured at a much higher level. This indicates that in region A, no good bond of the support to the substrate could be achieved. The location and size of the area provides decision criteria on how to deal with the material band from which the sample was taken.

Das in 5 beispielhaft dargestellte Kraft-Weg-Diagramm zeigt einen möglichen Verlauf der gemessenen Kraft in einer Probe eines Verbundwerkstoffes, welche quer zur Bandrichtung des Werkstoffbandes herauspräpariert wurde. Auf der vertikalen Achse ist wiederum die gemessene Kraft F und auf der horizontalen Achse der dazugehörige Ort bzw. Weg L aufgetragen. Es zeigt sich, dass in einem ersten Wegabschnitt l₁ eine geringere Kraft benötigt wurde, die Auflageschicht von dem Substrat abzuschälen. Dies deutet darauf hin, dass im Randbereich des Bandes eine geringere Bindungsfestigkeit vorliegt. In einem mittleren Bereich l₂ liegt eine von lokalen Abweichungen abgesehen weitgehend gleichmäßige Bindungsfestigkeit vor. Dieser Bereich wäre zur weiteren Verwendung geeignet. In dem Bereich l₃ am auslaufenden Ende des Diagramms fällt die zum Abschälen benötigte Kraft wieder stark ab. Dies entspricht dem gegenüberliegenden Randbereich des Werkstoffbandes, an dem die Bindungsfestigkeit wiederum reduziert ist. Die beiden Randbereiche l₁ und l₃ können mittels der erfindungsgemäßen Messung auf einfache Weise und sehr präzise lokalisiert werden. Aufgrund der so gewonnenen Erkenntnis können beispielsweise die Ränder eines Werkstoffbandes beschnitten werden.This in 5 force-displacement diagram exemplified shows a possible course of the measured force in a sample of a composite, which was prepared across the tape direction of the material strip. On the vertical axis in turn the measured force F and on the horizontal axis of the associated location or path L is plotted. It turns out that in a first path section l _1, a lesser force was needed to peel off the overlay layer from the substrate. This indicates that there is less bond strength at the edge of the tape. In a middle region l _{2 there} is a largely uniform bond strength apart from local deviations. This area would be suitable for further use. In the region l ₃ at the outgoing end of the diagram, the force required for peeling off again drops sharply. This corresponds to the opposite edge region of the material band, on which the bond strength is again reduced. The two edge regions l ₁ and l ₃ can be localized in a simple manner and very precisely by means of the measurement according to the invention. Due to the knowledge thus obtained, for example, the edges of a material strip can be trimmed.

110110: Werkzeughaltertoolholder
112112: Schneidwerkzeugcutting tool
114114: Probenhaltersample holder
116116: Probesample
118118: Gestellframe
120120: Armpoor
122122: Werkzeugaufnahmetool holder
124124: Armpoor
126126: Führungselementguide element
128128: MikrometerschraubeMicrometer
129129: Keilwedge
130130: Werkzeugträgertool carrier
132132: SchichtdickenmesseinrichtungLayer thickness measuring device
134134: Halterholder
136136: Abstützungsupport
138138: erstes Spannelementfirst clamping element
140140: zweites Spannelementsecond clamping element
142142: Achseaxis
144144: Stellschraubescrew
146146: DruckstückPressure piece
148148: Führungsschieneguide rail
212212: Schneidwerkzeugcutting tool
216216: Probesample
220220: Armpoor
224224: Werkzeugschneidecutting edge
226226: Bindungsebenebond level
228228: Materialschicht, AuflageMaterial layer, edition
229229: Probenoberflächesample surface
230230: Materialschicht, SubstratMaterial layer, substratum
232232: SchichtdickenmesseinrichtungLayer thickness measuring device
233233: Messkopf, TasterMeasuring head, button
234234: AbstandsmesseinrichtungDistance measuring device
235235: Messkopf, TasterMeasuring head, button
236236: Abstützungsupport
238238: Schrägeslope
312312: Schneidwerkzeugcutting tool
313313: Werkzeugschafttool shank
315315: Werkzeugkopftool head
316316: Probesample
320320: Armpoor
324324: Werkzeugschneidecutting edge
AA: Bereich geringer BindungsfestigkeitArea low bond strength
FF: Kraftforce
LL: Wegpath
l₁ ₁: erster Randbereichfirst border area
l₂ l ₂: mittlerer Bereichmiddle Area
l₃ l ₃: zweiter Randbereichsecond border area

Claims

Method for determining the bond strength between two along a bond plane ( 226 ) interconnected material layers ( 228 . 230 ) in a composite material, characterized in that a cutting tool ( 112 . 212 . 312 ) with its cutting edge ( 224 . 324 ) along the bond plane ( 226 ) of a sample ( 116 . 216 . 316 ) from the composite relative to the sample ( 116 . 216 . 316 ) and while a layer of material is lifted from the other and that at least on a portion of the feed path, the force required for the feed motion is measured.

Method according to claim 1, characterized in that the material layers ( 228 . 230 ) have different strength and the cutting edge ( 224 . 324 ) the material layer ( 228 . 230 ) lifts with less strength.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the cutting edge ( 224 . 324 ) perpendicular to the bond plane ( 226 ) is tracked if necessary.

A method according to claim 3, characterized in that a layer thickness measurement at the cutting tool ( 212 . 312 ) facing material layer ( 228 . 230 ) is carried out and a corresponding measured variable is output, which is processed to a controlled variable an actuator for tracking the cutting edge ( 224 . 324 )) is supplied.

A method according to claim 3 or 4, characterized in that a distance measurement between the cutting tool ( 112 . 212 . 312 ) and the cutting tool ( 112 . 212 . 312 ) facing sample surface ( 229 ) is carried out and a corresponding measured variable is output, which is processed to a controlled variable an actuator for tracking the cutting edge ( 224 . 324 ) is supplied.

Method according to one of the preceding claims, characterized marked that for the feed and the measurement of the force (F) a tensile tester is used.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sample ( 116 . 216 . 316 ) before measuring with an oblique surface ( 238 ), which determines the binding plane ( 226 ) cuts.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the measured force (F) and the associated location on the Feed motion are recorded.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a normalized quantity including the measured force (F), the width of the cutting edge (( 224 . 324 ) and the feed rate is determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cutting edge ( 224 . 324 ) with a transverse to the feed direction circular segment-shaped convex cutting edge in the axial direction along the binding plane ( 226 ) is advanced to a radial bearing sample.

Device for determining binding strength between two along a bond plane ( 226 ) interconnected material layers ( 228 . 230 ) in a composite material with a tool holder ( 110 ) and one in the tool holder ( 110 ) recorded cutting tool ( 112 . 212 . 312 ), a sample holder ( 114 ) for receiving a sample ( 116 . 216 . 316 ) of the composite material, a drive for a feed movement of the tool holder ( 110 ) relative to the sample ( 116 . 216 . 316 ), the tool holder ( 110 ) and the sample holder ( 114 ) are arranged so that the cutting tool ( 212 . 312 ) with its cutting edge ( 224 . 324 ) during the advancing movement along the binding plane ( 226 ) and thereby a layer of material is lifted from the other, and a force measuring device which is adapted to measure at least on a portion of the feed path, the force required for the feed movement (F).

Apparatus according to claim 11, characterized by an actuator, adapted for tracking the cutting edge ( 224 . 324 ) perpendicular to the bond plane ( 226 ).

Device according to claim 12 , characterized by a layer thickness measuring device ( 132 . 232 ) arranged to determine the thickness of the cutting tool ( 112 . 212 . 312 ) facing material layer and for outputting a corresponding measured value.

Apparatus according to claim 12 or 13, characterized by a distance measuring device ( 234 ) arranged to determine the distance between the cutting tool ( 112 . 212 . 312 ) and the cutting tool ( 112 . 212 . 312 ) facing sample surface ( 229 ) and for outputting a corresponding measured value.

Device according to one of claims 11 to 14, characterized that the feed and the force measuring device are components of a tensile tester are.

Device according to one of claims 11 to 15, characterized in that the cutting edge geometry and / or the cutting tool geometry are selected so that a material jam at the cutting edge ( 224 . 324 ) and the cutting tool ( 112 . 212 . 312 ) is reduced.

Device according to one of claims 11 to 16, characterized in that the cutting edge ( 224 . 324 ) has a circular segment-shaped convex cutting edge transverse to the feed direction.