DE102009036248A1

DE102009036248A1 - Vorrichtung zur Durchführung von Bauteil- und Werkstoffprüfungen an Proben

Info

Publication number: DE102009036248A1
Application number: DE200910036248
Authority: DE
Inventors: Ulrich Kindermann; Eike Malzahn
Original assignee: Zwick GmbH and Co KG
Current assignee: Zwick GmbH and Co KG
Priority date: 2009-08-05
Filing date: 2009-08-05
Publication date: 2011-02-10
Also published as: WO2011015170A3; WO2011015170A2

Abstract

Die Vorrichtung dient zur Durchführung von Bauteil- und Werkstoffprüfungen an Proben, insbesondere von Druck- und Zugversuchen an Federn und elastischen Bauteilen, Baugruppen und Werkstoffproben. Sie besteht aus zwei sich gegenüberstehend angeordneten Probenaufnahmen (2, 3), zwischen denen eine Kraft zur Belastung der dazwischen angeordneten Probe (1) erzeugbar ist. Dabei ist die eine Probenaufnahme (2) fest an einem Grundrahmen (4) und die andere Probenaufnahme (3) an einem verfahrbaren Stellelement (5) angeordnet. Ferner ist eine den Verfahrweg der Probenaufnahme (3) über einen Wegtaster (7) erfassende Wegmeßeinheit (6) sowie ein die auf die Probe (1) aufgebrachte Kraft erfassender Kraftaufnehmer (8) vorgesehen. Die Wegmeßeinheit (6) ist an einem zweiten Kraftaufnehmer (9) angeordnet, der die Lagerreibungskraft der Wegmeßeinheit (6) erfaßt und als Korrekturwert bereitstellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Bauteil- und Werkstoffprüfungen an Proben, insbesondere von Druck- und Zugversuchen an Federn und elastischen Bauteilen, Baugruppen und Werkstoffproben, mit zwei sich gegenüber stehend angeordneten Probenaufnahmen, zwischen denen eine Kraft zur Belastung der dazwischen angeordneten Probe erzeugbar ist, wobei die eine Probenaufnahme fest an einem Grundrahmen und die andere Probenaufnahme an einem verfahrbaren Stellelement angeordnet ist, ferner mit einer den Verfahrweg der Probenaufnahme über einen Wegtaster erfassenden Wegmeßeinheit sowie einem die auf die Probe aufgebrachte Kraft erfassenden Kraftaufnehmer.
Bei aus der Praxis bekannten Vorrichtungen werden üblicherweise nur einzelne Meßpunkte ermittelt, also zu einem vorgegebenen Weg ein entsprechender Meßwert für die Kraft abgelesen, so dass sich die Vorrichtung jeweils bei Aufnahme der Meßpunkte in einem stationären Zustand befindet. Will man jedoch dynamische Messungen, also quasistatische Druck- oder Zugversuche zur Ermittlung vollständiger Kennlinien in Form von Kraft-Weg-Diagrammen vornehmen, so zeigen sich Meßfehler hinsichtlich der Kraftmessung, soweit der Kraftaufnehmer und die Wegmeßeinheit mechanisch verbunden sind und der Kraftaufnehmer die die Reibungskraft mißt, da die Führung der Wegmeßeinheit reibungsbehaftet ist und somit einen um die Reibungskraft der Wegmeßeinheit verfälschten Kraftwert ergibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass der ermittelte Kraftwert der tatsächtlich auf die Probe einwirkenden Kraft entspricht.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die Wegmeßeinheit an einem zweiten Kraftaufnehmer angeordnet ist, der die Lagerreibungskraft der Wegmeßeinheit erfasst und als Korrekturwert bereitstellt.
Der durch die Erfindung erreichte Vorteil besteht im Wesentlichen darin, dass die aus der reibungsbehafteten Wegmessung zusätzlich erfasste Reibungskraft unabhängig für sich ermittelt wird und somit als Korrekturwert zur Verfügung steht. Die Berücksichtigung dieses Korrekturwertes kann dabei sofort oder aber auch in einem späteren Auswerteverfahren erfolgen.
Um die Reibungskraft möglichst präzise ermitteln zu können, ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass der zweite Kraftaufnehmer am Grundrahmen angeschlossen ist.
Da im Übrigen die Meßwerte für eine Aufzeichnung oder Abspeicherung möglichst unmittelbar in ihrer korrekten Größe vorliegen sollen, wird im Rahmen der Erfindung weiter vorgeschlagen, dass eine elektrische Kompensationsmeßschaltung vorgesehen ist, die den Meßwert des ersten Kraftaufnehmers mit dem Korrekturwert des zweiten Kraftaufnehmer berichtigt. Dies ist insbesondere insoweit sinnvoll, als davon auszugehen ist, dass die Reibungskraft während des Meßvorganges veränderlich ist, so dass zweckmäßigerweise eine unmmittelbar zeitlich korrelierte Kompensation sinnvoll ist.
Um bei dieser Meßanordnung zusätzlich weitere mögliche Meßfehler klein zu halten, empfiehlt es sich im Rahmen der Erfindung, dass das Stellelement eine hohlgebohrte, den Wegtaster mit geringem Abstand umschließende und mit der Probenaufnahme in Verbindung stehende Spindel, Zahnstange, einen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder oder dergleichen aufweist, über die die manuelle oder motorische Krafteinleitung koaxial oder zumindest nahezu koaxial zur Prüfachse erfolgt. Hierdurch wird das Auftreten insbesondere solcher Fehler vermieden, die eine Folge von Kippkräften bei einer Krafteinleitung außerhalb der Prüfachse sind.
Hierzu ist desweiteren das Stellelement über eine spielfreie Führung am Grundrahmen angeschlossen.
Für die Einleitung der Kraft über eine Zahnstange ist diese mit einer in axialer Richtung verlaufenden Verzahnung versehen, in die die Krafteinleitung mittels eines Ritzels erfolgt.
Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Verzahnung in die zylindrische Mantelfläche der Zahnstange eingebracht ist.
Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert; es zeigen:
1 eine Vorrichtung nach der Erfindung in Seitenansicht, teilweise im Schnitt dargestellt,
2 eine nur schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung dient zur Durchführung von Bauteil- und Werkstoffprüfungen an Proben 1 und ist insbesondere darauf eingerichtet, Druck- und Zugversuche an Federn und elastischen Bauteilen, Baugruppen und Werkstoffproben vorzunehmen. Im Einzelnen bedeutet dies, dass keine einzelnen Paare von Kraft-Weg-Meßwerten in statischem Zustand aufgenommen werden, sondern Kennlinien in Form von Kraft-Weg-Diagrammen im Rahmen einer dynamischen Messung ermittelt werden.
Hierzu besitzt die Vorrichtung zwei sich gegenüberstehend angeordnete Probenaufnahmen 2, 3, zwischen denen eine Kraft zur Belastung der dazwischen angeordneten Probe 1 erzeugbar ist. Die untere Probenaufnahme 2 ist dabei fest an einem Grundrahmen 4 angeordnet, während die andere, obere Probenaufnahme 3 an einem verfahrbaren Stellelement 5 angeordnet ist.
Zur Ermittlung des Verfahrweges der oberen Probenaufnahme 3 ist eine Wegmeßeinheit 6 vorgesehen, die den Verfahrweg über einen Wegtaster 7 ermittelt. Ferner besitzt die Vorrichtung einen an der oberen Probenaufnahme 3 angeordneten Kraftaufnehmer 8, der die auf die Probe 1 einwirkende Kraft ermittelt. Hierbei ist der Wegtaster 7 an den Kraftaufnehmer 8 angekoppelt.
Bei dynamischen Messungen hat sich gezeigt, dass die von dem Kraftaufnehmer 8 ermittelte Kraft insoweit fehlerbehaftet ist, als die in der Wegmeßeinheit 6 auftretenden Lagerreibungskräfte mit in das Meßergebnis eingehen. Da diese Reibungskräfte über den Meßvorgang nicht konstant sind, können sie auch nicht nachträglich beispielsweise durch Abzug einer festen Kenngröße berücksichtigt werden.
Daher ist die Wegmeßeinheit 6 an einem zweiten Kraftaufnehmer 9 angeordnet, der die Lagerreibungskräfte der Wegmeßeinheit 6 erfasst und als Korrekturwert bereitstellt. Dieser zweite Kraftaufnehmer 9 ist ebenfalls am Grundrahmen 4 angeschlossen.
Um eine unmittelbare Berücksichtigung dieses Korrekturwertes zu erreichen, ist eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte elektrische Kompensationsmeßschaltung vorgesehen, die den Meßwert des ersten Kraftaufnehmers 8 mit dem Korrekturwert des zweiten Kraftaufnehmers 9 berichtigt. Im Ergebnis steht dann für die Aufzeichnung des Kraft-Weg-Diagramms unmittelbar die berichtigte Kraftgröße zur Verfügung.
Um grundsätzlich mögliche Fehler während der Messung gering zu halten, sollten bei der Messung entstehende Kippkräfte weitgehend vermieden werden. Hierzu weist das Stellelement 5 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine hohlgebohrte, den Wegtaster 7 mit geringem Abstand umschließende und mit dem Kraftaufnehmer 8 in Verbindung stehende Zahnstange 10 auf, über die die manuelle oder motorische Krafteinleitung koaxial oder zumindest nahezu koaxial zur Prüfachse 11 erfolgt. Dies verringert das Auftreten der bereits angesprochenen Kippkräfte. Das Stellelement 5 ist über eine spielfreie Führung 12 am Grundrahmen 4 angeschlossen, die eventuell auftretende Querkräfte aufnimmt.
Weiter weist dabei die Zahnstange 10 eine in axialer Richtung verlaufende Verzahnung 13 auf, in die die Krafteinleitung mittels eines Ritzels 14 erfolgt. Diese Verzahnung 13 ist in besonders einfacher Ausgestaltung in die zylindrische Mantelfläche der Zahnstange 10 eingebracht.
Schließlich ist hierfür am Stellelement 5 im Bereich der Verzahnung 13 eine Aussparung vorgesehen, die einen Durchtritt des Ritzels 14 zur Zahnstange 10 hin erlaubt.

Claims

Vorrichtung zur Durchführung von Bauteil- und Werkstoffprüfungen an Proben, insbesondere von Druck- und Zugversuchen an Federn und elastischen Bauteilen, Baugruppen und Werkstoffproben, mit zwei sich gegenüberstehend angeordneten Probenaufnahmen (2, 3), zwischen denen eine Kraft zur Belastung der dazwischen angeordneten Probe (1) erzeugbar ist, wobei die eine Probenaufnahme (2) fest an einem Grundrahmen (4) und die andere Probenaufnahme (3) an einem verfahrbaren Stellelement (5) angeordnet ist, ferner mit einer den Verfahrweg der Probenaufnahme (3) über einen Wegtaster (7) erfassenden Wegmeßeinheit (6) sowie einem die auf die Probe (1) aufgebrachte Kraft erfassenden Kraftaufnehmer (8), dadurch gekennzeichnet, daß die Wegmeßeinheit (6) an einem zweiten Kraftaufnehmer (9) angeordnet ist, der die Lagerreibungskraft der Wegmeßeinheit (6) erfaßt und als Korrekturwert bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kraftaufnehmer (9) am Grundrahmen (4) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Kompensationsmeßschaltung vorgesehen ist, die den Meßwert des ersten Kraftaufnehmers (8) mit dem Korrekturwert des zweiten Kraftaufnehmers (9) berichtigt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (5) eine hohlgebohrte, den Wegtaster (7) mit geringem Abstand umschließende und mit der Probenaufnahme (3) in Verbindung stehende Spindel (10) Zahnstange, einen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder oder dergleichen aufweist, über die die manuelle oder motorische Krafteinleitung koaxial oder zumindest nahezu koaxial zur Prüfachse (11) erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (5) über eine spielfreie Führung (12) am Grundrahmen (4) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Krafteinleitung über eine Zahnstange (10) diese mit einer in axialer Richtung verlaufenden Verzahnung (13) versehen ist, in die die Krafteinleitung mittels eines Ritzels (14) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (13) in die zylindrische Mantelfläche der Zahnstange (10) eingebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (5) im Bereich der Verzahnung (12) mit einer Aussparung zum Durchtritt des Ritzels (14) versehen ist.