DE102010037982A1

DE102010037982A1 - Probenhalter und Verfahren zum Spannen insbesondere einer länglichen, metallischen Probe

Info

Publication number: DE102010037982A1
Application number: DE201010037982
Authority: DE
Inventors: Fritz Gerster; Michael Baier; Roland Eisenlauer
Original assignee: Zwick GmbH and Co KG
Current assignee: Zwick GmbH and Co KG
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2012-04-05

Abstract

Materialprüfmaschinen, die stabähnliche Materialproben mit extrem hohen Kräften wie z. B. 450000 N oder darüber hinaus beaufschlagen, sollen die Materialproben schonend haltern und eine schnelle Umrüstzeit der Prüfmaschine ermöglichen. Dies geschieht mit einem erfindungsgemäßen Probenhalter bestehend aus einem zylindrischem Grundkörper und wenigstens zwei verschiebbar eingelagerten Spannbacken für ein Ende einer Betonstahlprobe oder einer bruchempfindlichen Probe. Die Haltekraft wird quer zur Probe entlang wenigstens einer Spannstrecke aufgebracht. Hierzu üben die Spannbacken eine über mehrere Schließelemente wie Schrauben abnehmende Haltekraft auf die Probe aus, insbesondere so, dass sie zu einem Ende der Probe hin zunehmend ist. Die Ausführung des Probenhalters mit einem Gewicht von weniger als 180 Kilogramm durch Aussparungen im Grundkörper empfiehlt diesen für eine Verwendung in Materialprüfmaschinen für statische sowie dynamische Materialprüfungen, insbesondere in Schwingungsprüfmaschinen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Probenhalter, mit dem eine Probe wie zum Beispiel Betonstahl, Spannlitzen aus Metall oder klemmbruchempfindliche Proben in einer Materialprüfmaschine für die Ausführung unterschiedlichster Tests zur statischen Materialprüfung wie Messungen zur Kraftdehnung und dynamische Materialprüfungen wie z. B. Ermüdungstests in Schwingungsprüfmaschinen eingespannt werden kann, sowie ein vorteilhaftes Verfahren zum Spannen länglicher, stabähnlicher Proben, die besonders hohen Prüfkräften in Längsrichtung der Probe auszusetzen sind.
Stand der Technik
Materialprüfmaschinen gibt es in vielerlei Ausgestaltung, die die unterschiedlichsten Materialprüfungen durchführen können. Beispielhaft sei auf die Hebelarmprüfmaschine nach der Patentanmeldung PCT/EP2009/066136 (Anmelderin: Messphysik Materials Testing GmbH; Prioritätstag: 17.10.2009), bei der ein Augenmerk in der Anordnung des Hebelarms auf der Vermeidung von fehlerhaft eingelenkten Prüfkräften liegt. Weitere Arten von Prüfmaschinen können zum Beispiel in der Deutschen Patentanmeldung DE 10 2008 050 465 A1 (Anmelderin: Zwick GmbH & Co. KG; Anmeldetag: 08.10.2008) betrachtet werden, in der eine Prüfmaschine mit einem Lastrahmen und eine Prüfmaschine mit einem C-förmigen Grundrahmen beschrieben sind. Solche und ähnliche Materialprüfmaschinen werden dazu verwendet, Dauerbelastungstests, Schwingungsprüfungen und Spitzenbelastungsuntersuchungen an Materialproben durchzuführen.
Die Prüfungen werden in der Regel nach einschlägigen Normen und zur Überprüfung der Beachtung einschlägiger Normen wie der DIN 488 – Teil 3, der Euro Norm 80, der DIN EN 10080 und der EN ISO 15630 Teil 1 durchgeführt. In anderen nationalen Territorien existieren vergleichbare Normen, wie z. B. die NS 3576 – Teil 3 im Königreich Norwegen.
Ein Typ besonders schwierig zu untersuchender Materialproben ist eine stabähnliche, längliche Probe, bei der in Längsrichtung, also entlang der längsten Erstreckung der Materialprobe, besonders hohe Kräfte aufzubringen sind. Solche Proben sind zum Beispiel mehrfach gewickelte Fieberglasproben, Kohlefaserstäbe oder Betonstahlproben. Ähnliche. Schwierigkeiten werfen Spannlitzen für den Betonbau, Armierungen mit 7-Drähten (7-Wires) für den Betonbau und Proben aus CFK. Bei den Betonstahlproben tritt erschwerend hinzu, dass an den Betonstahlstäben in der Regel in gleichmäßigen Abständen Rippen eingearbeitet sind, sodass das Fassen der Betonstahlprobe durch eine Haltevorrichtung zusätzlich erschwert ist.
Für das Halten der Probe, wie zum Beispiel der Betonstahlprobe, gibt es verschiedene Techniken. Eine Technik besteht darin, die jeweiligen Enden der Betonstahlprobe einzugießen und das so geschaffene, vergrößerte Ende der Betonstahlprobe in die Prüfmaschine einzuspannen. Die Vorbereitungstätigkeiten für jede einzelne Betonstahlprobe sind sehr langwierig, es werden häufig vollständige Arbeitstage nur für die Vorbereitung der Betonstahlprobe eingeplant, während – je nach durchzuführender Prüfung – der eigentliche Prüfvorgang teilweise nur wenige Minuten beansprucht.
Eine weitere Möglichkeit wird in der Patentliteratur beschrieben, nämlich die Verwendung von ausgewählten Probehaltern, wie zum Beispiel in den beiden Veröffentlichungen DE 35 37 248 A1 (Anmelderin: Bayer AG; Anmeldetag: 19.10.1985) und DE 85 29 717 U1 (Anmelderin: Bayer AG; Anmeldetag: 19.10.1985). In der Patentanmeldung DE 35 37 248 A1 wird ein Probenhalter abgebildet, der innenliegende Spannbacken mit Elastomereinlagen hat. Beispielhaft wird in der Patentanmeldung von Prüfversuchen berichtet, bei denen unidirektionale Glasfaser-Rundstäbe auf Zugbelastung von mehr als 4000 Newton zu testen waren. In der 1 der DE 35 37 248 A1 sind Einlagen zu sehen, die kontinuierlich anwachsende Einlagedicken haben sollen. Das Ein- bzw. das Ausleiten von Kräften über Spannbacken, bei denen Elastomereinlagen ungleichmäßig auf der Materialprobe auftragen, lassen eine kontrollierte Kraftführung nur bedingt zu.
Zur Vervollständigung der Darstellung von möglichen Probenhaltern sollen die folgenden Veröffentlichungen erwähnt werden: DE 2 141 566 A (Anmelderin: MB/Trebel GmbH; Anmeldetag: 19.08.1971), DE 2 349 686 A (Anmelderin: Carl Schenck Maschinenfabrik GmbH; Anmeldetag: 03.10.1973), DD 117 117 A (Inhaber: Dipl.-Ing. Günter Blohm, Gerhard Henze, Klaus Voit, Gerd Zache; Anmeldetag: 16.12.1974) und DE 102 40 016 A1 (Anmelderin: SOBAtec GmbH; Anmeldetag: 27.08.2002).
Die zuvor angesprochenen Probehalter und ihre Darstellungen in den erwähnten Druckschriften ersetzen die ausführliche Darstellung der Funktion, der Bauteile und des Zusammenspiels dieser Bauteile an dieser Stelle und gelten mit ihrer Referenzierung als vollinhaltlich in vorliegende Beschreibung aufgenommen.
Technische Schwierigkeiten
Es besteht der vielfach vorgetragene Wunsch, auch bei Materialproben, die mit extrem hohen Kräften wie z. B. 450000 N oder darüber hinaus (z. B. 550 kN) zu beaufschlagen sind, eine schnelle Umrüstzeit der Prüfmaschine zu ermöglichen. Aus einigen Normen ergeben sich Standardprüfkräfte von 500 kN in Längsrichtung für die Materialprobe. Der Probenhalter sollte so gestaltet sein, dass Materialproben wie Betonstahl eingespannt werden können. Hierbei sollte ein Klemmenbruch während der Materialprüfung vermieden werden bzw. möglichst nicht auftreten, denn Probenbeschädigungen im Bereich der Klemmen verfälschen die Untersuchung bzw. machen ggf. die Untersuchung ungültig.
Als Klemmenbrüche werden Brüche in der Materialprobe bezeichnet, die nicht in der freien, für den Materialbruch vorgesehenen Einspannlänge auftreten, sondern unmittelbar an oder neben den Klemmbacken.
Erfindungsbeschreibung
Die Erfindung baut auf der Erkenntnis auf, dass ein Klemmenbruch teilweise darauf zurückzuführen ist, dass im Bereich der Klemmen, d. h., im Bereich der Spannbacken, zu große Querkräfte auf die Prüfprobe einwirken. Die Kraft, die in der Prüfprobe bzw. in der Materialprobe, auch Probe genannt, längsgeführt vorhanden ist, muss über den Probenhalter entweder ein- oder ausgelenkt werden. Eine solche Kraft, die entweder ein- oder ausgelenkt wird, kann als Querkraft bezeichnet werden. Bei einer zu großen Querkraft oder bei einer zu großen Längskraft ist die resultierende Kraft aus Quer- und Längskraft so groß, dass die Materialprobe im Bereich der Klemmen, insbesondere im Bereich der Spannbacken der Klemmen, bricht. Mit dem Begriff Klemmenbruch wird also das Phänomen bezeichnet, dass die Materialprobe nicht im Bereich der freien Prüflänge, sondern im Bereich ihrer Einspannung bricht. Ob hierbei eine (zusätzliche) Beschädigung der Spannbacken auftritt, ist in vorliegender Betrachtung zunächst nachrangig.
Nachfolgend wird entweder von Querkraft, von eingeleiteter Kraft oder von auszuleitender Kraft gesprochen, wobei damit durch synonyme Begriffe belegte Effekte zwischen Probe und Probenhalter adressiert werden. Je nach Verwendung des Probenhalters, ob über den Probenhalter eine Prüfkraft ein- oder eine Prüfkraft ausgelenkt wird, ist die Querkraft eine eingeleitete bzw. eine einzuleitende oder eine auszuleitende Kraft.
Der Probenhalter ist mehrteilig aufgebaut. Der Probenhalter hat einen Grundkörper. Der Grundkörper stellt das zentrale Bauteil des Probenhalters dar. Der Grundkörper sticht zum Beispiel aufgrund seiner Größe oder aufgrund seiner Struktur in das Auge des Betrachters. In. einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Grundkörper das größte Bauteil des Probenhalters. Ein besonders praktisch gestalteter Grundkörper ist ein zylindrischer Grundkörper, insbesondere ein Grundkörper, der wie ein flacher, beidseitig abgeschnittener Zylinder oder wie eine gestufte Säule gestaltet ist. Der Grundkörper stellt den Tragkörper für die weiteren Bauteile des Probenhalters dar. Der Grundkörper trägt unter anderem zwei Spannbacken. Die Spannbacken lagern im Grundkörper. Die Spannbacken sind so in dem Grundkörper angeordnet, dass sie eine Schiebbewegung zurücklegen können. Die Spannbacken sind verschiebbar in Bezug auf eine Parallele zur mittleren Achse des Grundkörpers gelagert. Wenigstens zwei Spannbacken begrenzen seitlich einen Spannraum. Der Spannraum ist für die Aufnahme der Probe vorgesehen. Der Abstand der Spannbacken zueinander kann auf den Durchmesser der Probe abgestimmt werden. Die Probe, für die der Spannraum besonders vorteilhaft zu nutzen ist, hat eine längliche, stabähnliche Struktur. Eine solche Probe kann zum Beispiel eine Betonstahlprobe sein. Weitere in dem Probenhalter zu verwendende Proben können Spannlitzen, klemmbruchempfindliche Proben und CFK-Proben sein. Der Spannraum ist länglich. Er schafft Platz für die stabähnliche Probe. Der Spannraum ist vorrangig längsgestreckt; mit anderen Worten, er ist rohrartig ausgestreckt. Eine Haltekraft für die Probe wird über die Spannbacken entlang einzelner Spannstrecken auf die Probe aufgebracht. Die Haltekraft wirkt quer zur Haupterstreckungsrichtung der Probe. Die Haupterstreckungsrichtung der Probe ist die längliche Erstreckung der Probe. Der Probenhalter ist so konzipiert, dass ein Ende der Probe von den Spannbacken gehalten in den Grundkörper eingeführt werden kann. Die Probe sollte länger sein als der Grundkörper. Die Probe sollte auch länger sein als die Längserstreckung der Spannbacken. Die Probe kann an beiden Enden durch jeweils einen Probenhalter abgeschlossen werden.
Die Spannbacken lagern an einer Seite an Innenwänden des Grundkörpers. Durch das Anlagern der Spannbacken an dem Grundkörper bzw. an speziellen Ausformungen des Grundkörpers – wie Keile oder Rampen – oder an speziellen Einsätzen in dem Grundkörper übernimmt der Grundkörper die Funktion eines Tragkörpers. Die Spannbacken zueinander bzw. miteinander können zusätzlich verschlossen werden. Hierfür haben die Spannbacken wenigstens ein Schließelement. Vorteilhafterweise können mehrere Schließelemente wenigstens zwei Spannbacken miteinander in Verschluss bringen. Die Spannbacken können zusätzlich durch den Grundkörper über Schließelemente verbunden sein. Schließelemente stellen eine Befestigungsweise dar, durch die eine Probe zwischen Spannbacken verschiebungsfest angeordnet werden kann. Die relative Lage der Probe zu den Spannbacken lässt sich, wenn die Haltekraft ausreichend dimensioniert ist, nicht mehr verändern.
Mit Hilfe des Schließelements lässt sich punktuell oder bereichsweise die Haltekraft, die von den Spannbacken auf die Probe ausgeübt wird, einstellen. Lässt sich über die Schließelemente der Abstand der Spannbacken zueinander einstellen bzw. lässt sich das Drehmoment zum Beispiel einer Spannschraube verstellen, so kann die Haltekraft, die durch das Schließelement über die Spannbacken auf die Probe ausgeübt wird, eingestellt werden. Das Schließelement übt eine Spannkraft auf die Spannbacken, die hieraus eine Haltkraft für die Probe machen. Die aus der Probe ausgelenkte Kraft bildet hierzu die umgekehrte Kraft, nämlich eine Spreizkraft auf den Probenhalter. In einem (ersten) Bereich einer Spannbacke liegt eine maximale Haltekraft an der Probe an. In einem anderen (zweiten) Bereich der Spannbacken kann eine dazu geringere Haltekraft auf die Probe ausgeübt werden. In einem Bereich gibt es daher einen Spitzenwert der Spannkraft, wohingegen in einem anderen Bereich an der Spannbacke eine geringere Haltekraft für die Probe festzustellen ist. Über das Schließelement lässt sich die Spannkraft entlang der Spannstrecke unterschiedlich einstellen.
Ein Schließelement sollte als Verbindungselement zwischen den wenigstens zwei Spannbacken diese gegeneinander verspannen oder diese zusammenhalten. Besonders vorteilhaft sind Schließelemente, die eine durchgreifende Funktion übernehmen. Zur Auswahl solcher Schließelemente stehen z. B. Schrauben und ähnliche Durchsteckbauteile zur Verfügung, die eine Spannkraft zwischen den Spannbacken einstellen können. Klammern, die eine definierbare Anpresskraft auf die Spannbacken ausüben können, können ebenfalls als Schließelemente betrachtet werden. Die Schließelemente stellen eine Spannkraft auf die Probe ein, die zwischen den Spannbacken liegt. Als Schließelemente eignen sich solche Gegenstände, die zwei oder mehr Spannbacken miteinander verschließen, also in einen Verschlusszustand bringen können. Solche Schließelemente können z. B. Schrauben mit Kontermutterverbindungen, Schrauben mit Feingewinden oder auch Zuganker sein. Als weitere Alternative bieten sich Weg-Kraft-Übersetzer an, die aus einer Verstellstrecke eine Anpresskraft erzeugen. Ebenso können Gewindestangen gewählt werden, deren Anpresskraft und damit die Spannkraft der Spannbacken beidseitig mit Muttern einstellbar ist.
Erfindungsgemäße Probenhalter können mit mehreren Schließelementen ausgestattet sein, die unterschiedlicher Art oder Gestaltung sein können. Solche Probenhalter haben also ein erstes Schließelement und ein zweites Schließelement, die insbesondere unterschiedlich gestaltet sein können. Als erstes Schließelement eignet sich ein Zusammenspiel aus Keilen und Spannbacken, während das zweite Schließelement zum Beispiel eine Schraube mit dazugehöriger Mutter sein kann, wobei die Schraube durch zwei Spannbacken durchgreift. Die Spannschraube erzeugt eine kraftschlüssige Verbindung bzw. eine formschlüssige Verbindung zwischen der einen Spannbacke und der Schraube und der anderen Spannbacke und der Schraube. An einer anderen Stelle entlang der Spannbacken können zwei Spannbacken durch Keile oder sonstige Spannmittel verspannt sein.
Die Probe, wie zum Beispiel eine Betonstahlprobe, ist eine Probe, die hohen Kräften standhalten kann. Die Versuche sind für hochbelastbare Proben durchzuführen. Als hohe Kräfte wären Kräfte in einem Bereich von mehr als 400 kN angesehen, insbesondere mehr als 550 kN.
In einigen Normenwerken werden Prüfkräfte von exakt 500 kN gefordert. Es sollten also Prüfkräfte von mehr als 490 kN einleitbar sein. Der Probenhalter ist in der Lage, solche Kräfte in die und aus der Probe ein- und auszuleiten. Die Proben sind länglich. Die Proben sind mit einem Stab zu vergleichen, das bedeutet, je nach Probe ist die Probe entweder ein Flachelement wie ein Flachstahl oder ein Rundelement wie ein Betonstahl. Die Spannbacken können gerundete bzw. mit einem Kreisquerschnitt versehen Proben aufnehmen. Die Proben haben also ein stabähnliches Aussehen. Eine solche Probe ist zwischen den Spannbacken einzuspannen. Hierfür bieten die Spannbacken jeweils wenigstens eine Spannstrecke, an der ein Teil der Probe anliegen kann. Die Spannstrecken verlaufen zueinander parallel in Erstreckungsrichtung der Probe. Die Spannstrecken sind besonders vorteilhaft angeordnet, wenn sie spiegelbildlich zueinander entlang der Probe verlaufen. Die Haltekraft, die von den Spannbacken auf die Probe ausgeübt wird, wird über die Schließelemente eingestellt. So kann ein Standarddrehmoment einzelnen Schrauben, die die Funktion der Schließelemente übernehmen, zugeordnet werden. Vorteilhaft ist es, wenn in den Bereichen, die näher an der freien Probenstrecke angeordnet sind, vereinfacht auch als probenseitig bezeichnet, die Haltekraft der Spannbacken geringer eingestellt ist, als in einem Bereich, der im Grundkörper des Probenhalters vorhanden ist. Die Haltekraft ist – bei einer solchen Einstellung der Schließelemente – zu ihrem Ende hin ansteigend einstellbar. Während in einem Bereich der Probe, der nahe an der freien Prüflänge der Probe, dem freien Probenstück, angesiedelt ist, eine vergleichsweise geringere Querkraft durch die Haltekraft ausgeübt wird, ist die Querkraft bzw. die ein- bzw. die ausgeleitete Kraft zum Ende der Probe hin größer. Mit steigenden Querkräften reduziert sich jedoch entlang der Spannbacken die Längskraft in der Probe. Die resultierende Kraft aus Querkraft und Längskraft bleibt dadurch, dass entweder die Querkraft oder die Längskraft in ausgewählten Abschnitten der Probe, die in dem Probenhalter ruhen, geringer ist, unter einem maximal zulässigen Wert.
Ein solcher Probenhalter kann für unterschiedliche Materialprüfungen eingesetzt werden. Der Probenhalter lässt sich in Materialprüfmaschinen einsetzen, mit denen dynamische Materialprüfungen, wie z. B. Schwingungsprüfungen und mit denen statische Prüfungen wie Ermüdungsprüfungen durchgeführt werden. Verwendungen derartiger Probenhalters für Zeitstandsprüfungen bei Dauerbelastung von Materialien sind ebenfalls möglich. Der Probenhalter ist aufgrund der dosierten Krafteinleitung bzw. dosierten Kraftausleitung aus der Probe in der Lage, Betonstahlproben mit mehr als 450 kN zu belasten bzw. als Probenhalter für Tests von Betonstahlproben mit mehr als 450 kN eingesetzt zu werden. Eine typische Kraft, die gewählt werden kann, sind 500 kN. Trotzdem ist der Probenhalter, der aus einem Baustahl gefertigt sein kann, nicht schwerer als 180 kg. Der Probenhalter ist mit Aussparungen versehen, um das Probenhaltergewicht zu reduzieren. Das Material des Probenhalters ist an den Stellen verstärkt, zum Beispiel sind in Übergangsbereichen ausreichend gerundete Kanten geschaffen worden, in denen die Hauptkraft verläuft. Der Probenhalter hat das Aussehen einer zweifach gestuften Säule mit daran anschließenden Backen. Der jeweilige Übergang von einer Stufe auf die nächste bzw. von der Stufe auf die jeweilige Backe ist nicht scharfkantig ausgeführt. Der Übergang ist mit Anschlussschrägen oder mit Übergangsrundungen gestaltet. Die Materialdicken und Materialstärken des Probenhalters sind für die Kraftübertragung zu einem Flansch des Probenhalters ausgerichtet.
Die Aufteilung des Probenhalters in einen Grundkörper und in aus dem Grundkörper hinausschauende Spannbacken reduziert das Gesamtgewicht des Probenhalters. Das führt dazu, dass Schwingungsprüfungen durchzuführen sind, die sonst durch zu hohe Probenhaltergewichte nicht mehr durchführbar wären. So lässt sich die gesamte Probe mit den an ihren beiden Enden vorhandenen Probenhalter auf eine Resonanzfrequenz von 100 Hz oder mehr einschwingen.
Weitergehende vorteilhafte Ausgestaltungen lassen sich den nachfolgenden Darstellungen entnehmen, die weitergehende und eigenständige erfinderische Aspekte zeitigen können.
In einer weitergehenden Ausgestaltung lässt sich wenigstens eine der Spannbacken erkennbar in zwei Abschnitte unterteilen. Die Spannbacke hat einen langgestreckten Plattenabschnitt. Der Plattenabschnitt ist flach. Der flache Plattenabschnitt stellt ein Ende der Spannbacken dar. Das andere Ende ist hierzu deutlich dicker. Das andere Ende der Spannbacke weitet sich auf. Von der Seite her betrachtet ist die Spannbacke wie eine flache Ebene, ggf. gerundet, an der sich eine rampenartige Erhöhung anschließt. Die eine Seite der Spannbacke ist flach und langgestreckt. Die andere Seite der Spannbacke geht auseinander. Die zweite Seite der Spannbacke ist also keilartig. Das wenigstens ein Schließelement sitzt in dem bzw. greift an dem Bereich der Spannbacken, der als Plattenabschnitt zu bezeichnen ist. Die flacheren Seiten der Spannbacken werden über das Schließelement miteinander verspannt. Hierdurch können kürzere Schließelemente eingesetzt werden, die wiederum ein geringeres Gewicht aufweisen, als Schließelemente, die im aufgeweiteten Bereich angreifen würden. Die Materialstärken bzw. Materialdicken der Spannbacken ist in dem Bereich für die Aufnahmen der Schließelemente reduziert im Vergleich zu dem fundamentartigen, hinteren Teil, der in dem Grundkörper eintaucht.
Bei einer solchen Gestaltung ist der jeweilige Plattenabschnitt der Spannbacken für den Überstand aus dem Grundkörper vorgesehen. Der Plattenabschnitt sollte – damit er eine möglichst lange Führungsstrecke bietet – aus dem Grundkörper hinausstehend sein. Der langgestreckte Plattenabschnitt steht aus dem Grundkörper heraus. Der langgestreckte Plattenabschnitt der Spannbacken begleitet die Probe seitlich. Die flache, langgestreckte Erscheinung des Plattenabschnitts wirkt stützschienenartig. Der flache Plattenabschnitt und die Probe verlaufen zueinander parallel außerhalb des Grundkörpers.
Der Plattenabschnitt sollte ausreichend lang dimensioniert sein. Als Maß für die ausreichende Länge wird ein Kraftverteilungsprofil entlang des Endes der Probe ermittelt. Um eine Unterstützungstrecke zu bieten, hat der Plattenabschnitt eine erste Länge. Mit dieser Länge steht der Plattenabschnitt aus dem Grundkörper hervor. Die Länge außerhalb des Grundkörpers sollte wenigstens der Länge innerhalb des Grundkörpers entsprechen. Vorteilhaft ist eine größere Erstreckung des Plattenabschnitts außerhalb des Grundkörpers im Vergleich zu der Länge, die sich im Grundkörper – wenn die gleiche Spannbacke betrachtet wird – befindet. Der keilartige Abschnitt der Spannbacke lagert überwiegend im Grundkörper. Der keilartige Abschnitt hat ein fundamentartiges Aussehen. Hieran schließt sich der dünnere Plattenabschnitt an. Die Schließelemente verteilen sich in dem Bereich mit der Länge, die außerhalb des Grundkörpers vorhanden ist. Je nach zur Verfügung stehender Prüflänge kann die Länge der Spannbacken, die außerhalb des Grundkörpers anzuordnen ist, ein Vielfaches der Länge des Grundkörpers entsprechen. Der dünnere, plattenartige Abschnitt der Spannbacke reduziert das Gewicht der Spannbacken und damit das Gesamtgewicht des Probenhalters.
Die Plattenabschnitte bilden jeweils eine Haltevorrichtung. Die Haltevorrichtung ist die vorderste Haltevorrichtung, in die die Probe bei Verlassen ihrer freien Länge bzw. der freien Prüflänge wieder eintritt. Dieser Bereich kann auch als probenseitiges Ende der Spannbacken bezeichnet werden. Der in den Probenhalter geführte Abschnitt der Probe wird zuerst von dem Plattenabschnitt der Spannbacke seitlich eingefasst, erst anschließend folgen die Abschnitte, in denen die Probe in den Grundkörper mündet. Ist eine Probe von zwei Probenhaltern eingespannt, dann wirkt die Probe hantelartig.
Zur Förderung der Haltefähigkeit des Probenhalters, sollte wenigstens eine der Spannbacken eine Vertiefung aufweisen, in der eine Einlage eingelegt werden kann. Die Einlage ist aus einem Material wie einem Kunststoff, Holz oder einem weichen Metall wie Aluminium gefertigt, damit die Probe hierin abgedrückt werden kann. Die Haltekraft sorgt für eine plastische Verformung der Einlage, die nach einem durchgeführten Versuch austauschbar ist. Die Einlage bildet mit ihrem negativen Abdruck die Spannstrecke für die Probe. Handelt es sich um eine Betonstahlprobe, so ist die Einlage ausreichend nachgiebig, damit die Rippen des Metallstabs sich tief genug in die Einlage eindrücken können. Die Innenseite der Spannbacken selbst ist eben oder flach. Die Einlage kann so dimensioniert werden, dass sie bündig mit der Innenseite der Spannbacke abschließt, oder so dimensioniert werden, dass sie ein wenig aus der Spannbacke heraussteht. Die ebene Fläche der Spannbacke auf der Innenseite, die entweder durch die Einlage hervorgerufen wird oder durch die Spannbacke selbst, bildet die Spannstrecke für die Probe. Hierdurch wird ein kontrollierbarer Angriffsstreifen an der Probe berührt. Die Spannstrecke ist streifenartig bzw. eine tatsächliche Strecke. Statt eine unkontrollierbar verformte Spannbacke zur Berührung der Probe zu erzeugen, wird entlang einer Spannstrecke ein schmaler Bereich an der Probe kraftmäßig berührt.
Mit abschnittsweise ebenen Spannbacken ist es möglich, dass die Spannbacken zwischen sich einen prismatischen oder rautenförmigen Spannraum aufspannen. Jede Spannbacke hat wenigstens eine gerade Fläche. Hierzu in einem anderen Winkel stehend, erstreckt sich die nächste innere Fläche einer Spannbacke. Durch diese geraden Flächen, die über Winkel miteinander verbindbar sind, bilden sich eine entlang der Spannbacken erstreckende Grundfläche aus. Mit einer rautenförmigen Gestaltung lassen sich vier exakt bestimmbare Angriffsbereiche an einer Probe mit einem kreisartigen Durchmesser feststellen.
Auf der Grundfläche des Spannraums baut sich der Spannraum gleichbleibend aus. Der Spannraum bildet die Fortsetzung seiner Grundfläche in gleichbleibender Ausgestaltung. Aufgrund der gleichmäßigen Gestaltung des Spannraums wird eine weitere Ursache des Klemmenbruchs, nämlich punktuelle Spitzenbelastungen, unterbunden.
Vorteilhaft ist es, wenn der Grundkörper gewichtsmäßig weitergehend. in Richtung auf „Leichtbau” gestaltet ist, indem aufzuwendende Schließkräfte durch zwei Klammern seitlich am Grundkörper erzeugt werden. Der Grundkörper hat seitliche Ausnehmungen, die von Klammern verschlossen werden können. Die Ausnehmungen durchbrechen die vollvolumige Gestaltung des Grundkörpers. Der Grundkörper füllt nicht mehr das gesamte Volumen, das sich durch seine äußerten Umrisse ergeben würde, aus. Der Grundkörper ist ein hinterschnittener, teilweise zurückgesetzter Grundkörper. Die Klammern umgreifen Backen des Grundkörpers bzw. halten die Backen des Grundkörpers zusammen. Die Klammern spannen jeweils eine Seite. Die Klammern lassen sich spiegelbildlich zueinander anordnen. Die eine Hälfte, also ca. 180° des Grundkörpers, werden durch die eine Klammer gespannt, 180° des zylindrischen Körpers des Grundkörpers werden durch die andere Klammer gespannt. Die Klammern unterstützen die Halteelemente für die Spannbacken. Die Klammern wirken den Spreizkräften entgegen. Die Spreizkräfte als Gegenkräfte zu den Spannkräften lassen sich durch die Klammern an Stelle einer vollvolumigen Grundkörpergestaltung abfangen. Werden die Klammern entfernt, so ist der Spannraum zugänglich. In den Spannraum kann seitlich, bei entfernten Klammern, eingefahren werden, insbesondere im Bereich der keilartigen Erweiterungen der Spannbacken.
Die Einstellbarkeit des Spannraums und damit die Einstellung des Probenhalters auf eine bestimmte Probe lassen sich vorteilhaft durch einstellbare Spannbacken ermöglichen. Die Halteelemente bzw. der Innenraum in dem Grundkörper weist keilartige Ausformungen aus. Alternativ können natürlich auch keilartige Einsätze im Inneren des Grundkörpers vorhanden sein. Die keilartigen Ausformungen sind gegengeformt zu den keilartigen Erweiterungen der Spannbacken. Die Spannbacken können sich so an den keilartigen Einsätzen abstützen. Aufgrund der Schräge können sich die Spannbacken an den keilartigen Einsätzen vorbeischieben. Je nach unterliegender Schubkraft werden die Spannbacken aus dem Grundkörper stückchenweise hinausgedrückt. Eine Seite eines Einsatzes bietet eine Laufschräge für die jeweilige, ihr zugeordneten Spannbackenaußenseite. Die Schubrichtung der Spannbacken ist in axialer Richtung. Die axiale Richtung ist die Richtung, in der sich die Probe erstrecken soll.
Die Schubkraft, die für das Verschieben der Spannbacken zur Bildung eines Spannraums notwendig ist, kann in einer Ausgestaltung durch einen hydraulischen Stempel auf die Stirnseiten der Spannbacken aufgebracht werden. Alternativ bietet sich auch ein Hebelmechanismus an. Die Kraft sollte durch einen druckkrafterzeugenden Stempel in die Spannbacken eingeleitet werden. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ruhen die Spannbacken auf dem Stempel, der z. B. hydraulisch betätigbar ist. Die Spannbacken werden parallel zu ihrer Erstreckungsrichtung aus dem Grundkörper herausgedrückt. Durch die Schräge der Einsätze und der Schräge der Spannbacken bzw. der keilartigen Erweiterungen der Spannbacken lässt sich der zwischen den Spannbacken vorhandene Spannraum einstellen. Wird der hydraulisch erzeugte Druck auf die Stirnseiten der Spannbacken reduziert, stellt eine Rückstellfeder die Spannbacke wieder in eine Ausgangslage zurück. Die Rückstellfedern, die an der Erweiterung der Spannbacken angreifen, ziehen die Spannbacken in Richtung zu ihrer Ausgangslage zurück. Selbst wenn eine Ausgestaltung ohne hydraulisch eingeleitete Schubkraft gewählt wird, können zwischen Grundkörper und Spannbacken, insbesondere am unteren, innenliegenden Ende der Spannbacken, Rückstellfedern angesiedelt sein. Die Rückstellfedern ziehen die Spannbacken in den Grundkörper zurück.
Mit Hilfe der Haltekraft sind plastische Verformungen in den Einlagen einzudrücken. Die Einlagen bilden das Negativ einer Oberfläche der Probe ab. Weist die Probe zum Beispiel Rillen oder Riefen auf, so kann das weichere Material der Einlagen eine großflächigere seitliche Unterstützung der Probe bieten. Mit Hilfe der Einlagen wird eine bereichsweise formschlüssige Unterstützung der Probe ermöglicht. Rippen der Proben greifen in die Einlagen tiefer ein als die normale, gerundete Oberfläche der Probe.
Rippen einer Probe durchsetzen nach Einspannung der Probe entsprechend der jeweiligen Höhe der Rippen teilweise die Einlagen. Vorteilhaft auf den Halt der Probe im Probenhalter wirkt sich eine Einlagenstruktur mit Schichtung aus. Die Einlage umfasst dabei eine Mehrzahl von Schichten eines Materials. Vorteilhaft für den Halt der Probe sind Schichten unterschiedlicher Materialien in einer Einlage miteinander verbunden. Beispielsweise wird eine Schicht aus Aluminium mit einer Schicht aus Leder verbunden, um insbesondere Proben mit feinporigen Oberflächen vorteilhaft zu haltern. Vorteilhaft werden Materialien mit unterschiedlicher Härte, wie Elastomere mit Weichmetallen oder Materialien wie Holz mit Faserverbundstoffen, die eine unterschiedliche Reibungszahl z. B. für den Reibungskoeffizienten der Haftreibung an der Probe und an der Spannbacke oder eine unterschiedliche Scherkraftkonstante aufweisen, kombiniert. Damit wird ein stärkerer Haltegriff erreicht. Andererseits wird durch Kombination von unterschiedlichen Materialien in einer Einlage die Probe in besonderer Weise zusätzlich vor Spannschäden im Probenhalter geschützt. Weiterhin werden Schichten für einen guten Halt kombiniert, die sich dahingehend unterscheiden, das eine Schicht glatt ist und eine zweite Schicht geformt ist, d. h., z. B. entsprechend einer Struktur einer Probenoberfläche perforiert oder gekrümmt oder schichtdickenmoduliert ist, sodass sie in die Probenstruktur eingreift und die Verzahnung zwischen Probe und Einlage verbessert. Proben mit unterschiedlichen Oberflächenbereichen am Probenende, wie bspw. Verbundproben, werden vorzüglich durch Kombination verschiedener Einlagen gehaltert, die insbesondere an den jeweiligen Oberflächentyp angepasst einander gegenüberliegend eingesetzt werden. Dabei unterscheidet sich entsprechend eine erste Einlage hinsichtlich Schichtung und/oder Materialeigenschaften und/oder Formgebung von einer zweiten Einlage. Die bevorzugte Schichtung und Auswahl von Materialien für Einlagen bestimmt der Experte in Vorversuchen vor der eigentlichen Materialprüfung.
Damit die Querkraft zuverlässig ein- oder ausgeleitet werden kann, sind die Schließelemente auf die Kraftrichtung der Querkräfte ausgerichtet. Die Schließelemente sind überwiegend waagerecht, d. h. quer verlaufend, zur längsten Länge der Spannbacken orientiert. Die Schließelemente halten die Spannbacken entlang der längsten Erstreckung der Spannbacken fest. Dazu ist die kraftmäßige Orientierung der Schließelemente quer zur längsten Erstreckung der Spannbacken. In einer mechanisch besonders einfachen Ausgestaltung, verlaufen die Schließelemente nahezu in die gleiche Richtung wie die Querkräfte, die aus der Probe ein- oder ausgeleitet werden müssen.
Die über die Grundkörpererstreckung hinausgehenden Spannbacken spannen nicht nur die Probe ein, sondern dosieren die jeweilige Haltekraft in den einzelnen Abschnitten der Spannbacken unterschiedlich. An Abschnitten, die möglichst flach bzw. dünn sind, wird eine geringere Haltekraft in die Probe eingebracht, als an den Stellen, an denen die Spannbacken dicker sind, also ein stärkeres Material aufweisen. In idealisierter Betrachtungsweise sind die Spannstrecken dünne, parallel zur Probe verlaufende Berührungslinien. Die Spannstrecken stellen Linienberührungen dar. Die Linienberührungen gibt es mehrfach an der 360° umlaufenden Oberfläche der Probe.
Durch die Verwendung von mehreren Schließelementen, die über die Spannbacken verteilt angeordnet sind, lassen sich unterschiedliche Spannkräfte in die Probe einbringen. Sind die Spannbacken hydraulisch gespannt, insbesondere an ihren Stirnseiten, und stützen sich diese gegenüber eingeformten Keilen ab, so wäre in einer Ausgestaltung die größte Spannkraft im Bereich der Keile. In einem Bereich der Spannbacken jenseits der Keile lässt sich eine geringere Spannkraft einstellen.
Die Dosierung der Spannkraft lässt sich noch besser einstellen, wenn die Einlagen mehrteilig zusammengestellt sind. In einer ersten Ausgestaltung sind die Einlagen bereichsweise aus einem Material mit einer anderen Härte als in einem anderen Bereich. Die Bereiche sollten hierbei mit den Schließelementen und ihren Stellen an den Spannbacken korrespondieren. In einer zweiten Ausgestaltung sind die Oberflächenvergütungen der Einlagen bereichsweise unterschiedlich, z. B. in einem Bereich ist eine Wellenschliff gegeben, während in einem anderen Bereich eine prismatische Oberfläche angeboten wird.
Ein schneller Wechsel der Proben ist bei einer Gestaltung des Probenhalters mit Klammern möglich. Soll eine Probe ausgetauscht werden, so müssen nur eine oder beide der Klammern entfernt werden, vorzugsweise nachdem der Druck, z. B. der hydraulische Druck, auf dem Stempel abgebaut ist. Die Spannbacken erweitern durch ein Absinken in den Probenhalter den Spannraum, sodass eine andere Probe, z. B. mit einem Durchmesser von 51 mm, eingelegt werden kann. Werden die Spannbacken mit Schrauben untereinander verspannt, so sind natürlich diese auch zu lösen, damit zwischen die Spannbacken eine andere Probe eingelegt werden kann.
Bei Schwingungsuntersuchungen von Proben ist es ein wichtiges Kriterium, dass der Probenhalter durch sein Eigengewicht die Untersuchung möglichst nicht verfälscht. Die Schwingungsprüfungen erfolgen häufig mit relativ hochfrequenten Impulsen bzw. Schwingungen auf die Probe. Im Bereich der Materialprüfung sind hohe Frequenzen wie Frequenzen jenseits von 100 Hz durchaus gebräuchlich. Ein möglichst leichter Probenhalter fördert die Erweiterung des Frequenzbereichs, der auf eine Schwingungsprüfmaschine bspw. zur Bestimmung von Eigenfrequenzen einer Materialprobe durchlaufen bzw. angestoßen werden kann.
Der erfindungsgemäße Probenhalter lässt sich in unterschiedlichsten Materialprüfmaschinen einsetzen. Der Probenhalter fördert das schnelle Wechseln einzelner Proben. Die Vorbereitungszeiten für Materialprüfungen, insbesondere von Betonstahlproben, lassen sich signifikant auf wenige Minuten verkürzen. Die Probenhalter fördern die Produktionsüberwachung von Betonstahlproben während des Herstellprozesses. Sollte ein Produktionsprozess unbrauchbare Betonstähle produzieren, kann kurzfristig nach geeigneten Tests an einzelnen Materialproben gegengesteuert werden. Die Menge des in der Zwischenzeit aufgelaufenen Betonstahls mit Minderqualität bleibt gering.
Figurenkurzbeschreibung
Die vorliegende Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug auf die schematischen Darstellungen der beiliegenden Figuren genommen wird, hierbei zeigt
1 eine Seitenansicht einer Materialprüfmaschine,
2 eine Draufsicht einer Materialprüfmaschine,
3 eine perspektivische Ansicht eines Probenhalters,
4 eine Seitenansicht eines Probenhalters,
5 eine perspektivische Ansicht eines Probenhalters mit Probe,
6 eine perspektivische Ansicht eines Probenhalters mit Probe und
7 eine Draufsicht eines Probenhalters.
Figurenbeschreibung
Ein Ausführungsbeispiel einer Materialprüfmaschine 2 mit erfindungsgemäßen Probenhaltern 50, 150 ist in 1 skizziert. Materialprüfmaschine 2 umfasst den Messstand 4, mit freiem Probenraum 6, Steuerungseinheit 10 und Hydraulikeinheit 23 mit jeweils zugeordneten Komponenten (nicht dargestellt). Mit Steuerungseinheit 10 ist der Ablauf einer Messung sowohl manuell als auch automatisch kontrollierbar. Über das Bedienelement Zugkraftregler 14 wird die zur Materialprüfung einzustellende Kraft vorgegeben. Zeitprofilregler 16 dient zur Einstellung eines Zeitintervalls, in dem eine Kraft zur Materialprüfung angelegt wird. In verschiedenen Funktionen bewirkt Zeitprofilregler 16 einen linearen Anstieg der Zugkraft oder einen Kraftanstieg entlang einer zeitlichen Belastungskurve, wie einer sinusförmigen Kurve, die beispielsweise bei schwingungsartigen Belastungsprüfungen oder bei der Bestimmung von Resonanzfrequenzen Anwendung findet. Insbesondere ermöglicht Zeitprofilregler 16 die Einstellung periodisch wiederkehrender Zugkraftprofile. Derartige Belastungsprüfungen von Materialien sind auf einer Zeitskala von 10 ms bis zu 12 Monaten nach wählbaren bzw. programmierbaren Messprofilen durchführbar. Die Prüfdatenschnittstelle 12 als Untereinheit der Steuerungseinheit 10 dient der Erstellung von Messprogrammen über Eingabemodule (nicht dargestellt), wie Tastaturen oder Mikrofone. Ein in Prüfdatenschnittstelle 12 integrierter Monitor dient zur Überwachung eingestellter Prüfparameter durch den Materialprüfer (nicht dargestellt) und der grafischen Darstellung von Messdaten der Materialprüfung. In dieser Ausführung von Materialprüfmaschine 2 erfolgt die Datenübertragung zwischen Messstand 4 und Steuerungseinheit 10 durch Funksignale. Materialprüfungen mit Materialprüfmaschine 2 werden einerseits zur Bestimmung von Belastungszeiten zur Materialermüdung durchgeführt. Andere Prüfprotokolle erfordern vom Materialprüfer (nicht dargestellt) die Bestimmung von Belastungsgrenzen zur Materialzerstörung, wie Materialbruch. Materialfestigkeitsexperimente dieser Art werden vom Materialprüfer (nicht dargestellt) vorzugsweise im Sicherheitsabstand zur Materialprüfmaschine 2 gestartet, wobei Materialprüfmaschine 2 zur Messprogrammauswahl sowie zum Start von Messprogrammen über Datenleitung 18 mit Fernbedienung 22 bedienbar ist.
Messstand 4 untergliedert sich in Aktuatorkopf 30 und Aktuatorbasis 40, die durch Säule 34 und Säule 35 fest verbunden sind. In dieser Anordnung von Messstand 4 bestimmen die Säulen 34, 35 eine erste Probenlänge, die in Materialprüfmaschine 2 aufnehmbar ist. Die Befestigung der Säulen 34, 35 an Aktuatorkopf 30 und Aktuatorbasis 40 ist derart ausgeführt, dass durch Lösen von Verschraubungen (nicht dargestellten) Säulen 34 und 35 durch Säulen (nicht dargestellt) einer größeren Länge ersetzbar sind. Die Säulen 34 und 35 dienen als Gegenlager für die im Messvorgang zwischen Aktuatorkopf 30 und Aktuatorbasis 40 angewendeten Kräfte. Aktuatorkopf 30 trägt hängend an Probenhalterlift 32 den Probenhalter 50, wobei Probenhalterlift 32 den Probenhalter 50 vertikal in Stellungen über der Aktuatorbasis 40 führt. Eine Funktion von Aktuatorlift 32 besteht darin, eine Position von Probenhalter 50 auf eine Probenlänge (nicht dargestellt) anzupassen. Der Hubbereich von Probenhalterlift 32 beträgt ca. 10 cm. Eine weitere Funktion von Probenhalterlift 32 besteht in der Anwendung einer Zugkraft an Probenhalter 50, die auf eine in Probenhalter 50 eingespannte Probe (nicht dargestellt) wirkt. Probenhalter 50 in vertikaler Richtung spiegelbildlich gegenüberliegend ist Probenhalter 150 an Aktuatorbasis 40 angebracht. Probenhalter 50 unterscheidet sich von Probenhalter 150 dahingehend, dass Probenhalter 50 zur Einspannung von Dreikantproben, wie beispielsweise Dreikantstahl ausgeführt ist, während Probenhalter 150 zur Einspannung von Vierkantproben dient. Mit einer derartigen Anordnung werden Haltbarkeitstests von Querschnittsübergängen in Stahlprofilen untersucht. Mit wenigen Handgriffen ist Probenhalter 50 gegen einen anderen Probenhalter (nicht dargestellt) z. B. vom gleichen Typ wie Probenhalter 150 austauschbar. Probenhalter 150 ist auf eine Zugkrafteinheit (nicht dargestellt) montiert, die sich Innerhalb von Aktuatorbasis 40 befindet. In dieser Ausführungsform von Materialprüfmaschine 2 kann eine Probe (nicht dargestellt) sowohl über Aktuatorkopf 30 als auch über Aktuatorbasis 40 mit einer Kraft beaufschlagt werden. Führungsschiene 42, die sich mittig unter Probenhalter 50, 150 entlang der Oberfläche von Aktuatorbasis 40 erstreckt, dient der Halterung und Abstandsführung von Messinstrumenten (nicht dargestellt), wie beispielsweise Kamerasysteme zur Aufnahme von Oberflächenmesswerten oder Volumenmesswerten von Materialproben (nicht dargestellt), die in Materialprüfmaschine 2 untersucht werden.
Die hydraulische Versorgung zur Betätigung von Probenhalter 50 und Probenhalter 150 erfolgt aus einer gemeinsame Hydraulikeinheit 23, über Hydraulikinstrument 26 zur Kontrolle des Hydraulikdrucks, der über Druckleitung 28 an Probenhalter 150 und Druckleitung 29 an Probenhalter 50 anliegt. Eine Messprobe (nicht dargestellt) wird mittels hydraulischer Kraftwirkung sowohl in Probenhalter 50 als auch in Probenhalter 150 befestigt. Die hierzu aufgewendete Kraft ist automatisch über Steuerungseinheit 10 bzw. Fernbedienung 22 einstellbar. Eine weitere Einstellmöglichkeit durch Haltekraftvorwahl besteht mittels Stellknopf und Arretierautomatik 20. Der Haltegriff der Probenhalter 50, 150 auf die Messprobe (nicht dargestellt) ist daher sowohl automatisch als auch manuell über ein Ventil des Hydraulikinstruments 26 der Hydraulikeinheit 23 einstellbar. Hydraulikinstrumente wie das Hydraulikinstrument 23 umfassen neben Ventileinrichtungen auch Druckmessung, Anzeige und eine bidirektionale Datenübertragungsverbindung zu einer Steuerungseinheit wie der Steuerungseinheit 10. Mit Hydraulikinstrument 26 erfolgt insbesondere auch das Ableiten des Hydraulikdrucks zur Freigabe einer gehaltenen Probe (nicht dargestellt). Insbesondere während eines Messvorgangs kann zur Verhinderung eines Gleitens der Messprobe (nicht dargestellt) aus Probenhalter 50, 150 über die Handpumpe 24 der Hydraulikdruck und damit die Haltekraft von Probenhalter 50 und Probenhalter 150 auf die Messprobe (nicht dargestellt) erhöht werden.
Materialprüfmaschine 102 in 2 weist einige von Materialprüfmaschine 2 in 1 abweichende Besonderheiten auf. In der Darstellung in Draufsicht von Materialprüfmaschine 102 in 2 erkennt man mittig Messstand 104, bei dem Aktuatorkopf 130 durch Säule 134 und Säule 135 auf Aktuatorbasis 140 getragen wird. Insbesondere sind die Säulen 134 und 135 mit 5 m Länge deutlich länger ausgebildet als die 1,50 m langen Säulen 34, 35 von 1. Materialprüfmaschine 102 von 2 ist mit zwei baugleichen Probenhaltern (nicht dargestellt) ausgestattet. Allerdings werden Zugkräfte oder Druckkräfte auf eine Messprobe (nicht dargestellt) nur von Aktuatorbasis 140 aus an der Messprobe (nicht dargestellt) angelegt. Gut erkennbar ist der Verlauf der Führungsschiene 142 zur Anbringung von Messinstrumenten (nicht dargestellt) sowie zum seitlichen Verfahren des Probenhalters (nicht dargestellt) auf der Aktuatorbasis 140, was Probenmontage und Probenwechsel erleichtern kann. Von Hydraulikeinheit 123 führt Druckleitung 128 zur Aktuatorbasis 140 und verbindet Hydraulikeinheit 123 über Hydraulikinstrument 126 mit einem hydraulisch betätigbaren Stempel (nicht dargestellt) des Probenhalters (nicht dargestellt) der Aktuatorbasis 140. Handpumpe 124 dient zur manuellen Erhöhung eines über Druckleitung 128 zugeführten Drucks, der von Hydraulikinstrument 126 angezeigt wird. Hydraulikeinheit 123 ist mit einer zweiten Hydraulikdruckversorgung ausgestattet, über die durch Hydraulikinstrument 226 und Druckleitung 129 eine Druckkraft an einem hydraulischen Stempel (nicht dargestellt) des Probenhalters (nicht dargestellt) des Aktuatorkopfs 130 unabhängig einstellbar ist. Ebenso ist der Druck in Druckleitung 129 über eine Handpumpe 224 erhöhbar. Somit ist die jeweilige Haltekraft in den beiden Probenhaltern (nicht dargestellt) unabhängig voneinander für festen Griff an den jeweiligen Enden einer Messprobe (nicht dargestellt) einstellbar. Diese Einstellung wird optional auch über eine Arretierautomatik 120 durchgeführt, wobei Abstandsmesseinrichtungen (nicht dargestellt) an den Probenhaltern (nicht dargestellt) ein Gleiten der Messprobe (nicht dargestellt) auf den Probenhaltern (nicht dargestellt) signalisiert, infolgedessen die automatische Regelung über Arretierautomatik 120 einen festeren Griff an der Messprobe (nicht dargestellt) durch die Probenhalter (nicht dargestellt) durch. Veranlassung eine Druckerhöhung der Hydraulikeinheit 123 bewirkt, welche von den Hydraulikinstrumenten 126, 226 kontrolliert und von dort durch Datenleitungen wie Datenleitung 118 über die Arretierautomatik 120 zur Steuerungseinheit 110 bzw. an die Prüfdatenschnittstelle 112 übermittelt wird.
Über Datenleitung 118 zwischen Messstand 104 und Steuerungseinheit 110 werden Programme zum Ablauf von Kraftanwendungen an Messproben (nicht dargestellt) gesteuert sowie während des Messvorgangs gesammelte Messdaten beispielsweise von Dehnungsmessinstrumenten zur Bestimmung der Kraftdehnung einer Messprobe oder Mikrofonen oder optischen Messeinrichtungen zur Bestimmung von Querschnittsänderungen einer Messprobe (nicht dargestellt) übertragen. Eine Einstellung von Messprogrammen ist über Zugkraftregler 114 sowie Zeitprofilregler 116 möglich. Durch Datenleitung 218 ist Steuerungseinheit 110 an ein Datennetzwerk angeschlossen, das als Ethernetverbindung ausgeführt einer Fernsteuerung von Materialprüfmaschine 102 z. B. aus einem anderen Raum (nicht dargestellt) als dem Aufstellungsort der Materialprüfmaschine 102 ermöglicht. Allerdings besteht gleichzeitig Zugriffsmöglichkeit auf die Prüfdaten über die Prüfdatenschnittstelle 112 am Ort der Materialprüfmaschine 102.
3 zeigt Einzelheiten eines Probenhalters 150, der beispielsweise in Materialprüfmaschine 2 von 1 zum Einsatz kommt. Probenhalter 150 von 3 ist auf dem Tragflansch 51 aufgebaut und umfasst insbesondere einen Grundkörper 52, in dessen Mittenbereich erste Spannbacke 60 und zweite Spannbacke 61 symmetrisch einander gegenüberliegend angeordnet sind. Erste Spannbacke 60 wird an erstem Träger 54 in einer ersten Lagerausformung 58 geführt. Entsprechend symmetrisch gegenüberliegend befindet sich die Führung von zweiter Spannbacke 61 in der zweiten Lagerausformung 59 am zweiten Träger 55, wobei erster Träger 54 und zweiter Träger 55 sich als Teile von Grundkörper 52 in senkrechter Richtung bezüglich Tragflansch 51 bis zu einem Abstand oder einer Höhe erstrecken, die geringer ist als der Abstand oder die Höhe zu der erste Spannbacke 60 und zweite Spannbacke 61 über Tragflansch 51 aufragen. Mittig zum Grundkörper 52 und symmetrisch zwischen den Spannbacken 60 und 61 erstreckt sich zwischen den Spannbacken 60, 61 der Spannraum bzw. Probenraum 78. Zur Aufnahme von vier- oder mehrkantigen oder runden Profilproben (nicht dargestellt) befindet sich jeweils eine gleichschenklig dreieckige, nutartige Aussparung längs der ersten Spannbacke 60 und der zweiter Spannbacke 61 einander gegenüberliegend. Der Winkel dieser dreieckig nutartigen Aussparung ist einem Durchmesser eines Probenstabs (nicht dargestellt) angemessen, sodass jede Spannbacke 60 und 61 jeweils zwei Spannstrecken wie die Spannstrecken 79 und 179 von der zweiten Spannbacke 61 zu einem Probenstab (nicht dargestellt) ausbilden kann. In einer weiteren Ausführungsform eines nicht dargestellten Probenhalters für Proben mit dreieckigem Querschnitt ist die dreieckig nutartigen Aussparung längs der ersten Spannbacke eng ausgeführt zur Ausbildung einer Spannstrecke jeweils beidseitig zu einer Dreieckspitze. Die gegenüberliegende zweite Spannbacke weist hingegen längs eine nutartige Aussparung in Form eines gewölbten Zylinderflächensegments auf, in der zwei Kanten einer Dreieckprofilprobe jeweils eine Spannkante durch Auflage bilden. In der Ausführung von 3 weist die erste Spannbacke 60 einen ersten flachen Plattenabschnitt 63 auf, der sich quaderförmig über den Grundkörper 52 hinaus erhebt. Ein zweiter keilartiger Plattenabschnitt 64 der Spannbacke 60 ist innerhalb des Grundkörpers 52 an ersten Träger 54 konisch angepasst, sodass der erste keilartige Plattenabschnitt 64 der ersten Spannbacke 60 sich in den Grundkörper 52 hinein erstrecken. Dabei ist der erste keilartige Plattenabschnitt 64 derart geformt, dass die größte Querschnittsfläche sich an der vom ersten flachen Plattenabschnitt 63 am weitesten entfernt liegenden Seite der ersten Spannbacke 60 befindet. Hierbei erfolgt in dieser Ausführung die Vergrößerung der Querschnittsfläche der Spannbacke 60 mit einem Winkel von ca. 19 Grad auf einer dem Spannraum 78 abgewandten Seite der Spannbacken 60. Spannbacke 61 ist entsprechend Spannbacke 60 gleich geformt und spiegelbildlich an zweiter Lagerausformung 59 von Grundkörper 52 geführt. Somit weist Spannraum 78 von der Basis der Spannbacken 60, 61 bis zum höchsten Ende der Spannbacken 60, 61 eine konstante Querschnittsfläche auf. Die Spannkanten 79, 179 von Spannbacke 61 sowie die entsprechend gegenüberliegendem Spannkanten (nicht dargestellt) von Spannbacke 60 wirken somit gleichmäßig über die Länge der Spannbacken 60, 61 zur Aufbringung einer Haltekraft auf eine Messprobe (nicht dargestellt). Unebenheiten in der Oberfläche einer Messprobe (nicht dargestellt) werden hierbei in einer jeweils auf erster Spannbacke 60 und zweiter Spannbacke 61 aufgelegte erste Einlage 76 und zweite Einlage 77 eingeformt. Die aus Weichmetall wie Aluminium ausgeführten Einlagen 76, 77 werden beim Einspannen einer Messprobe (nicht dargestellt) derart verformt, dass Spannkanten 79, 179 und die gegenüberliegenden Spannkanten (nicht dargestellt) von erster Spannbacke 60 über die Länge von erster und zweiter Spannbacke 60 und 61 hinweg gleichmäßig an der Probenoberfläche (nicht dargestellt) anliegen. Der Spannvorgang mit erster und zweiter Spannbacke 60, 61 wird so ausgeführt, dass ein Hydraulikzylinder (nicht dargestellt) mit Hydraulikstempel (nicht dargestellt) gleichzeitig auf die Basis der Spannbacken 60, 61 wirkt und diese aus dem Grundkörper 52 entlang ihrer gewinkelten Auflage 58, 59 synchron herausschiebt. Entlang ihrer keilförmigen Schräge wie die des Keils 64 bewegen sich Spannbacken 60 und 61 dabei gleichmäßig aufeinander zu, und verkleinern Spannraum 78. An erster und zweiter Spannbacke 60 und 61 sind jeweils paarweise beidseitig Federn 85, 86 wie eine erste Feder 85 an Federhalterung 88 an Spannbacke 60 befestigt. Die zweite Seite der ersten. Feder 85 ist in Federhalterung 87 (nicht gezeigt) an Grundkörper 52 montiert. Die zweite Feder 86 an zweiter Spannbacke 61 ist entsprechend erster Feder 85 an erster Spannbacke 61 montiert. Entsprechend den Federn 85 und 86, die in 3 weitgehend von der Klammer 81 verdeckt sind, liegen analog auf der der Klammer 80 zugewandten Seite von Spannbacken 60, 61 Federn (nicht dargestellt) gegenüber. Diese Federn bewirken eine Rückstellkraft auf die Spannbacken 60, 61 aus, sodass nach Abstellung eines über den hydraulischen Stempel (nicht dargestellt) auf die Basis der Spannbacken 60, 61 wirkenden Druckes die Spannbacken 60, 61 wieder in eine Ruheposition (nicht dargestellt) zurückgeführt werden. Erste Klammer 80 und zweite Klammer 81 bilden jeweils eine horizontale Brücke zwischen erstem Träger 54 und zweitem Träger 55. Hierbei greifen die Klammern 80, 81 jeweils beidseitig in eine Nut am ersten Träger 54 und in eine Nut am zweiten Träger 55 ein. Die Klammern 80 und 81 erstrecken sich jeweils in Aussparung 53 und 153 an Grundkörper 52 parallel zu Tragflansch 51. Die Verschraubung 82 hält die Klammer 81 in Position, sodass Klammer 81 den Kräften, die erster Träger 54 und zweiter Träger 55 beim Schluss von Probenhalter 51 aufnehmen, entgegenwirkt. Klammern 80 wird ebenfalls durch eine Verschraubung (nicht dargestellt) fixiert. Auf diese Weise wird ein Aufspreizen der Träger 54 und 55 an Grundkörper 52 bei hydraulischer Betätigung der Spannbacken 60, 61 verhindert. Klammer 80 und Klammer 81 erfüllen spiegelbildlich eine Haltefunktion wie an einer jeweiligen Seite des Trägers 54 und Trägers 55.
Ohne zweite Klammer 81 aus 3 ist Probenhalter 150 in 4 in Seitenansicht gezeichnet. Aussparung 53 in Grundkörper 52 auf Tragflansch 51 gibt den Blick auf das innere von Probenhalter 150 und die dahinter liegende erste Klammer 80 frei. Das Gewindeteil von Verschraubung 82 in erstem Träger 54 ist dem Betrachter zugewandt. Hydraulischer Stempel 90 trägt sowohl erste Spannbacke 60 als auch zweite Spannbacke 61 einander gegenüberstehend, und jeweils in einer ersten 58 und zweiten Lagerausformung 59 an erstem Träger 54 und zweitem Träger 55 geführt. Gut erkennbar sind erster keilartiger Plattenabschnitt 64 und zweiter keilartiger Plattenabschnitt 66 von Spannbacke 60 bzw. 61, jeweils an der ersten und zweiten Lagerausformung 58 und 59 anliegend. Zum Einspannen einer Probe 96 in Probenhalter 150 wird zunächst Probe 96, ein zylinderförmiger Baustahl mit einer Oberfläche 97, die Rippen 98 aufweist, entlang ihrer Erstreckungsrichtung 75 in Spannraum 78 zwischen erster und zweiter Spannbacke 60 und 61 eingeführt, insbesondere bis Probe 96 die Ebene des hydraulischen Stempels 90 erreicht. Zwischen Probe 96 und den Spannbacken 60, 61 liegen jeweils eine Einlage 76, 77 (nicht dargestellt), wie aus 3 ersichtlich. Zur Verspannung der Spannbacken 60, 61 in 4 auf Probe 96 werden diese gleichzeitig durch den hydraulischen Stempel 90 angehoben, wobei die Spannbacken 60, 61 an den Lagerausformungen 58, 59 synchron auch seitwärts aufeinander zu bewegt werden. Damit wirken die ersten und zweiten keilförmigen Plattenabschnitte 64, 66 als ein erstes Schließelement 70 auf Probe 96.
An erster Spannbacke 60 üben paarweise beidseitig erste Federn 85 eine Rückstellkraft aus. Eine erste Feder 85 ist an der Federhalterung 88 an Spannbacke 60 befestigt. Die zweite Seite der ersten Feder 85 ist in Federhalterung 87 an Grundkörper 52 montiert. Eine weitere Feder 85 (nicht dargestellt) ist auf der, der ersten Klammer 80 zugewandten Seite von erster Spannbacke 60 verdeckt angebracht. Die zweite Feder 86 an zweiter Spannbacke 61 ist paarweise entsprechend erster Feder 85 zwischen erster Spannbacke 61 und Grundkörper 52 montiert.
Im ersten flachen Plattenabschnitt 63 und zweiten flachen Plattenabschnitt 65 der ersten bzw. zweiten Spannbacke 60, 61 sind parallel zu einer Richtung 74, die insbesondere senkrecht zum Spannraum 78 und der Erstreckungsrichtung 75 der Probe 96 verläuft, jeweils paarweise in Spannbacke 60 und Spannbacke 61 einander zugeordnete Bohrungen ausgeführt. In dieser Ausführung von Probenhalter 150 befinden sich paarweise in einer Spannbacke, wie der ersten Spannbacke 60, in gleichem Abstand zum Hydraulikzylinder 90 eine Bohrung und ein durchgängiges Gewinde nebeneinander, wobei eine Schraube durch eine Bohrung in Spannbacke 60 geführt, in einem Gewinde von Spannbacke 61 einschraubbar ist. Eine zweite Schraube auf gleicher Ebene wird durch eine Bohrung von Spannbacke 61 geführt und in Spannbacke 60 eingeschraubt. Beide Schrauben zusammen wirken im ersten flachen Plattenabschnitt 63 und zweiten flachen Plattenabschnitt 65 gegeneinander als ein zweites Schließelement 71 zwischen erster Spannbacke 60 und zweiter Spannbacke 61. In einem Abstand zu Hydraulikzylinder 90, der größer ist als der Abstand, den das zweite Schließelement 71 zu Hydraulikzylinder 90 einnimmt, befindet sich ein drittes Schließelement 72, das entsprechend dem zweiten Schließelement 71 ausgebildet ist. Ein viertes Schließelement 73 zwischen Spannbacke 60 und 61 entsprechend dem zweiten und dritten Schließelement 71 und 72 bildet ein drittes Schraubenpaar, das nahe dem, dem Hydraulikzylinder 90 gegenüberliegenden Ende der Spannbacken 60 und 61, angeordnet ist, das zugleich das Ende des Probenhalters 150 darstellt. Die Schließelemente 71, 72 und 73 sind voneinander gleich beabstandet und werden mit einem Drehmoment verschraubt, das von Schließelement 70 bis Schließelement 73 abnimmt.
5 zeigt eine weitere Ausführung eines Probenhalters 250, in dem eine faserbündelartige Stabprobe 196 zwischen den Spannbacken 160 und 161 eingebracht ist. Die Anordnung von Probenhalter 250 entspricht in einigen Aspekten, wie den Klammern 80 und 81 der Anordnung von Probenhalter 150 in 3. Grundkörper 152 in 5 ist allerdings derart ausgeführt, dass erster Träger 154 und zweiter Träger 155 jeweils erste Lagerausformung 158 bzw. zweite Lagerausformung 159 aufweisen, die zur Führung der jeweils keilartigen ersten und zweiten Plattenabschnitte 164 und 166 in entsprechenden Winkeln von 14 Grad ausgebildet sind. Durch diese Ausbildung von erstem Schließelement 170 werden bei einer Anhebung der ersten und zweiten Spannbacke 160 und 161 gegen die ersten und zweiten Rückstellfedern 185, 186 eine geringere Annäherung der Spannbacken 160, 161 bewirkt, verglichen mit der Ausführung von Probenhalter 150 in 3. Damit lässt sich bei dem Probenhalter 250 in 5 die durch einen hydraulischen Stempel (nicht dargestellt) ausgeübte Spannkraft über einen längeren Weg (nicht dargestellt) genauer dosieren. Das Anlegen von Spannkanten, wie der Spannkante 279 an der Probe 196, erfolgt derart, dass eine Entstehung von Probenschäden im Spannvolumen 178 mit Folgen für den Messvorgang unterbleibt. Beabstandet von erstem Schließelement 170 wirken noch ein zweites Schließelement 171, drittes Schließelement 172 und viertes Schließelement 173 zwischen ersten flachen Plattenabschnitt 163 von erster Spannbacke 160 und zweitem flachen Plattenabschnitt 165 von zweiter Spannbacke 161. Diese drei Schließelemente 171, 172, 173 sind jeweils paarweise mit Gewindestangen ausgeführt, über die jeweils auf einer der ersten Klemme 80 und der zweiten Klemme 81 zugeordneten Seite vorbei an der Probe 196 die Spannbacken 160 und 161 miteinander verschraubt sind. Mittels Drehmomentschlüssel (nicht dargestellt) werden Muttern der Schließelemente 171, 172, 173 sequentiell gegeneinander verschraubt. Die Verschraubung erfolgt derart, dass Schließelement 171 eine kleinere Spannung zwischen Spannbacke 160 und Spannbacke 161 bewirkt als erstes Schließelement 170 und die durch die Schließelemente 171, 172, 173 ausgeübte Kraft am niedrigsten bei Schließelement 173 am Ende des Probenhalters 250 auf Probe 196 wirkt. Damit ergibt sich ein Kräfteverlauf zwischen erster Spannbacke 160 und zweiter Spannbacke 161 auf die Probe 196, der von Schließelement 170 bis Schließelement 173 sequentiell abnimmt, wodurch sich die durch Probenhalter 250 auf die Probe 196 ausgeübte Haltekraft über die gesamte Länge von der Basis bis zum Ende der Spannbacken 160, 161 entlang der Spannkanten, wie Spannkante 279, verteilt. Durch die Verteilung von Haltekräften an Proben 196 werden Bruchschäden, die in Probenhaltern nach dem Stand der Technik auftreten, in erfindungsgemäß aufgebauten Probenhaltern, wie dem Probenhalter 250, vermieden.
In einer weiteren Ausführungsform eines Probenhalters 350 in 6 wird eine Keramikstange als Probe 296 eingespannt. Probenhalter 350 umfasst Grundkörper 252 mit einem erstem Träger 254 und einem zweitem Träger 255, die jeweils in einer ersten Lagerausformung 258 und zweiten Lagerausformung 259 erste Spannbacke 260 und zweite Spannbacke 261 führen, wobei die keilartigen Plattenabschnitte 264, 266 einen Winkel von 11 Grad gegenüber dem ersten flachen Plattenabschnitt 263 bzw. zweiten flachen Plattenabschnitt 265 aufweisen. Diese keilförmigen Führungen 258, 259 mit kleinem Winkel ermöglichen somit eine besonders feine Dosierung der Spannkraft, was insbesondere beim Einspannen von spröden Proben 296 oder Hohlprofilen (nicht dargestellt) vorteilhaft ist. Erste und zweite Rückstellfedern 285, 286 ziehen Spannbacken 260, 261 zu dem Grundkörper 252, genauer dem hydraulischen Stempel (nicht dargestellt) entgegen. Erster Träger 254 sowie zweiter Träger 255 sind ebenso wie erste Klammer 180 und zweite Klammer 181 als Hohlprofile ausgeführt. Eine damit erzielte Gewichtseinsparung wirkt sich vorteilhaft auf den für Probenmessungen zugänglichen Schwingungsfrequenzbereich aus. Ergänzend zum ersten Schließelement 270 der ersten und zweiten keilartigen Plattenabschnitte 264, 266 der ersten bzw. zweiten Spannbacke 260, 261 sind sequentiell im ersten flachen Plattenabschnitt 263 und zweiten flachen Plattenabschnitt 265 das zweite Schließelement 271, dritte Schließelement 272 und vierte Schließelement 273 angebracht. Die Schließelemente verlaufen wiederum beidseitig von der Probe 296 und formen so einen käfigartigen Einschluss der Probe 296 in dem Spannraum 278. In Probenhalter 350 sind die Schließelemente 271, 272, 273 Zuganker, die durch einander gegenüberliegende Bohrungen in den Spannbacken 260, 261 führen und die erste Spannbacke 260 gegen die zweite Spannbacke 261 auf der Probe 296 entlang von Spannstrecken wie der Spannstrecke 379 gegeneinander verspannen. Um einen Abriss der Probe 296 bei Prüfexperimenten mit der Materialprüfmaschine (nicht dargestellt), wie Materialprüfmaschine 2 von 2, in erfindungsgemäßen Probenhaltern, wie Probenhalter 350 von 6, zu verhindern, übt erstes Schließelement 270 eine größere Spannkraft auf die Probe 296 aus als Schließelement 273. Mit dieser Art der Probenhalterung wird somit die Wahrscheinlichkeit für Probenbruch durch Materialschädigung bei Halterung während der Probenmaterialprüfungen minimiert.
Die Darstellung von Probenhalter 450 in der Draufsicht von 7 zeigt deutlich die Symmetrie der Probenhalteranordnung auf dem Tragflansch 351, die durch Drehung um 180 Grad in sich selbst überführbar ist. Diese symmetrische Ausführung von erfindungsgemäßen Probenhaltern, wie dem Probenhalter 450, erleichtert die Montage in Materialprüfmaschinen, wie der Materialprüfmaschine 102 von 2. Im Mittelpunkt von Probenhalter 450 in 7 ist kreisförmig die Ausgangslage 99 einer zylinderförmigen Probe auf dem Hydraulikzylinder 390 eingetragen. Die Ausgangslage 99 wird durch erste Spannbacke 360 und zweite Spannbacke 361 mit dem ersten. Schließelement 370 eingeschlossen. Zweites Schließelement (nicht dargestellt), drittes Schließelement (nicht dargestellt) sowie viertes Schließelement 373 setzen den Probeneinschluss von Ausgangslage 99 durch eine prismenförmige, sechskantige Umrahmung fort. Werden die erste und zweite Spannbacke 360, 361 aufeinander zubewegt, bis sich erste Spannbacke 360 und zweite Spannbacke 361 berühren, bilden Aussparungen längs der ersten Spannbacke 360 und zweiten Spannbacke 361 von jeweils dreieckiger Form über dem hydraulischen Stempel 390 eine rautenförmige Grundfläche 94. Gestützt werden die Spannbacken 360, 361 auf ihrer rückwärtigen Seite von erstem Träger 354 und zweiten Träger 355, deren Abstand zueinander durch erste Klammer 280 und zweite Klammer 281 gehalten wird. Gut erkennbar ist ebenfalls die beidseitige Anbringung des ersten Federpaars 385 und zweiten Federpaars 386 jeweils von der ersten Spannbacke 360 sowie der zweiten Spannbacke 361 zum Grundkörper 352. An jeweils zwei Spannkanten (nicht dargestellt) in senkrechtem Verlauf entlang der Blickrichtung der Draufsicht wird eine Probe durch den Probenhalter 450 mit verteilter Haltekraft besonders schonend und fest eingespannt. Damit verbessern erfindungsgemäße Probenhalter, wie der Probenhalter 450, die Qualität von Messergebnissen zur Materialprüfung.
Bezugszeichenliste

2, 102: Materialprüfmaschine
4, 104: Messstand
6: Probenraum
10, 110: Steuerungseinheit
12, 112: Prüfdatenschnittstelle
14, 114: Zugkraftregler
16, 116: Zeitprofilregler
18, 118, 218: Datenleitung
20, 120: Arretierautomatik
22: Fernbedienung
23, 123: Hydraulikeinheit
24, 124, 224: Handpumpe
26, 126, 226: Hydraulikinstrument
28, 128: Druckleitung
29, 129: Druckleitung
30, 130: Aktuatorkopf
32: Probehalterlift
34, 134: Säule
35, 135: Säule
40, 140: Aktuatorbasis
42, 142: Führungsschiene
50, 150, 250, 350, 450: Probenhalter
51, 351: Tragflansch
52, 152, 252, 352: Grundkörper
53, 153: Aussparung
54, 154, 254, 354: erster Träger
55, 155, 255, 355: zweiter Träger
58, 158, 258: erste Lagerausformung
59, 159, 259: zweite Lagerausformung
60, 160, 260, 360: erste Spannbacke
61, 161, 261, 361: zweite Spannbacke
63, 163, 263: Erster flacher Plattenabschnitt
64, 164, 264: Erster keilartiger Plattenabschnitt
65, 165, 265: Zweiter flacher Plattenabschnitt
66, 166, 266: Zweiter keilartiger Plattenabschnitt
70, 170, 270, 370,: erstes Schließelement
71, 171, 271: zweites Schließelement
72, 172, 272: drittes Schließelement
73, 173, 273, 373: viertes Schließelement
74: Richtung
75: Erstreckungsrichtung
76: erste Einlage
77: zweite Einlage
78, 178, 278: Spannraum bzw. Aufnahmeraum
79, 179, 279, 379: Spannstrecke
80, 180, 280: erste Klammer
81, 181, 281: zweite Klammer
82: Verschraubung
85, 185, 285, 385: erste Feder
86, 186, 286, 386: Zweite Feder
87: Federhalterung Grundkörper
88: Federhalterung Spannbacke
90, 390: hydraulischer Stempel
94: Rautengrundfläche
96, 196, 296: Probe
97: Oberfläche
98: Rippe der Probe
99: Ausgangslage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2009/066136 [0002]
DE 102008050465 A1 [0002]
DE 3537248 A1 [0006, 0006, 0006]
DE 8529717 U1 [0006]
DE 2141566 A [0007]
DE 2349686 A [0007]
DD 117117 A [0007]
DE 10240016 A1 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 488 – Teil 3 [0003]
Euro Norm 80 [0003]
DIN EN 10080 [0003]
EN ISO 15630 Teil 1 [0003]
NS 3576 – Teil 3 [0003]

Claims

Probenhalter (50, 150, 250, 350, 450) mit einem Grundkörper (52, 152, 252, 352), insbesondere einem zylindrischem Grundkörper (52, 152, 252, 352) als Tragkörper (52, 152, 252, 352; 51, 351), und wenigstens zwei in dem Grundkörper (52, 152, 252, 352) verschiebbar gelagerten Spannbacken (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361), die zwischen sich einen Spannraum (78, 178, 278) für ein Ende einer länglichen, stabähnlichen Probe (96, 196, 296) wie eine Betonstahlprobe (96), Spannlitzenprobe, eine 7-Wire-Probe oder eine klemmbruchempfindliche Probe (196, 296) aufspannen und jeweils wenigstens eine Spannstrecke (79, 179, 279, 379) für das Aufbringen einer Haltekraft, insbesondere eine quer zu einer Erstreckungsrichtung (75) der Probe (96, 196, 296) einzubringende Haltekraft, auf die Probe (96, 196, 296) haben, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacken (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361) wenigstens ein Schließelement (70, 170, 270, 370; 71, 171, 271; 72, 172, 272; 73, 173, 273, 373), insbesondere zusätzlich zu einem ersten Schließelement (70, 90; 170; 270; 370, 390), wie eine Spannschraube umfassen, durch das die Haltekraft der Spannbacken (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361), insbesondere verringert gegenüber einer maximalen Spannkraft an einer entfernten Stelle (70, 170, 270, 370; 64, 164, 264; 66, 166, 266) der Spannbacken (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361) im Vergleich zu dem Schließelement (71, 171, 271; 72, 172, 272; 73, 173, 273, 373), in der Nachbarschaft des Schließelements (73, 173, 273, 373; 71, 171, 271; 72, 172, 272) einstellbar ist.
Probenhalter (50, 150, 250, 350, 450) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacken (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361) auf einer Seite in einen flachen, langgestreckten Plattenabschnitt (63, 163, 263; 65, 165, 265) münden, der auf einer anderen Seite (64, 164, 264; 66, 166, 266) sich keilartig aufweitet, wobei vorzugsweise das wenigstens eine Schließelement (70, 170, 270, 370; 71, 171, 271; 72, 172, 272; 73, 173, 273, 373) einen Verschluss zwischen zwei Plattenabschnitten (63, 163, 263; 65, 165, 265; 64, 164, 264; 66, 166, 266) zweier Spannbacken (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361) bildet.
Probenhalter (50, 150, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der flache, langgestreckte Plattenabschnitt (63, 163, 263; 65, 165, 265) über den Grundkörper (52, 152, 252, 352) des Probenhalters (50, 150, 250, 350, 450) hinausstehend ist, insbesondere wenigstens eine Länge hinausstehend, die zu einer in dem Grundkörper (52, 152, 252, 352) vorhandenen Länge der Spannbacke (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361) korrespondiert, wobei vorzugsweise die Länge wenigstens gleichlang der Länge der Spannbacke (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361) ist, die in dem Grundkörper (52, 152, 252, 352) aufgenommen ist, und wobei vorzugsweise der Plattenabschnitt (63, 163, 263; 65, 165, 265; 64, 164, 264; 66, 166, 266) eine äußerste Haltevorrichtung bildet, auf dem der freie Probenraum (6) folgt.
Probenhalter (50, 150, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Spannbacke (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361) auf einer einer weiteren Spannbacke (61, 161, 261, 361; 60, 160, 260, 360) zugewandten Seite eine Einlage (76; 77) mit einer geringeren Härte als die Härte des Materials des Plattenabschnitts (63, 163, 263; 65, 165, 265; 64, 164, 264; 66, 166, 266) der Spannbacke (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361) hat, die insbesondere die Spannstrecke (79, 179, 279, 379) bildet.
Probenhalter (50, 150, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacken (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361) einen prismatischen, insbesondere sich aus einer rautenförmige Grundfläche (94) erstreckenden Spannraum (78, 178, 278) begrenzen.
Probenhalter (50, 150, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (52, 152, 252, 352) seitlich durch zwei Klammern (80, 180, 280; 81, 181, 281), vorzugsweise zwei gegenüberliegende, querverlaufende Klammern (80, 180, 280; 81, 181, 281) als Halteelement für die die Spannbacken (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361) in Lage haltenden Träger (54, 154, 254, 354; 55, 155, 255, 355) des Grundkörpers (52, 152, 252, 352), abgeschlossen ist.
Probenhalter (50, 150, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (52, 152, 252, 352) keilartige Ausformungen als Lager (58, 158, 258; 59, 159, 259) für die sich keilartig aufweitenden Seiten (64, 164, 264; 66, 166, 266) der Spannbacken (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361) aufweist, an denen sich die Spannbacken (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361) über ihre Keile (64, 164, 264; 66, 166, 266) mit einer Bewegung nach außen aus dem Grundkörper (52, 152, 252, 352) axial entlangschiebbar abstützen, wobei insbesondere das Zusammenspiel der Spannbacken (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361) mit dem Grundkörper (52, 152, 252, 352) erste Schließelemente (70, 170, 270, 370) darstellen.
Probenhalter (50, 150, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am bodenseitigen Ende des Aufnahmeraums (78, 178, 278) in dem Grundkörper (52, 152, 252, 352) ein druckkrafterzeugender Stempel (90, 390), insbesondere ein hydraulischer Stempel (90, 390), vorhanden ist, der vorzugsweise in einer Richtung anhebbar ist, die parallel einer Erstreckungsrichtung (75) der Spannbacken (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361) verläuft, und wobei wenigstens eine Spannbacke (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361) durch wenigstens eine Feder (85, 185, 285, 385; 86, 186, 286, 386) in eine Ausgangslage (99) zurückstellbar ist, wenn der hydraulische Stempel (90, 390) druckfrei ausgestaltet ist.
Probenhalter (50, 150, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in die Einlage (76; 77) aufgrund der Haltekraft des Schließelements (70, 170, 270, 370; 71, 171, 271; 72, 172, 272; 73, 173, 273, 373) eine plastische Verformung einformbar ist, die das Negativ einer Oberfläche (97) einer Probe (96, 196, 296) darstellt, sodass die Spannbacken (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361) ein bereichsweises formschlüssiges Halten der Probe (96, 196, 196), insbesondere an Rippen (98) der Probe (96), ermöglichen.
Probenhalter (50, 150, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlage (76; 77) eine Schichtung von mindestens einem Material umfasst, wobei sich insbesondere eine erste Schicht in ihren Materialeigenschaften, wie bspw. der Härte oder einer Reibungszahl, und/oder ihrer Formgebung von einer zweiten Schicht unterscheidet und vorteilhaft eine erste Einlage (76) sich in der Schichtung und/oder den Materialeigenschaften und/oder der Formgebung von einer zweiten Einlage (77) unterscheidet.
Probenhalter (50, 150, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Schließelemente (70, 170, 270, 370; 71, 171, 271; 72, 172, 272; 73, 173, 273, 373; 90, 390) sich in einer quer zur längsten Länge der Spannbacken (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361) orientierten Richtung (74) erstrecken.
Probenhalter (50, 150, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die ersten Schließelemente (70, 170, 270, 370; 90, 190) eine maximale Spannkraft an einer ersten Stelle (64, 164, 264; 66, 166, 266) der Spannbacken (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361) einstellbar ist, hiergegenüber die zweiten Schließelemente (71, 171, 271; 72, 172, 272; 73, 173, 273, 373) eine zweite, regelbare, insbesondere reduzierbare, Spannkraft an einer zweiten Stelle (63, 163, 263; 65, 165, 265) der Spannbacken (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361) auf die Probe (96, 196, 196) ausüben.
Probenhalter (50, 150, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einlage (76; 77) eine mehrteilige Einlage (76; 77) ist, deren Abschnittswechsel sich insbesondere aus den Stellen der Schließelemente (70, 170, 270, 370; 71, 171, 271; 72, 172, 272; 73, 173, 273, 373) an den Spannbacken (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361) ergeben.
Spannen einer länglichen, stabähnlichen hochbelastbaren Probe (96, 196, 196) über wenigstens zwei parallel zur Probe (96, 196, 196) verlaufende Spannstrecken (79, 179, 279, 379) zweier Spannbacken (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361), die vorzugsweise spiegelbildlich zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein Schließelement (70, 170, 270, 370; 71, 171, 271; 72, 172, 272; 73, 173, 273, 373, 90, 390) wie eine Schraube mit Mutter eine Haltekraft der Spannbacken (60, 160, 260, 360; 61, 161, 261, 361) an der Probe (96, 196, 196) variiert wird, insbesondere, so dass sie zu einem Ende der Probe (96, 196, 196) hin zunehmend ist.
Verwendung eines Probenhalters (50, 150, 250, 350, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12 in einer Materialprüfmaschine (2, 102) für statische oder dynamische Materialprüfungen, insbesondere in Schwingungsprüfmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass der, insbesondere metallische, Probenhalter (50, 150, 250, 350, 450) eine Probe (96, 196, 296) wie Betonstahlprobe (96) mit mehr als 490 Kilonewton belastet an einem Ende einspannt und der Probenhalter (50, 150, 250, 350, 450) weniger als 180 Kilogramm durch Aussparungen (53, 153) im Grundkörper (52, 152, 252, 352) wiegt.