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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft eine Abscherrvorrichtung zur Festigkeitsprüfung einer Fügeverbindung und ein Verfahren zur Vorbereitung einer Abscherrvorrichtung für eine Festigkeitsprüfung einer Fügeverbindung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Festigkeitsprüfungen und Scherversuche mit einer Fügeverbindung und insbesondere einer Klebeverbindung werden üblicherweise anhand der Norm AITM1-0019 durchgeführt. Hierzu wird eine Probe aus zwei überlappend miteinander verbundenen Einzelteilen so in eine Zugmaschine eingehangen, dass zwei überstehende Enden der Probe mit je einer Zugbacke der Zugmaschine verbunden werden. Danach wird die Probe entlang der Fügeverbindung meist bis zum Versagen der Fügeverbindung auseinander gezogen.
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Die Norm AITM1-0019 schreibt dafür eine Probengröße von ungefähr 250 × 25 mm vor. Ähnliches gilt für die Normen DIN 14869-2 oder die DVS 2203-6. Werden Proben mit einer solchen Kantenlänge aus einem Bauteil entfernt, so ist dieses Bauteil meist unwiederbringlich zerstört oder muss zumindest sehr aufwändig wieder repariert werden.
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Ein wesentliches Ziel ist daher die Bereitstellung einer Abscherrvorrichtung zur Festigkeitsprüfung einer Fügeverbindung, die eine Probenentnahme mit weit geringerer Beeinträchtigung des Bauteils ermöglicht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Abscherrvorrichtung zur Festigkeitsprüfung einer Fügeverbindung und ein Verfahren zur Vorbereitung einer Abscherrvorrichtung für eine Festigkeitsprüfung einer Fügeverbindung vorzuschlagen, welche eine Probenentnahme mit nur geringer Beeinträchtigung des Bauteils ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Abscherrvorrichtung zur Festigkeitsprüfung einer Fügeverbindung und ein Verfahren zur Vorbereitung einer Abscherrvorrichtung für eine Festigkeitsprüfung einer Fügeverbindung gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Es wird vorgeschlagen, eine Abscherrvorrichtung zur Festigkeitsprüfung einer Fügeverbindung bereitzustellen. Die Fügeverbindung kann jede dauerhafte Verbindung von mindestens zwei Bauteilen sein, wie z.B. eine Klebe-, Aushärt-, Schweiß- oder Lötverbindung. Die Fügeverbindung ist Teil einer zu prüfenden Probe. Die Probe bzw. die zwei miteinander verbundenen Abschnitte der Bauteile können aus Kunstoffmaterialien, Keramikmaterialien, Vebundmaterialien oder metallischen Materialien sein. Bevorzugt sind kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe, glasfaserverstärkte Kunststoffe und aramidfaserverstärkte Kunststoffe.
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Die Abscherrvorrichtung umfasst eine erste Komponente, eine zweite Komponente, eine Befestigungsanordnung und eine Einstellvorrichtung. Die erste Komponente weist eine erste Aufnahme auf. Die zweite Komponente weist eine zweite Aufnahme auf. Die Befestigungsanordnung ist gestaltet, um die erste Komponente und die zweite Komponente so aneinander zu befestigen, dass die erste Aufnahme und die zweite Aufnahme einander zugewandt sind und zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente eine Scherebene gebildet wird. Die Einstellvorrichtung ist gestaltet, um eine zu prüfende Fügeverbindung einer Probe in der Scherebene anzuordnen.
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Der Aufbau dieser Abscherrvorrichtung ermöglicht das Prüfen von Proben, die kleiner als die durch die Norm AITM1-0019 geforderte Probengröße von ungefähr 250 × 25 mm ist. Die Proben können z.B. einen Durchmesser oder eine Breite von 3 bis 5 mm aufweisen. Solche Proben können (abhängig vom jeweiligen Material) sehr einfach aus dem Bauteil herausgebohrt, herausgesägt oder herausgestanzt werden. Weiterhin können die so im Bauteil hinterlassenen Löcher einfach repariert werden (z.B. durch eine Reparaturniete) und zerstören nicht weite Bereiche oder das gesamte Bauteil. Auf diese Weise werden erhebliche Kosteneinsparungen ermöglicht.
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Weiterhin ermöglich die Erfindung auch das Prüfen von Proben aus sehr kleinen Bauteilen, kleinen bzw. schmalen Fügeverbindungen, schlecht zugänglichen Abschnitten der Bauteile oder aus Bauteilen mit lokal stark schwankenden zu prüfenden Eigenschaften. Auf diese Weise werden Scherversuche auch für bisher unmögliche oder schwer mögliche Situationen möglich gemacht.
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In einer Ausführungsform weist die erste und/oder die zweite Aufnahme eine runde Aussparung zum Einfügen einer zylinderförmigen Probe auf. Solche zylinderförmigen Proben können auf einfache Weise z.B. durch Hohlbohrungen hergestellt werden. Die Aussparung kann eine Durchgangsbohrung in beiden Komponenten oder eine Kombination aus einer Durchgangsbohrung in der einen Komponente und einem Sackloch in der anderen Komponente sein. Die Aussparungen der ersten und der zweiten Aufnahme können gleich groß sein und insbesondere denselben Durchmesser aufweisen.
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Die erste und/oder die zweite Aufnahme kann auch eine eckige Aussparung zum Einfügen einer quadratischen oder quaderförmigen Probe aufweisen. Solche quadratischen oder quaderförmigen Proben können auf einfache Weise z.B. durch Stanzen oder Sägen hergestellt werden.
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In einer Ausführungsform weist die Aussparung einen Durchmesser oder eine Breite zwischen 1 und 10 mm, bevorzugt zwischen 2 und 7 mm auf und weiter bevorzugt zwischen 3 und 5 mm auf. Die erste und/oder die zweite Aufnahme können gestaltet sein zum Einfügen einer zu prüfende Probe mit einer Probenquerschnittsfläche zwischen 1 und 100 mm2, bevorzugt zwischen 5 und 50 mm2, und weiter bevorzugt zwischen 10 und 25 mm2.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die zweite und/oder die erste Aufnahme einen Hohlraum zum Einfügen einer Probenhalterung auf. Der Hohlraum kann eine runde oder eckige Ausfräsung sein. Die Probenhalterung kann eine Platte oder Scheibe mit einer runden oder eckigen Aussparung zum Einfügen der Probe sein. Die Probe kann in die Aussparung der Probenhalterung geklebt werden, um eine feste Fixierung während des Schertests sicherzustellen. Auf diese Weise können besonders kurze Proben geprüft werden.
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In einer Ausführungsform weist die zweite Komponente einen Ausschnitt zur Aufnahme der ersten Komponente auf. Der Ausschnitt kann eine Einfräsung sein, die Einfräsung kann U-förmig sein. In einer Ausführungsform ist die zweite Komponente blockförmig und die erste Komponente stufenförmig mit einem flachen Teil und einem stärkeren Teil. Der stärkere Teil kann zum Einfügen bzw. Einschieben in den Ausschnitt der zweiten Komponente gestaltet sein.
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Eine Zentrierung der beiden Komponenten relativ zueinander kann über die Probe und/oder durch Führung der ersten Komponente an mindestens einer Seite des Ausschnitts bzw. der Einfräsung in der zweiten Komponente erfolgen. Eine Zentrierung kann auch über eine Zentrierhilfe, wie z.B. einen Zentrierstift erfolgen.
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In einer Ausführungsform umfasst die Befestigungsanordnung mindestens zwei stegförmige Streifen und entsprechende Befestigungsmittel zur Verbindung der Steifen mit der zweiten Komponente. Die Befestigungsanordnung wirkt somit als Sicherung der einen Komponente gegen das Herausfallen und/oder zur Führung gegenüber der anderen Komponente. Die Befestigungsanordnung kann eine oder mehrere Schrauben, Klemmen, Klammern, Schnellspanner, Bajonettverschlüsse oder ähnliches sein.
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In einer Ausführungsform umfasst die Einstellvorrichtung mindestens eine Schraube zum Einstellen der Lage der zu prüfenden Fügeverbindung in der ersten Aufnahme und/oder der zweiten Aufnahme. Der Begriff „Schraube“ ist hier als Oberbegriff für alle funktionell oder konstruktive ähnliche Einstellvorrichtungen zu verstehen. In einer Ausführungsform umfasst die Einstellvorrichtung zusätzlich oder alternativ zur Schraube mindestens ein Beilagmittel zum Einstellen der Lage der zu prüfenden Fügeverbindung in der ersten Aufnahme und/oder der zweiten Aufnahme. Die Einstellvorrichtung ermöglicht ein Verschieben der Proben relativ zu ihrer Aufnahme, um die Fügeverbindung der Probe genau auf der Scherebene der beiden Komponenten zu positionieren. Auf dieser Weise wird eine Feinjustierung der Probenposition z.B. bei variablen Probenlängen ermöglicht.
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Die Abscherrvorrichtung kann zusätzlich eine dritte Komponente umfassen, die gestaltet ist, um mit der ersten Komponente zumindest teilweise in den Ausschnitt der zweiten Komponente eingefügt zu werden und in Zusammenarbeit mit der Befestigungsanordnung die erste und die zweite Komponente zusammenzudrücken. Grundsätzlich gilt, dass hier benannte Einzelteile der Abscherrvorrichtung beliebig aus Subsystemen gebildet werden können, oder dass die hier benannten Einzelteile zu übergeordneten Kombinationsteilen zusammengefasst werden können.
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Die Abscherrvorrichtung kann zusätzlich an der ersten und der zweiten Komponente jeweils ein Anschlussstück zur Verbindung mit zwei Zugelementen einer Zugvorrichtung aufweisen.
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Sämtliche Teile der Abscherrvorrichtung können aus Metall, bevorzugt Stahl und weiter bevorzugt Baustahle gefertigt sein. Die Probenhalterungen können auch aus demselben Material wie die Probe gefertigt sein, wie z.B. CFK. Bezüglich der Dimensionierung können z.B. die ersten und zweiten Komponenten eine Länge (in Zugrichtung) zwischen 5 und 20 cm aufweisen. Die Breite der ersten Komponente kann zwischen 1 und 5 cm liegen, die Breite der zweiten Komponente zwischen 2 und 10 cm. Die erste Komponente kann weniger hoch als breit sein. Die Anschlussstücke der beiden Komponenten können weniger als die Hälfte der Gesamtlänge der Komponente ausmachen.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Zuganordnung zur Festigkeitsprüfung einer Fügeverbindung. Die Zuganordnung umfasst eine Zugvorrichtung und die oben erläuterte Abscherrvorrichtung. Die Zugvorrichtung ist gestaltet, um die Abscherrvorrichtung in ihrer Längsrichtung auseinander zu ziehen.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Vorbereitung einer Abscherrvorrichtung für eine Festigkeitsprüfung einer Fügeverbindung. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, nicht notwendigerweise in dieser Reihenfolge:
- • Einbringen einer Probe mit einer zu prüfenden Fügeverbindung in eine erste Aufnahme oder in eine zweite Aufnahme,
- • Befestigen einer ersten Komponente mit der ersten Aufnahme an einer zweiten Komponente der zweiten Aufnahme, so dass die erste Aufnahme und die zweite Aufnahme einander zugewandt sind und zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente eine Scherebene gebildet wird, und
- • Anordnen der Fügeverbindung der Probe in der Scherebene.
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In einer Ausführungsform umfasst das Einbringen der Probe ein Anordnen der Fügeverbindung der Probe in der ersten z.B. streifenförmigen Komponente. Danach kann ein Lösen bzw. Abnehmen einer Befestigungsanordnung an der zweiten z.B. blockförmigen Komponente folgen und ein Einbringen der ersten Komponente mit der Probe und ggf. einer Probenhalterung 31 in einen Ausschnitt bzw. eine Ausfräsung der zweiten Komponente. Die zweite Komponente kann ebenfalls eine Probenhalterung 31 aufweisen. Danach kann die erste Komponente so an der zweiten Komponente befestigt bzw. in diese eingeschoben werden, dass die erste Aufnahme und die zweite Aufnahme einander zugewandt sind und zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente eine Scherebene gebildet wird. Danach können die erste und die zweite Komponente mittels der Befestigungsanordnung miteinander verbunden werden. Danach kann die Abscherrvorrichtung in eine Standard-Zugprüfmaschine mit z.B. kardanischer Aufhängung eingehangen werden. Der Scherversuch kann nun durchgeführt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
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1 zeigt schematische Ansichten einer Abscherrvorrichtung zur Festigkeitsprüfung einer Fügeverbindung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2a zeigt eine schematische Ansicht der Abscherrvorrichtung und
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2b zeigt schematische Ansichten einer ersten Komponente der Abscherrvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3a zeigt eine schematische Ansicht der Abscherrvorrichtung und
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3b zeigt schematische Ansichten der ersten Komponente der Abscherrvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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4a zeigt eine schematische Ansicht der Abscherrvorrichtung und
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4b zeigt schematische Ansichten der ersten Komponente der Abscherrvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt schematische Ansichten einer Abscherrvorrichtung 1 zur Festigkeitsprüfung einer Fügeverbindung 2 (nicht gezeigt) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Abscherrvorrichtung 1 umfasst eine erste Komponente 11, eine zweite Komponente 12, eine Befestigungsanordnung 13 und eine Einstellvorrichtung 14. Die zweite Komponente 12 weist einen Ausschnitt 19 zur Aufnahme der ersten Komponente 11 auf. Der Ausschnitt 19 ist hier eine längliche und U-förmig abschließende Einfräsung. Die zweite Komponente 12 ist blockförmig und die erste Komponente 11 stufenförmig mit einem flachen Teil 111 und einem stärkeren Teil 112 (nicht gezeigt). Der stärkere Teil 112 ist hier in den Ausschnitt 19 der blockförmigen zweiten Komponente 12 eingefügt bzw. eingeschoben.
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Die erste Komponente 11 weist eine erste Aufnahme 15 auf (nicht gezeigt). Die zweite Komponente 12 weist eine zweite Aufnahme 16 auf (nicht gezeigt). Die beiden Aufnahmen liegen in der 1 im Inneren der Abscherrvorrichtung 1.
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Die Befestigungsanordnung 13 befestigt die erste Komponente 11 und die zweite Komponente 12 so aneinander, dass die erste Aufnahme 15 und die zweite Aufnahme 16 einander zugewandt sind und zwischen der ersten Komponente 11 und der zweiten Komponente 12 eine Scherebene S gebildet wird. Die Einstellvorrichtung 14 ist gestaltet, um eine zu prüfende Fügeverbindung 2 einer Probe 3 (nicht gezeigt) in der Scherebene S anzuordnen. Die Befestigungsanordnung 13 umfasst hier zwei stegförmige Streifen 132 und vier Schrauben 131 als Befestigungsmittel zur Verbindung der Steifen 132 mit der blockförmigen zweiten Komponente 12. Die Befestigungsanordnung 13 wirkt somit als Sicherung der einen Komponente gegen das Herausfallen und/oder zur Führung gegenüber der anderen Komponente. Die Befestigungsanordnung 13 kann statt der Schrauben 131 auch eine Klemmvorrichtung, Klammern, Schnellspanner, Bajonettverschlüsse und/oder ähnliches sein.
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Die Einstellvorrichtung 14 umfasst hier zwei Schrauben 141 zum Einstellen der Lage der zu prüfenden Fügeverbindung 2 in der ersten Aufnahme 15 und der zweiten Aufnahme 16. Die Einstellvorrichtung 14 ermöglicht ein Verschieben der Probe 3 relativ zu ihren Aufnahmen 15, 16, um die Fügeverbindung 2 der Probe 3 genau auf der Scherebene S der beiden Komponenten zu positionieren. Auf dieser Weise wird eine Feinjustierung der Probenposition z.B. bei variablen Probenlängen ermöglicht.
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Die Abscherrvorrichtung 1 weist zusätzlich an der ersten Komponente 11 und an der zweiten Komponente 12 jeweils ein Anschlussstück 20 zur Verbindung mit zwei Zugelementen (nicht gezeigt) einer Zugvorrichtung auf.
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2a zeigt eine schematische Ansicht der Abscherrvorrichtung 1 und 2b zeigt schematische Ansichten der ersten Komponente 11 der Abscherrvorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Abscherrvorrichtung 1 umfasst die erste Komponente 11, die zweite Komponente 12, die Befestigungsanordnung 13 und die Einstellvorrichtung 14. Die erste Komponente 11 ist in den Ausschnitt 19 der blockförmigen zweiten Komponente 12 eingeschoben. Die erste Komponente 11 (siehe insbesondere 2b) ist stufenförmig mit einem flachen Teil 111 und einem stärkeren Teil 112 (hier nicht sichtbar, da in den Ausschnitt 19 der blockförmigen zweiten Komponente 12 eingeschoben).
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Die erste Komponente 11 weist die erste Aufnahme 15 (siehe insbesondere 2b) und die zweite Komponente 12 weist die zweite Aufnahme 16 auf. Die beiden Aufnahmen 15, 16 weisen je eine runde Aussparung 17 zum Einfügen einer zylinderförmigen Probe 3 auf.
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Die Aussparungen 17 sind hier gleich große Durchgangsbohrungen. Jede Aussparung 17 weist hier einen Durchmesser zwischen 3 und 5 mm auf.
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Die Einstellvorrichtung 14 umfasst hier zwei Schrauben 141 zum Einstellen der Lage der zu prüfenden Fügeverbindung 2 in der ersten Aufnahme 15 und in der zweiten Aufnahme 16. Die Einstellvorrichtung 14 ermöglicht ein Verschieben der Probe 3 relativ zu ihrer Aufnahme 14, 15, um die Fügeverbindung 2 der Probe 3 genau auf der Scherebene S der beiden Komponenten 11, 12 zu positionieren. Auf dieser Weise wird eine Feinjustierung der Probenposition z.B. bei variablen Probenlängen ermöglicht.
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Die Abscherrvorrichtung 1 weist zusätzlich an der ersten Komponente 11 und an der zweiten Komponente 12 jeweils ein Anschlussstück 20 zur Verbindung mit zwei Zugelementen (nicht gezeigt) einer Zugvorrichtung (nicht gezeigt) auf. Die Zugvorrichtung ist gestaltet, um die Abscherrvorrichtung 1 in ihrer Längsrichtung, wie durch die Pfeile gezeigt, auseinander zu ziehen.
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3a zeigt eine schematische Ansicht der Abscherrvorrichtung 1 und 3b zeigt schematische Ansichten der ersten Komponente 11 der Abscherrvorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Abscherrvorrichtung 1 umfasst wieder die erste Komponente 11, die zweite Komponente 12, die Befestigungsanordnung 13 und die Einstellvorrichtung 14.
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Die streifen- und stufenförmige erste Komponente 11 ist im Detail in 3b gezeigt. Die erste Komponente 11 weist die erste Aufnahme 15 und die zweite Komponente 12 weist die zweite Aufnahme 16 auf. Die erste Aufnahme 15 weist einen Hohlraum 18 (siehe insbesondere 3b) zum Einfügen einer Probenhalterung 31 auf. Der Hohlraum 18 ist hier eine eckige Ausfräsung. Die Probenhalterung 31 ist hier eine Platte (siehe Detailansicht) mit einer runden Aussparung 17 zum Einfügen der Probe 3. Die Probe 3 kann in die Aussparung 17 der Probenhalterung 31 geklebt werden, um eine feste Fixierung während des Schertests in der Scherebene S sicherzustellen. Auf diese Weise können besonders kurze Proben geprüft werden.
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Die zweite Aufnahme 16 weist, wie in 2, eine runde Aussparung 17 zum Einfügen der zylinderförmigen Probe 3 auf. Die Einstellvorrichtung 14 umfasst hier nur eine Schraube 141 in der zweiten Aufnahme 16 zum Einstellen der Lage der zu prüfenden Fügeverbindung 2. Die Einstellvorrichtung 14 ermöglicht ein Verschieben der Probe 3 relativ zu ihrer Aufnahme 15, 16, um die Fügeverbindung 2 der Probe 3 genau auf der Scherebene S der beiden Komponenten zu positionieren.
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4a zeigt eine schematische Ansicht der Abscherrvorrichtung 1 und 4 zeigt schematische Ansichten der ersten Komponente 11 der Abscherrvorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Abscherrvorrichtung 1 umfasst wieder die erste Komponente 11, die zweite Komponente 12, die Befestigungsanordnung 13 und die Einstellvorrichtung 14.
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Die streifen- und stufenförmige erste Komponente 11 ist im Detail in 4b gezeigt. Die erste Komponente 11 weist die erste Aufnahme 15 (siehe insbesondere 4b) und die zweite Komponente 12 weist die zweite Aufnahme 16 auf. Die beiden Aufnahmen 15, 16 weisen je eine eckige Aussparung 17 zum Einfügen einer quadratischen oder quaderförmigen Probe 3 auf.
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Die Einstellvorrichtung 14 umfasst hier zwei Beilagmittel 142 zum Einstellen der Lage der zu prüfenden Fügeverbindung 2 in der ersten Aufnahme 15 und der zweiten Aufnahme 16. Die Beilagmittel 142 ermöglichen hier ein Verschieben der Probe 3 relativ zu ihrer Aufnahme senkrecht zur Zugrichtung, um die Fügeverbindung 2 der Probe 3 genau auf der Scherebene S der beiden Komponenten 11, 12 zu positionieren.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Norm AITM1-0019 [0002]
- Norm AITM1-0019 [0003]
- Normen DIN 14869-2 [0003]
- DVS 2203-6 [0003]
- Norm AITM1-0019 [0009]
