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Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Durchführen einer Biegeprüfung für ein zu prüfendes Werkstück.
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Zum Prüfen einer Eigenschaft eines Bauteils und somit eines Werkstücks kann eine Biegevorrichtung verwendet werden, mit der das Bauteil gebogen wird. Um eine Auswirkung einer dabei durchführbaren Biegeprüfung auf das Bauteil ermitteln zu können, kann die Biegevorrichtung einen hierfür vorgesehen Sensor aufweisen.
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Hierzu sind in der Druckschrift
DE 28 02 176 A1 ein Kraftmessgerät in Dehnungsmessstreifentechnik für eine Untersuchung einer Werkstoffprüfmaschine, in der Druckschrift
DE 26 25 888 A1 eine Kraftmesszelle mit einem Stauchkörper, in der Druckschrift
DE 24 24 487 A1 eine Einrichtung zum Erfassen einer Zugspannung in einem Konstruktionselement und in der Druckschrift
DD 218 677 A1 ein elektrischer Kraftaufnehmer beschrieben.
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Die Druckschrift
JP 58122445 A beschreibt ein Verfahren zum Testen einer Spannungskorrosion mit einer Vorrichtung, die mehrere Einspannvorrichtungen umfasst.
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Die Druckschrift
DE 10 2005 054 193 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen mechanischer Spannungen in einer Beschichtung eines Substrats, wobei das Substrat durch ein Betätigungselement vorgespannt wird, wobei an einer Außenseite des Betätigungselements ein Sensorelement angeordnet ist.
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Ein teilbarer Spannkopf mit einem integrierten DMS-Kraftaufnehmer zum Spannen von Zugproben ist in der Druckschrift
DE 36 36 252 A1 beschrieben. Hierbei sind mehrere Dehnungsmessstreifen beschrieben, die einen Träger sowie einen Bolzen umschließen.
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Eine Vorrichtung einer schwingungsarmen Kraftmessung bei schnellen, dynamischen Zugversuchen an Werkstoffproben ist aus der Druckschrift
DE 102 01 861 A1 bekannt, wobei diese Vorrichtung eine Kraftmesszelle mit einem zylinderförmig ausgebildeten Gehäusebereich aufweist, an dessen Außenwandung mehrere Dehnungsmessstreifen angeordnet sind.
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Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe der Erfindung, eine Biegeprüfung eines Werkstücks genauer durchzuführen.
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Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung und einem Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen der Anordnung und des Verfahrens gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist zum Durchführen einer Biegeprüfung für ein zu prüfendes Werkstück ausgebildet und weist mindestens eine erste Biegevorrichtung, mindestens eine zweite Biegevorrichtung und mindestens einen Dehnungsmesssensor auf, der mindestens einer der Biegevorrichtungen zugeordnet ist. Dabei kann entweder nur die mindestens eine erste Biegevorrichtung oder nur die mindestens eine zweite Biegevorrichtung den mindestens einen Dehnungsmesssensor aufweisen. Es ist auch möglich, dass die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite Biegevorrichtung jeweils mindestens einen Dehnungsmesssensor aufweisen. Dabei ist das Werkstück an der mindestens einen ersten Biegevorrichtung und an der mindestens einen zweiten Biegevorrichtung zu befestigen bzw. befestigbar. Dabei sind die mindestens eine erste Biegevorrichtung und die mindestens eine zweite Biegevorrichtung, zwischen denen das Werkstück befestigt ist, relativ zueinander zu bewegen bzw. bewegbar und das Werkstück dadurch zu biegen bzw. biegbar. Dabei ist eine auf das Werkstück wirkende Kraft von dem mindestens einen Dehnungsmesssensor zu erfassen bzw. erfassbar.
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Der Dehnungsmesssensor ist in der Regel streifenförmig ausgebildet und wird auch als Dehnungsmessstreifen bezeichnet. In einer möglichen Ausgestaltung ist der Dehnungsmesssensor bolzenförmig ausgebildet und kann in diesem Fall auch als Dehnungsmessbolzen bezeichnet werden.
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Die mindestens eine Biegevorrichtung weist einen zylindrischen Körper, einen Hals und ein Haltelement auf, wobei der Hals eine geringere Querschnittsfläche als der Körper aufweist und den Körper sowie das Halteelement miteinander indirekt oder direkt verbindet. Dabei ist die mindestens eine Biegevorrichtung bspw. rotationssymmetrisch und/oder flaschenförmig ausgebildet und umfasst mit dem Körper und dem Hals zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Querschnittsflächen, bspw. Durchmessern. Dabei ist der Körper an einer Halterung der Anordnung befestigt. Der Dehnungsmesssensor ist in dem Hals befestigt. Üblicherweise erstreckt sich von einem Boden des zylindrischen Körpers bis zu dem Hals eine Kernbohrung, durch die der Dehnungsmesssensor in dem Hals angeordnet werden kann. Weiterhin kann der in dem Hals angeordnete Dehnungsmesssensor durch Einfüllen einer aushärtbaren Gusssubstanz in die Kernbohrung sowie in den Hals eingegossen werden. Das Halteelement ist zum Befestigen des Werkstücks an der mindestens einen Biegevorrichtung ausgebildet. In der Regel sind eine Halterung für den Körper der mindestens einen ersten Biegevorrichtung und eine Halterung für den Körper der mindestens einen zweiten Biegevorrichtung relativ zueinander bewegbar.
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In der Regel sind der Körper und der Hals zusammenhängend und aus demselben Material gebildet. Dabei ist es möglich, dass der Körper und der Hals, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen, über ein kegelförmiges Verbindungselement bzw. über einen bspw. kegelförmigen Übergangsbereich mit sich ändernder Querschnittsfläche miteinander verbunden sind. Der Körper, das Verbindungselement und der Hals sind hier aus einem zusammenhängenden Teil einteilig ausgebildet.
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Außerdem ist der mindestens eine Dehnungsmesssensor in und/oder an einem Hals der mindestens einen Biegevorrichtung angeordnet.
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In Ausgestaltung ist der mindestens eine Dehnungsmesssensor als Dehnungsmessbolzen ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, dass der Dehnungsmesssensor als Dehnungsmessstreifen streifenförmig, flach und/oder bandförmig ausgebildet ist. In der Regel kann jedoch ein bolzenförmiger Dehnungsmesssensor bzw. Dehnungsmessbolzen einfacher in der Kernbohrung und somit auch innerhalb des Halses als ein streifenförmiger Dehnungsmesssensor bzw. Dehnungsmessstreifen angeordnet werden.
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Mit der Anordnung kann eine mechanische Werkstoffprüfung für ein Werkstück durchgeführt werden, wobei die beschriebene Anordnung als Teil einer sogenannten servohydraulischen Prüfmaschine ausgebildet ist. Während eines Biegens des Werkstücks zwischen den mindestens zwei Biegevorrichtungen wirken sich Kräfte, die zwischen den beiden Biegevorrichtungen auf das Werkstück wirken, auch auf den mindestens einen Dehnungsmesssensor der mindestens einen Biegevorrichtung aus, wobei als physikalisch mechanische Größe, die auf das Werkstück während des Biegens wirkt, von dem mindestens einen Dehnungsmesssensor bspw. eine Kraft erfasst wird. Je nach Definition ist die mindestens eine erste Biegevorrichtung an mindestens einer ortsfesten Haltevorrichtung befestigt, wohingegen die mindestens eine zweite Biegevorrichtung an einer beweglichen Haltevorrichtung befestigt ist, die sich mit der mindestens einen zweiten Biegevorrichtung relativ zu der mindestens einen ersten Haltevorrichtung sowie Biegevorrichtung bewegt. Dabei kann die mindestens eine erste Biegevorrichtung, die an der ortsfesten Haltevorrichtung befestigt ist, bspw. als Stützfinne ausgebildet sein und/oder bezeichnet werden. Die mindestens eine zweite Biegevorrichtung, die an der beweglichen Haltevorrichtung angeordnet ist, ist als Biegefinne oder Druckfinne zu bezeichnen und/oder ausgebildet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Durchführen einer Biegeprüfung für ein zu prüfendes Werkstück mit einer Anordnung vorgesehen, die mindestens eine erste Biegevorrichtung, mindestens eine zweite Biegevorrichtung und mindestens einen Dehnungsmesssensor aufweist, der mindestens einer der Biegevorrichtungen zugeordnet ist. Dabei wird das Werkstück einerseits an der mindestens einen ersten Biegevorrichtung und andererseits an der mindestens einen zweiten Biegevorrichtung befestigt. Die mindestens eine erste Biegevorrichtung und die mindestens eine zweite Biegevorrichtung werden relativ zueinander bewegt und das Werkstück dadurch gebogen. Dabei wird eine auf das Werkstück wirkende Kraft von dem mindestens einen Dehnungsmesssensor erfasst.
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In Ausgestaltung wird das Werkstück einerseits an zwei ersten Befestigungspunkten an jeweil's einer ersten Biegevorrichtung und an einem zweiten Befestigungspunkt an einer zweiten Biegevorrichtung befestigt, wobei der zweite Befestigungspunkt bspw. zwischen den beiden ersten Befestigungspunkten angeordnet ist.
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Mit dem Werkstück kann unter Nutzung der Anordnung und des Verfahrens eine Mehrpunktbiegung, bspw. eine Dreipunktbiegung oder eine Vierpunktbiegung, durchgeführt werden.
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Die vorgestellte Anordnung umfasst demnach mindestens eine Biegevorrichtung mit mindestens einem Dehnungsmesssensor bzw. mehreren Dehnungsmesssensoren zur Durchführung einer integrierten Kraftmessung.
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Die vorgestellte Anordnung kann als Teil einer servohydraulischen Prüfmaschine ausgebildet sein und/oder ist als Teil einer derartigen servohydraulischen Prüfmaschine einsetzbar. Das vorgestellte Verfahren ist mit der Anordnung durchführbar und somit auch zum Betreiben einer servohydraulischen Prüfmaschine geeignet.
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Mit einer Ausführungsform der Anordnung kann bei Durchführung einer Ausführungsform des Verfahrens eine Werkstoffprüfung für das Werkstück durchgeführt werden, wobei Materialkennwerte des Werkstücks ermittelt werden, die für eine Auslegung des Werkstücks, das bspw. als Komponente eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, mit Hilfe einer Finite-Elemente-Methode benötigt werden. Dabei können mit der Anordnung unter Durchführung unterschiedlicher Prüfverfahren kurzzeitdynamisch Materialkennwerte bestimmt werden. Hierzu kann die Anordnung als Teil der servohydraulischen Prüfmaschine ausgebildet sein. Mit der Anordnung können auch für ein quasi-statisches Werkstück aussagekräftige Werte für eine auf das Werkstück wirkende Kraft mit dem mindestens einen Dehnungsmesssensor ermittelt werden.
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Dabei wird eine Messung der Kraft mittels einer Kernbohrung in den Körper der Biegevorrichtung und einem bolzenförmig ausgebildeten Dehnungsmesssensor, der in den Hals und/oder die Kernbohrung eingegossen ist, in die Biegevorrichtung integriert. Dabei können in einem Bereich zwischen dem Kontaktelement, an dem das Werkstück befestigt ist, und der Biegevorrichtung ungewünschte Schwingungsüberlagerungen eines Kraftsignals eliminiert werden. Alternativ kann der Dehnungsmesssensor streifenförmig und somit als Dehnungsmessstreifen ausgebildet sein.
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Mit der mindestens einen Biegevorrichtung der Anordnung als Teil der servohydraulischen Prüfmaschine können Biegeversuche durchgeführt werden. Bei einer Kraftmessung, die mit dem Dehnungsmesssensor der mindestens einen Biegevorrichtung durchgeführt wird, kann ein hochqualitatives Kraftsignal ohne Schwingungsüberlagerung durch unbeschleunigte Massen bereitgestellt werden.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
- 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel einer Biegevorrichtung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.
- 2 zeigt die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung in schematischer Darstellung.
- 3 zeigt eine erste Variante der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung bei Durchführung einer ersten Variante einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- 4 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Variante der erfindungsgemäßen Anordnung bei Durchführung einer zweiten Variante der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen Komponenten sind dieselben Bezugsziffern zugeordnet.
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Das in 1 schematisch dargestellte Beispiel der Biegevorrichtung 2 für ein Werkstück 30 (3 und 4) umfasst einen zylinderförmigen Körper 4 mit einem ersten Radius und einen Hals 6 mit einem zweiten Radius, der geringer als der erste Radius des Körpers 4 ist. Der Körper 4 und der Hals 6 sind hier über einen kegelförmigen Übergangsbereich 8 verbunden, dessen Radius ausgehend von dem Körper 4 hin zu dem Hals 6 linear abnimmt.
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An einem Ende des Halses 6 ist ein Halteelement 10 befestigt, das je nach Funktion der Biegevorrichtung 2 in der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 12 (2) als Biegefinne, Druckfinne oder Stützfinne ausgebildet sein kann, und einen Radius nach der Norm DIN EN ISO 14125 aufweist.
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Weiterhin ist in dem Hals 6 ein Dehnungsmesssensor 14 angeordnet, der hier als als bolzenförmiger Dehnungsmesssensor bzw. Dehnungsmessbolzen zur Messung einer Kraft, die auf das Werkstück 30 beim Biegen wirkt, ausgebildet ist. Dabei ist es hierbei möglich, mit dem im Hals 6 angeordneten Dehnungsmesssensor 14 eine Dehnung lokal zu erfassen. Weiterhin weist der Körper 4 der hier einteiligen Biegevorrichtung 2 eine Kernbohrung 16 auf, die hier bspw. einen Durchmesser von 2 mm und eine Tiefe von 90 mm aufweist. Diese Kernbohrung 16 dient auch als Kabelkanal für hier zwei Leitungen 18, 20 über die der Dehnungsmesssensor 14 innerhalb des Halses 6 mit einer nicht weiter dargestellten Auswerteeinheit der Anordnung 12 verbindbar ist.
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Die in 2 schematisch dargestellte Ausführungsform der Anordnung 12 umfasst hier einen ortsfesten Tisch 22, an dessen Ecken jeweils eine Säule 24a, 24b, 24c, 24d befestigt ist. Entlang dieser Säulen 24a, 24b, 24c, 24d ist relativ zu dem Tisch 22 ein Dach 26 angeordnet.
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Eine Oberfläche des Tisches 22 ist hier in mehrere Quadrate aufgeteilt, die durch Nuten voneinander getrennt sind. Auf der Oberfläche sind hier zwei als Platten ausgebildete, ortsfeste Haltevorrichtungen 28a, 28b angeordnet, wobei hier an der ersten Haltevorrichtung 28a eine erste Biegevorrichtung 2a und an der zweiten Haltevorrichtung 28b eine zweite Biegevorrichtung 2b angeordnet ist. Zwischen Halteelementen 10 der beiden Biegevorrichtungen 2a, 2b ist hier das mit der Anordnung 12 zu prüfende Werkstück 30 befestigt. An einer als Stab ausgebildeten, beweglichen Haltevorrichtung 32 ist hier eine dritte Biegevorrichtung 2c angeordnet.
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Details hierzu gehen auch aus den 3 und 4 zu Varianten der Ausführungsform der Anordnung hervor, wobei sich bei den beiden Varianten lediglich die Halteelemente 10x, 10y an einem Ende des Halses 6 der dritten Biegevorrichtung 2c voneinander unterscheiden. Mit den beiden in den 3 und 4 gezeigten Varianten der Anordnung 12 wird das Werkstück 30 an Halteelementen 10 der ersten und der zweiten Biegevorrichtung 2a, 2b angeordnet. Hierbei kann das Werkstück 30 auf den Haltelementen 10 aufgelegt, mit den Halteelementen 10 verbunden oder an den Halteelementen 10 befestigt werden. Entlang des Werkstücks 30 zwischen den beiden besagten Halteelementen 10 der beiden Biegevorrichtungen 2a, 2b wird das Werkstück 30 bei einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens an einem ersten Beispiel eines Halteelements 10x befestigt (3). Bei der zweiten Variante der Ausführungsform des Verfahrens wird das Werkstück 30 an einer zweiten Variante des Halteelements 10y am Ende der dritten Biegevorrichtung 2c befestigt.
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Bei beiden Varianten des Verfahrens wird die dritte Biegevorrichtung 2c relativ zu der ersten und der zweiten Biegevorrichtung 2a, 2b gedreht, wobei das zwischen den beiden Halteelementen 10 der ersten und der zweiten Biegevorrichtung 2a, 2b einerseits und der jeweiligen Variante des Halteelements 10x, 10y der dritten Biegevorrichtung 2c andererseits befestige Werkstück 30 gebogen wird. Kräfte, die hierbei auf das Werkstück 30 wirken, werden von mindestens einem Dehnungsmesssensor 14, der in einem Hals 6 mindestens einer der drei gezeigten Befestigungsvorrichtungen 2a, 2b, 2c angeordnet ist, gemessen.
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Dabei ist hier vorgesehen, dass mit der ersten Variante der Ausführungsform der Anordnung 12 aus 3 für das Werkstück 30 eine Dreipunktbiegung durchgeführt wird. Wie 4 schematisch zeigt, wird für das Werkstück 30 bei der zweiten Variante der Ausführungsform des Verfahrens hier eine Vierpunktbiegung durchgeführt.
