DE102008060568B4

DE102008060568B4 - test methods

Info

Publication number: DE102008060568B4
Application number: DE200810060568
Authority: DE
Inventors: Daniel Malcher; Jan Hogenmüller; Rolf Heyll
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2008-12-04
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2028-12-05
Also published as: DE102008060568A1

Abstract

Prüfverfahren zur Ermittlung eines Fügeeinflusses auf die Zug-/Druckfestigkeit einer aus einer Hauptlage (2) und zumindest einer damit verbundenen Nebenlage (3, 4) gefügten Zug-/Druckprobe (1), bei dem – die noch ungefügte Hauptlage (2) einem separaten Zug-/Druckversuch unterzogen wird, – die gefügte Zug-/Druckprobe (1) einem Zug-/Druckversuch unterzogen wird, wobei die Zug-/Druckkräfte ausschließlich an der Hauptlage (2) angreifen, – die Ergebnisse der beiden Zug-/Druckversuche miteinander verglichen werden und dadurch der Einfluss des Fügens auf die Zug-/Druckfestigkeit der Hauptlage (2) und damit der Zug-/Druckprobe (1) ermittelt wird.Test method to determine a joining influence on the tensile / compressive strength of a tensile / compressive test (1) joined from a main layer (2) and at least one secondary layer (3, 4) connected to it, in which - the still unjoined main layer (2) is a separate Is subjected to a tensile / compression test, - the joined tensile / compression test (1) is subjected to a tensile / compression test, with the tension / compression forces acting exclusively on the main layer (2), - the results of the two tension / compression tests together can be compared and thereby the influence of the joining on the tensile / compressive strength of the main layer (2) and thus the tensile / compression test (1) is determined.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Prüfverfahren zur Ermittlung eines Fügeeinflusses auf die Zug-/Druckfestigkeit einer aus einer Hauptlage und zumindest einer damit verbundenen Nebenlage gefügten Zug-/Druckprobe.The present invention relates to a test method for determining a joining influence on the tensile strength / compressive strength of a tension / compression test joined from a main layer and at least one secondary layer connected thereto.

Insbesondere bei zusammengesetzten Bauteilen, bei welchen mehrere Lagen oder Werkstoffe durch ein Fügeverfahren, beispielsweise mittels Schweißen, miteinander verbunden sind, ist es bisher unmöglich, die Fügeeinflüsse auf beispielsweise die Zug-/Druckfestigkeit oder ein Dehnverhalten genau zu bestimmen und dadurch exakt berechnen zu können. Da insbesondere im Automobilbau eine Vielzahl von gefügten Bauteilen vorkommen, ist es beispielsweise zur Abschätzung eines Crashverhaltens unerlässlich, auch den Fügeeinfluss, beispielsweise hervorgerufen durch einen Wärmeeintrag beim Schweißen, auf ein Dehn- bzw. Zug-/Druckverhalten eines derartigen Bauteils zu bestimmen.In particular, in composite components, in which several layers or materials are joined together by a joining method, for example by welding, it has hitherto been impossible to accurately determine the joining influences on, for example, the tensile / compressive strength or a stretching behavior and thereby be able to calculate exactly. Since a large number of joined components occur in particular in the automotive industry, it is indispensable, for example for estimating a crash behavior, to determine the joining influence, for example caused by a heat input during welding, on a stretching or tension / compression behavior of such a component.

Aus der JP 01184440 A ist ein Zugverfahren für eine quer zur Zugrichtung geschweißte Probe bekannt, die insbesondere aus zwei unterschiedlichen Materialstrukturen zusammengesetzt, das heißt zusammengeschweißt, wurde. Der Einfluss des Fügens auf die Zugfestigkeit, lässt sich mit diesem Prüfverfahren jedoch nicht bestimmen.From the JP 01184440 A For example, a tensile method for a sample welded transversely to the tensile direction is known, which in particular has been composed of two different material structures, that is, welded together. The influence of the joining on the tensile strength, however, can not be determined with this test method.

Aus der JP 05264264 A ist ein weiteres Prüfverfahren zur Bestimmung einer Zugfestigkeit bekannt.From the JP 05264264 A another test method for determining a tensile strength is known.

Die DE 10 2005 006 786 A1 beschreibt eine Probe zur Untersuchung der Belastbarkeit einer Fügeverbindung zwischen zwei aus Flachmaterialien bestehenden Fügepartnern, von denen ein erster Fügpartner einen eben ausgebildeten Oberflächenbereich und der zweite Fügepartner eine Stirnseite aufweist, über die der zweite Fügepartner senkrecht den ersten Fügepartner überragend mit dem eben ausgebildeten Oberflächenbereich des ersten Fügepartners eine feste Fügeverbindung eingeht, wobei beim ersten Fügepartner zwei Einspannbereiche vorgesehen sind, die der Fügeverbindung gegenüberliegen, der zweite Fügepartner ein Einspannbereich aufweist, der der Fügeverbindung gegenüberliegt, und die Einspannbereiche zur lösbar festen Aufnahme in einer Zug- und/oder Biegevorrichtung ausgebildet sind.The DE 10 2005 006 786 A1 describes a sample for investigating the load capacity of a joint connection between two joining partners consisting of flat materials, of which a first joining partner has a planar surface region and the second joining partner has an end face over which the second joining partner protrudes perpendicularly from the first joining partner with the newly formed surface region of the first joining partner Joining partners enters a fixed joint connection, wherein the first joining partner two clamping areas are provided which are opposite to the joint connection, the second joining partner has a Einspannbereich, which faces the joint connection, and the Einspannbereiche are formed for releasably fixed receiving in a tensile and / or bending device.

Aus der DE 196 44 094 A1 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung mechanischer und/oder rheologischer Materialeigenschaften mit einem Prüfkörper bekannt, der Prüfbereiche aus zu untersuchendem Material aufweist und in eine Prüfeinrichtung mit entsprechenden form- und/oder kraftschlüssig wirkenden Prüfkörperaufnahmen einsetzbar ist, die gezielt Kräfte und/oder Momente auf die zu untersuchenden Prüfbereiche ausübt, wobei der Prüfkörper zumindest zwei Prüfbereiche aufweist, die aus den zu untersuchenden Materialien bestehen und derart ausgebildet sind, dass die Prüfbereiche geometrie- und/oder werkstoffbedingt einen geringeren Widerstand gegenüber den einwirkenden Kräften und/oder Momenten entgegensetzen als die übrigen Bereiche des Prüfkörpers.From the DE 196 44 094 A1 a device for determining mechanical and / or rheological material properties with a test specimen is known which has test areas of material to be examined and in a test device with appropriate positive and / or non-positively acting Prüfkörperaufnahmen is used, the forces and / or moments on the zu exerts test areas, the test body has at least two test areas, which consist of the materials to be examined and are designed such that the Prüfbereiche geometry and / or material due to a lower resistance to the forces and / or moments oppose the other areas of the specimen.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein Prüfverfahren anzugeben, mit welchem insbesondere ein Fügeeinfluss auf eine Zug-/Druckfestigkeit einer Zug-/Druckprobe bestimmt werden kann.The present invention is concerned with the problem of specifying a test method with which in particular a joining influence on a tensile strength / compressive strength of a tensile / compressive test can be determined.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zur Ermittlung eines Fügeeinflusses auf die Zug-/Druckfestigkeit einer aus einer Hauptlage und zumindest einer damit verbundenen Nebenlage gefügten Zug-/Druckprobe zunächst die noch ungefügte, dass heißt separate, Hauptlage einem Zug-/Druckversuch zu unterziehen und anschließend eine gefügte Vergleichsprobe ebenfalls einem Zug-/Druckversuch zu unterziehen, wobei hier die Zug-/Druckkräfte ausschließlich an der Hauptlage, das heißt nicht an der zumindest einen damit verbundenen Nebenlage, angreifen. Die Ergebnisse der beiden Versuche werden anschließend miteinander verglichen, wodurch der Einfluss des Fügens auf die Zug-/Druckfestigkeit der Zug-/Druckprobe ermittelt werden kann. Durch das erfindungsgemäße Prüfverfahren, bei welchem auch die gefügte Zug-/Druckprobe nicht komplett, sondern nur an ihrer Hauptlage gezogen/gedrückt wird, lässt sich der Fügeeinfluss, welcher beim Fügen der Haupt- mit den Nebenlagen in die Zug-/Druckprobe eingetragen wird, isolieren und dadurch bestimmen. Selbstverständlich ist dabei das erfindungsgemäße Prüfverfahren nicht nur zur Ermittlung eines Fügeeinflusses auf die Zug-/Druckfestigkeit einer aus einer Haupt- und zumindest einer damit verbundenen Nebenlage gefügten Zug-/Druckprobe beschränkt, sondern es kann selbstverständlich in gleicher Weise eine Momentenbelastung ermittelt werden. Bei einem Prüfverfahren zur Ermittlung des Fügeeinflusses auf die Druckfestigkeit einer derartigen gefügten Druckprobe, wird die noch zunächst ungefügte Hauptlage einem separaten Druckversuch unterzogen, woraufhin die gefügte Druckprobe einem Druckversuch unterzogen wird, wobei hierbei die Druckkräfte ausschließlich in die Hauptlage eingeleitet werden. Durch das Vergleichen der Ergebnisse der beiden Druckversuche miteinander kann dabei ebenfalls der Einfluss des Fügens auf die Druckfestigkeit der Druckprobe ermittelt werden. Ein derartiges Prüfverfahren ist einerseits kostengünstig und prüftechnisch einfach durchzuführen und erlaubt die experimentelle Bestimmung bisher nicht bekannter Einflussparameter.The invention is based on the general idea, to determine a joining influence on the tensile strength / compressive strength of a train composed of a main layer and at least one adjunct train / pressure test initially unappended, that is separate, main layer to undergo a tensile / compressive test and then subjecting a joined comparison sample also a tensile / compressive test, in which case the tensile / compressive forces exclusively on the main layer, that is not on the at least one associated secondary position, attack. The results of the two tests are then compared with each other, whereby the influence of the joining on the tensile / compressive strength of the tensile / compressive test can be determined. By the test method according to the invention, in which also the joined tensile / compressive test is not complete, but only pulled / pressed on its main layer, the joining influence, which is entered when joining the main and the secondary layers in the tensile / compressive test, isolate and thereby determine. Of course, the test method according to the invention is not only limited to the determination of a joining influence on the tensile strength / compressive strength of a tensile / compressive test joined from a main and at least one adjoining secondary layer, but it is of course also possible to determine a moment load in the same way. In a test method for determining the joining influence on the compressive strength of such a joined pressure test, the still unwound main layer is subjected to a separate compression test, after which the joined pressure sample is subjected to a compression test, in which case the pressure forces are introduced exclusively into the main layer. By comparing the results of the two compression tests with each other, the influence of the joining on the compressive strength of the pressure sample can also be determined. One On the one hand, such a test method is cost-effective and easy to test, and allows the experimental determination of hitherto unknown influencing parameters.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist die Hauptlage mit der zumindest einen Nebenlage verschweißt, so dass mit dem Prüfverfahren der Wärmeeinfluss auf die Zug- oder Druckfestigkeit der Hauptlage ermittelt werden kann. Insbesondere beim Verschweißen zweier Materialien miteinander kommt es aufgrund des dabei auftretenden und nicht unerheblichen Wärmeeintrages zu einer Gefügeveränderung, welche sich unter Umständen negativ auf eine Zugfestigkeit oder eine Druckfestigkeit auswirken kann. Da insbesondere im Automobilbereich das Schweißen als häufiges Fügeverfahren eingesetzt wird, ist es zur Ermittlung bzw. zur Berechnung eines Crashverhaltens und damit zur Simulation eines derartigen Crashverhaltens, unbedingt erforderlich, den durch das Schweißen aufgebrachten Fügeeinfluss zu isolieren und dadurch zu quantifizieren. Durch die Kenntnis derartiger Fügeeinflüsse, lassen sich insbesondere Simulationsrechnungen deutlich verbessern und dadurch ein Crashverhalten des Kraftfahrzeuges deutlich besser vorhersagen.In an advantageous development of the solution according to the invention, the main layer is welded to the at least one secondary layer, so that the heat influence on the tensile or compressive strength of the main layer can be determined with the test method. In particular, when welding two materials together, it comes to a structural change due to the occurring and not inconsiderable heat input, which under certain circumstances can adversely affect a tensile strength or compressive strength. Since welding is used in particular in the automotive sector as a frequent joining method, it is essential for the determination or calculation of a crash behavior and thus for simulating such a crash behavior, to isolate the joint influence applied by welding and thereby to quantify. By knowing such joining influences, in particular simulation calculations can be significantly improved and thereby predict a crash behavior of the motor vehicle much better.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist die Hauptlage der Zug-/Druckprobe als Schulterprobe ausgebildet und über ihre Schultern in eine Prüfmaschine eingespannt. Derartige Schulterproben erzwingen ein Versagen in dem zwischen den beiden Schultern gelegenen taillierten Bereich und verhindern dadurch wirkungsvoll einen sogenannten Einspannbruch, der beispielsweise durch unterschiedlich oder ungünstig aufgebrachte Einspannkräfte im Einspannbereich der Probe hervorgerufen wird. Derartige Schulterproben sind dabei hinlänglich bekannt und werden bei modernen Prüfverfahren oftmals eingesetzt.In an advantageous embodiment of the solution according to the invention, the main layer of the tensile / compressive test is designed as a shoulder sample and clamped over their shoulders in a testing machine. Such shoulder samples force failure in the waisted region located between the two shoulders and thereby effectively prevent a so-called jamming fracture, which is caused, for example, by different or unfavorably applied clamping forces in the clamping region of the sample. Such shoulder samples are well known and are often used in modern test methods.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawing and from the associated description of the figures with reference to the drawing.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.A preferred embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be explained in more detail in the following description.

Die einzige 1 zeigt eine mögliche Versuchsanordnung.The only 1 shows a possible experimental arrangement.

Entsprechend der 1, ist eine Zugprobe 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens aus einer Hauptlage 2 sowie zwei Nebenlagen 3 und 4 zusammengesetzt. Die Hauptlage 2 kann dabei mit den Nebenlagen 3 und 4 beispielsweise gefügt, insbesondere verklebt oder verschweißt sein. Der Begriff Zugprobe 1 ist dabei lediglich rein exemplarisch und auf die 1 bezogen zu verstehen, so dass darunter theoretisch auch Druckproben bzw. Drehproben zur Ermittlung einer Druck- oder Momentenfestigkeit subsummiert werden können.According to the 1 , is a tensile test 1 for carrying out the test method according to the invention from a main layer 2 as well as two secondary locations 3 and 4 composed. The main situation 2 can do it with the secondary layers 3 and 4 For example, be joined, in particular glued or welded. The term tensile test 1 is purely exemplary and on the 1 Understand, so that theoretically also pressure samples or rotary samples can be subsumed to determine a pressure or torque resistance.

Das erfindungsgemäße Prüfverfahren gestaltet sich nun wie folgt: Zunächst wird die noch ungefügte Hauptlage 2 einem separaten Zugversuch unterzogen, während eine vergleichbare Hauptlage 2 mit zumindest einer Nebenlage 3, 4 gefügt, und anschließend ebenfalls einem Zugversuch unterzogen wird. Beim Zugversuch mit der gefügten Zugprobe 1, wird dabei jedoch darauf geachtet, dass die Zugkräfte ausschließlich an der Hauptlage 2 angreifen. Die Ergebnisse der beiden Zugversuche werden nun miteinander verglichen und dadurch der Einfluss des Fügens auf die Zugfestigkeit der Hauptlage 2 bzw. der Zugprobe 1 ermittelt.The test method according to the invention is now as follows: First, the still unavailable main layer 2 subjected to a separate tensile test while having a comparable mainline 2 with at least one secondary location 3 . 4 and then also subjected to a tensile test. In the tensile test with the joined tensile test 1 , however, it is ensured that the traction forces exclusively at the main location 2 attack. The results of the two tensile tests are now compared with each other and thus the influence of the joining on the tensile strength of the main layer 2 or the tensile test 1 determined.

In gleicher Weise kann das erfindungsgemäße Prüfverfahren zur Ermittlung eines Fügeeinflusses auf die Druckfestigkeit bzw. auf eine Momentenfestigkeit einer aus einer Hauptlage bei und zumindest einer damit verbundenen Nebenlage 3, 4 gefügten Probe verlaufen.In the same way, the test method according to the invention for determining a joint influence on the compressive strength or on a torque strength of a main layer at and at least one associated secondary layer 3 . 4 pasted sample.

Wird beispielsweise die Hauptlage 2 mit der zumindest einen Nebenlage 3, 4 verschweißt, so ist mit dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren der Wärmeeinfluss auf die Zug-/Druckfestigkeit der Hauptlage 2 zu ermitteln. Generell kann der Druck-/Zugversuch dabei kraftgesteuert oder weggesteuert durchgeführt werden, wobei die Hauptlage 2 üblicherweise als Schulterprobe mit entsprechenden Schultern 5, 5' ausgebildet ist und über diese Schultern 5, 5' in entsprechende Prüfbacken einer Prüfmaschine eingespannt wird.For example, the main situation 2 with at least one secondary location 3 . 4 welded, so with the test method according to the invention the influence of heat on the tensile strength / compressive strength of the main layer 2 to investigate. In general, the compression / tensile test can be performed force-controlled or path-controlled, the main position 2 usually as a shoulder sample with appropriate shoulders 5 . 5 ' is trained and over these shoulders 5 . 5 ' is clamped in corresponding test jaws of a testing machine.

Bei der gemäß der 1 dargestellten Zugprobe 1 ist beispielsweise die Nebenlage 4 mit der Hauptlage 2 über eine Klebeschicht 6 verbunden, während die Hauptlage 2 mit der Nebenlage 3 über Schweißpunkte 7 verbunden ist. Generell können dabei die Hauptlage 2 und/oder die zumindest eine Nebenlage 3 aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt werden.In accordance with the 1 shown tensile test 1 is, for example, the secondary position 4 with the main situation 2 over an adhesive layer 6 connected while the main situation 2 with the secondary situation 3 over welds 7 connected is. Generally speaking, the main situation 2 and / or the at least one secondary location 3 made of different materials.

Mit dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren kann somit eine beliebige Kombination an Guten und Schweißeinflüssen geprüft werden, wobei die Festigkeit der gefügten Zugprobe 1 einfach in Relation zum angefügten Grundwerkstoff, das heißt zur angefügten Hauptlage 2, gesetzt wird. Darüber hinaus ist mit dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren auch eine Untersuchung zur Abhängigkeit von einzelnen Schweißpunktlagen möglich. Insbesondere kann mit dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren der Fügeeinfluss auf die Zug-/Druckfestigkeit einer gefügten Zug-/Druckprobe ermittelt werden, was insbesondere für Simulationsrechnungen zur Berechnung eines Crashverhaltens, von entscheidendem Vorteil ist. Darüber hinaus ist das Prüfverfahren kostengünstig und technisch einfach durchzuführen und dadurch vielseitig einsetzbar.With the test method according to the invention can thus be tested any combination of good and welding influences, the strength of the joined tensile specimen 1 simply in relation to the attached base material, that is to the attached main layer 2 , is set. In addition, with the test method according to the invention also an investigation of the dependence of individual spot welds possible. In particular, the joining influence on the tensile strength / compressive strength of a fitted tension / compression test can be determined with the test method according to the invention, which is of decisive advantage, in particular for simulation calculations for calculating a crash behavior. In addition, the test method is inexpensive and technically easy to perform and thus versatile.

Claims

Test method for determining a joint influence on the tensile strength / compressive strength of a main layer ( 2 ) and at least one associated secondary position ( 3 . 4 ) joined tensile / pressure test ( 1 ), in which - the still unavailable main situation ( 2 ) is subjected to a separate tensile / compressive test, - the joined tensile / pressure test ( 1 ) is subjected to a tensile / compressive test, wherein the tensile / compressive forces exclusively on the main layer ( 2 ), - the results of the two tensile / compression tests are compared with each other and thereby the influence of the joining on the tensile / compressive strength of the main layer ( 2 ) and thus the tensile / pressure test ( 1 ) is determined.

Test method according to claim 1, characterized in that the main layer ( 2 ) with the at least one subsidiary location ( 3 . 4 ) and thus with the test method the influence of heat on the tensile / compressive strength of the main layer ( 2 ) is determined.

Test method according to claim 1 or 2, characterized in that the tensile / compressive test is performed force-controlled or path-controlled.

Test method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the main layer ( 2 ) is designed as a shoulder sample and over her shoulders ( 5 . 5 ' ) is clamped in a testing machine.

Test method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the main layer ( 2 ) with the at least one subsidiary location ( 3 . 4 ) and thus with the test method the adhesive influence on the tensile strength / compressive strength of the main layer ( 2 ) is determined.

Test method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the main layer ( 2 ) and / or the at least one subsidiary location ( 3 . 4 ) are made of different materials.