DE1573671C - Vorrichtung zur Ausübung von Zug und Druckversuchen - Google Patents
Vorrichtung zur Ausübung von Zug und DruckversuchenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausübung von Zug- und Druckversuchen unter definierten
Verformungsbedingungen mit Probeneinspanngliedern, zwischen denen eine Kraft zur Belastung
einer dazwischen eingespannten Probe erzeugbar ist.
Um über die mechanischen Werkstoffeigenschaften detailliertere Informationen zu erhalten als es mit
konventionellen Versuchen, d. h. Versuchen in hydraulischen Zerreißmaschinen und mit Martensspiegelgeräten,
möglich ist, werden in zunehmendem Maße vollelektrisch ausgestattete, »mechanische«, auf
dem Prinzip des Spindelantriebs beruhende Zerreißmaschinen zur Werkstoffprüfung eingesetzt. Diese
recht kostspieligen, mechanischen Zerreißmaschinen gestatten vor allem in mehr oder weniger gutem Maße
die Aufrechterhaltung einer konstanten Verformungsgeschwindigkeit έ, wohingegen die hydraulischen
Prüfmaschinen nur eine näherungsweise Konstanthaltung der Belastungsgeschwindigkeit σ erlauben,
und auch das meist nur mit Hilfe von Zusatzgeräten. Wenngleich Versuche mit konstanten σ durchaus Ergebnisse
liefern können, die nicht weniger wichtig sind als solche aus Versuchen mit konstanten έ, so
dürfen aber nach dem heutigen Stand der Metallphysik Versuche mit έ=const, nicht durch solche mit
a=const. ersetzt werden, und es darf ferner nicht übersehen werden, daß Versuche mit konstanter Belastungsgeschwindigkeit
prinzipielle Nachteile haben. Zum einen lassen nämlich Verfestigungskurven mit σ=const, keine sprunghaften Änderungen des Werkstoffverhaltens,
die ja von besonderem Interesse sind, erkennen, wie sie beispielsweise bei ausgeprägten
Streckgrenzen und im Bruchbereich auftreten. Zum anderen können bei dieser Versuchsführung sehr störende
Maschinenschwingungen und so große Verformungsgeschwindigkeiten auftreten, daß eine hinreichend
genaue Dehnungsmessung nicht möglich ist. Darüber hinaus haben die hydraulischen Zerreißmaschinen
den Nachteil, daß sich vor allem im Zugversuch bei unerwartet eintretendem Probenbruch die
Bruchflächen der Probe so weit voneinander entfernen, daß der Dehnungsaufnehmer beschädigt werden
kann, weswegen vor allem die modernen induktiven Dehnungsaufnehmer bei hydraulischen Maschinen
nicht risikolos benutzt werden können. Selbst mechanische Zerreißmaschinen sind oft noch so »weich«,
daß z.B. ausgeprägte Streckgrenzen und Bruchvorgänge nur sehr verfälscht gemessen werden können.
Es ist eine mechanische Zerreißmaschine bekannt, bei welcher in Einspanngliedern eine relativ steife,
rohrförmige Probe eingespannt ist. Innerhalb dieser rohrförmigen äußeren Probe ist eine stabförmige
innere Probe mit einer Einschnürung angeordnet. Diese stabförmige innere Probe ragt innerhalb der
topfförmigen, mit Innengewinde versehenen Einspannglieder über die darin eingeschraubten Enden
der rohrförmigen äußeren Probe hinaus, und Muttern die auf die Enden der inneren Probe geschraubt sind,
sind gegen die Stirnflächen der äußeren Probe festgezogen (Transactions of the Metallurgical Society
of AIME, 230 [1964], S. 438 und 439).
Bei der bekannten Anordnung ist die rohrförmige äußere Probe unmittelbar in den Einspanngliedern
gehalten. Die innere Probe, deren Verhalten eigentlich interessiert, ist nicht sichtbar und ist außerdem
nicht unmittelbar in Einspanngliedern gehalten, sondern nur über die Muttern mit der äußeren Probe
verspannt. Es kann dabei nicht eine genaue Zentrierung und genau axiale Krafteinleitung gewährleistet
werden. Es sind außerdem zwei Gewinde kraftmäßig hintereinandergeschaltet.
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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zu- werden kann. Probe 1, Lastzelle 4 und Verbindungs-
{ gründe, unter Vermeidung der geschilderten Nach- stück 2 α sind kraftmäßig in Serie geschaltet. Das
j teile eine Vorrichtung zur Materialprüfung zu Verbindungsstück 2 α verbindet die Probe 1 mit Block
j schaffen, welche einen Versuch mit einem wohldefi- 3 b und ist in diesem, wie die Lastzelle, zur Vermei-
nierten Verlauf der Probendehnung έ zu fahren ge- 5 dung von Biegemomenten kugelig gelagert. Um
stattet, beispielsweise mit konstanter Belastungs- Proben verschiedener Geometrie einsetzen zu können,
geschwindigkeit £. kann das Verbindungsstück 2 α ausgewechselt und in
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- die Lastzelle 4 ein geeignetes Übergangsstück eingelöst,
daß die Probeneinspannglieder durch im ela- setzt werden. Die Parallelstäbe laufen durch Bohstisch
deformierbaren Bereich arbeitende, der io rungen des Blocks 3 b, Dehnungen der Parallelstäbe
Probe kraftmäßig parallelgeschaltete Stäbe verbunden werden also nicht auf den Block 3 b übertragen,
sind. Block 3 b kann bei der Montage des Zusatzgerätes
Die Vorrichtung besteht also in einem Hüfsprüf- und beim Einbau der Proben in einfacher Weise
rahmen, in welchen die zu verformende Probe ein- gegen die Parallelstäbe zentriert werden, und zwar
gesetzt wird, der zwischen den Einspannköpfen der 15 durch an ihm angebrachte Führungen 8 b, die mittels
Prüfmaschine angeordnet wird und dessen Kraftüber- Flügelschrauben leicht gelöst bzw. festgestellt werden
tragungselemente in Form von Stäben so dimensio- können. Durch das Gewindestück 3 c wird Block 3 b
niert sind, daß sie bis in den plastischen Bereich der mit Block 3 α verbunden. Dieses Gewindestück hat in
Probe hinein ausschließlich reversible Deformationen seinen beiden Hälften gegenläufiges Gewinde. Durch
erleiden und stets den größeren Teil der von der Zer- 20 eine Drehung dieses Gewindestücks können die
reißmaschine aufgebrachten Last aufnehmen. Bei Blöcke gegeneinander bewegt werden, wodurch der
einer solchen Anordnung wird die Dehnung im we- Probe eine gewisse, mit der Lastzelle meßbare Vorsentlichen
durch die elastische Verformung bestimmt, spannung gegeben werden kann. Die Dehnung des
welche die Stäbe unter dem Einfluß der von der Zer- Gewindestücks geschieht durch Stahlstifte, die in
reißmaschine aufgebrachten Last erfahren. Dadurch 25 radiale Bohrungen 9 des Gewindestücks eingesetzt
wird bewirkt, daß man mit einer ziemlich genau defi- werden. Die Probendehnung wird mit einem Extensonierten
Dehnung έ arbeitet. Beim Bruch der Probe meter, beispielsweise einem induktiven Dehnungsentfernen
sich die Bruchflächen nur wenig vonein- aufnehmer, der auf die Probe aufgesetzt wird, geander,
und die aufgenommenen Verformungskurven messen.
geben das wahre Werkstoffverhalten weitgehend un- 30 Die Ermittlung der Spannungs-Dehnungs-Kurven
verfälscht wieder. Die Stäbe sind zweckmäßigerweise der Proben geschieht so, daß die Probe zunächst in
Stahlstäbe relativ großen Querschnitts und mit einer das Verbindungsstück la und die Lastzelle 4 eingeiiii
Vergleich zur Probe großen Länge. Durch den setzt wird. Dabei wird zweckmäßigerweise eine gegroßen
Querschnitt wird trotz der Länge eine aus- ringe Vorlast der Zerreißmaschine eingestellt, weil
reichende Steifigkeit erzielt, während die relativ große 35 dann kein Wackeln oder Verrutschen auftreten kann.
Länge der Stäbe sicherstellt, daß sie bei der ge- Danach wird die Probe in geschilderter Weise durch
wünschten Dehnung immer noch im elastischen Be- das Gewindestück 3 c um eine geringe, definierte Last
reich arbeiten. Wenn hierbei die Last der Zerreiß- vorgespannt, ohne daß der Extensometer dabei einmaschine
mit konstanter Geschwindigkeit geändert geschaltet wird. Auf diese Weise werden die bei der
wird, dann ergibt sich an der Probe eine konstante 40 Selbstzentrierung der Probe auftretenden Einspiel-Verformungsgeschwindigkeit.
effekte nicht registriert. Wird danach die Zusatzein-
Vorteilhafterweise ist eine solche Vorrichtung als richtung durch die Zerreißmaschine zunehmend unter
eine wahlweise in eine übliche Materialprüfmaschine Last gesetzt, so verformen sich die Parallelstäbe ela-
einsetzbare Zusatzeinrichtung ausgeführt, indem die stisch. Auf die Probe wird dabei nur ein kleiner Teil,
besagten Probeneinspannglieder ihrerseits in die 45 beispielsweise 10 bis 20%, der jeweiligen Last der
Backen bzw. in die Einspannvorrichtung der Zerreiß- Zerreißmaschine übertragen, da die Parallelstäbe eine
maschine einspannbar sind. weit größere Federkonstante haben als die Probe
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an selbst. Dagegen tritt in den Proben eine weit höhere
Hand der Abbildungen erläutert und im folgenden relative Dehnung als in den Parallelstäben auf, da die
beschrieben. 5° Parallelstäbe erheblich langer sind als die Probe. Ist
F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch eine als Zusatz- die Zerreißmaschine auf Vollast gefahren, ohne daß
einrichtung zu einer üblichen Zerreißmaschine ausge- die Probe gebrochen ist, so hat die Probe eine geführte
Vorrichtung nach der Erfindung; wisse plastische Verformung erfahren, während die
F i g. 2 ist eine zugehörige Seitenansicht. Parallelstäbe auf Grund ihrer Dimensionierung im-
Die beiden Blöcke 3 α, 5 der Zusatzeinrichtung 55 mer rein elastisch-reversibel verformt werden. Wird
sind in die Einspannbacken 7 einer Zerreißmaschine die Zerreißmaschine jetzt von Vollast auf eine geeingespannt.
Die Blöcke 3 α, 5 dienen ihrerseits als ringe Vorlast zurückgestellt, so kann die Probe durch
Halterung für die beiden der Probe 1 kraftmäßig par- das Gewindestück 3 c nachgespannt und in gleicher
allel geschalteten Parallelstäbe 6 a, 6 b. Die Parallel- Weise erneut um ein weiteres Stück plastisch verformt
stäbe sind derart mit den Blöcken 5, 3 α verbunden, 60 werden, und so fort. In der geschilderten Art kann
daß bei etwaigen Exzentrizitäten in der Anordnung die Probe bis zum Bruch gefahren werden, das jeweiin
den Parallelstäben keine Biegemomente auftreten lige Nachstellen nach Erreichen der Maschinen-Vollkönnen.
In Block 5 ist zwischen den beiden Parallel- last nimmt nur wenig Zeit in Anspruch,
stäben die zur Kraftmessung dienende Lastzelle 4 Die große »Härte« der Zusatzeinrichtung wird ermitteis einer Kugelflächenlagerung so beweglich an- 65 kennbar, wenn die Probe bricht. Während sich in gebracht, daß sie herausgenommen, um ihre Achse einer weichen Maschine beim Probenbruch die gedreht und so bewegt werden kann, daß die Probe 1 Bruchflächen weit voneinander entfernen, tritt das biegemomentfrei eingeschraubt oder eingespannt beim Einsatz der Zusatzeinrichtung wegen der Stütz-
stäben die zur Kraftmessung dienende Lastzelle 4 Die große »Härte« der Zusatzeinrichtung wird ermitteis einer Kugelflächenlagerung so beweglich an- 65 kennbar, wenn die Probe bricht. Während sich in gebracht, daß sie herausgenommen, um ihre Achse einer weichen Maschine beim Probenbruch die gedreht und so bewegt werden kann, daß die Probe 1 Bruchflächen weit voneinander entfernen, tritt das biegemomentfrei eingeschraubt oder eingespannt beim Einsatz der Zusatzeinrichtung wegen der Stütz-
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wirkung der Parallelstäbe nur in viel geringerem schwindigkeit erteilt wird. Während des Versuchs
Maße auf. wird die Belastungsgeschwindigkeit der Zerreiß-
Die Lastzelle ist im Prinzip nur ein Rohr aus hoch- maschine dann so geregelt, daß der die Last anzei-
festem Stahl mit der bereits beschriebenen Kugel- gende Zeiger mit derselben Geschwindigkeit umläuft
flächenlagerung; dieses Rohr besitzt eine geringför- 5 wie der Zusatzzeiger. Die Verformungsgeschwindig-
mige Nut, in der radiale Bohrungen angebracht sind. keit έ der Probe ist dann weitgehend konstant, weil
Lastzelle und Verbindungsstück 2 a sind so stark bei dieser Anordnung die Verformungsgeschwindig-
dimensioniert, daß durch deren (elastische) Verfor- keit έ der Probe etwa proportional der Belastungs-
mung keine nennenswerte Minderung der Härte der geschwindigkeit der Zerreißmaschine ist, während
Zusatzeinrichtung eintritt. Trotzdem hat die Lastzelle io üblicherweise die Belastungsgeschwindigkeit der
eine hohe Meßgenauigkeit, da die Halbleiter-Deh- Probe der Belastungsgeschwindigkeit der Zerreiß-
nungsmeßstreifen, die in der Nut gegen mechanische maschine proportional ist.
Beschädigung und Temperaturschwankungen ge- Für Versuche bei Raumtemperatur kann die Zuschützt
angebracht sind, eine sehr hohe Empfindlich- satzeinrichtung verhältnismäßig klein gehalten werkeit
haben. Die Zuleitungen zu den Halbleiter-Deh- 15 den. Für Versuche bei hohen oder niedrigen Tempenungsmeßstreifen
werden durch die radialen Boh- raturen muß genügend Raum für die Heiz- und Kühlrungen
in das Rohrinnere geleitet, wo notwendigen- einrichtung geschaffen werden. Dabei kann die Länge
falls auch die Temperatur-Kompensations-Dehnungs- der Parallelstäbe ohne Minderung der Härte der Zumeßstreifen
für die Brückenschaltung der Dehnungs- satzeinrichtung beliebig erhöht werden, wenn nur das
streifen untergebracht werden. Eine derartige Korn- 20 Verhältnis Parallelstablänge zu Parallelstab-Querpensation wird nicht benötigt, wenn je zwei Halb- schnittsfläche konstant gehalten und die übrigen Teile
leiter-Dehnungsmeßstreifen positiven und negativen der Zusatzeinrichtung starr genug ausgebildet werden.
k-Faktors benutzt werden. Zwischen die Lastzelle Bei Versuchen mit stark erhöhten oder erniedrigten
bzw. den elektrischen Extensometer einerseits und Temperaturen muß durch geeignete konstrutive Auseinen
X-Y-Koordinatenschreiber andererseits, der 25 bildung des Zusatzgerätes dafür gesorgt werden, daß
zweckmäßigerweise zur Aufzeichnung der Span- die Lastzelle auf konstanter Temperatur, die nicht zu
nungs-Dehnungs-Kurve eingesetzt wird, werden ge- stark von der Raumtemperatur abweichen darf, ge-'
eignete konventionelle Meßbrücken oder Verstärker halten wird. Notwendigenfalls müssen die Halbleitergeschaltet.
Die Absoluteichung der Zusatzeinrich- Dehnungsmeßstreifen durch konventionelle Dehtung
kann mit Hilfe einer geometrisch definierten 30 nungsmeßstreifen ersetzt werden.
Probe mit bekanntem Η-Modul geschehen. Das der Zusatzeinrichtung zugrundeliegende Prin-
Probe mit bekanntem Η-Modul geschehen. Das der Zusatzeinrichtung zugrundeliegende Prin-
Die weitgehende Konstanthaltung der Verfor- zip kann auch für Druckversuche ausgenutzt werden,
mungsgeschwindigkeit έ kann in einfacher Weise da- Dazu muß nur dafür gesorgt werden, daß die Parallel-
durch erreicht werden, daß in die Kraftmeßeinrich- stäbe nicht ausknicken können. Die konstruktive
tung der jeweiligen Zerreißmaschine ein frei dreh- 35 Durchbildung einer solchen Zusatzeinrichtung für
barer Zusatzzeiger eingebaut wird, dem mittels eines Druckversuche ist analog zu dem Geschilderten für
geeigneten Uhrwerks eine vorgegebene Umlaufge- Zugversuche möglich.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Vorrichtung zur Ausübung von Zug- und Druckversuchen unter definierten Verformungsbedingungen mit Probeneinspanngliedern, zwi-
sehen denen eine Kraft zur Belastung einer dazwischen eingespannten Probe erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Probeneinspannglieder
durch im elastisch deformierbaren Bereich arbeitende, der Probe (1) kraftmäßig par- xo
allelgeschaltete Stäbe (6 a, 6 b) verbunden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als wahlweise in eine übliche
Materialprüfmaschine einsetzbare Zusatzeinrichtung ausgeführt ist, indem die besagten
Probeneinspannglieder (5, 3d) ihrerseits in die
Backen bzw. in die Einspannvorrichtung (7) der Zerreißmaschine einspannbar sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Probeneinspannglieder von
zwei Blöcken (5, 3 a, 36) gebildet werden, zwischen denen die Probe (1) über auf kugeligen
Lagerflächen beweglich gelagerten Verbindungsstücken (4, Za) einspannbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der besagten Verbindungsstücke
ein Lastmeßglied (4) kraftmäßig mit der Probe (1) in Reihe liegend enthält.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lastmeßglied ein unter
dem Einfluß der Last proportional zu dieser elastisch deformierbarer Körper (4) ist, dessen Dehnung
mittels Dehnungsmeßstreifen gemessen wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Probe
kraftmäßig parallelgeschalteten Stäbe (6 α, 6 ö) in
symmetrischer Anordnung zu besagten Verbindungsgliedern (4, Id) an den Blöcken (S, 3 a) angebracht
sind.
7. Vorrichtung nach einem der Anspüche3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß einer der
Blöcke zweigeteilt ist und die beiden Teile durch eine Spannvorrichtung miteinander verbunden
sind und daß der innere Teil (3 b) das Verbindungsstück (2 a) trägt, während der äußere Teil
(3 d) in die Einspannvorrichtung (7) der Zerreißmaschine einspannbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Teil (3 b) des geteilten
Blocks einen Durchbruch mit einer Schulter aufweist, wobei sich an der Schulter ein ringförmiger
Lagerteil mit einer hohlkugeligen Lagerfläche für das mit einer entsprechend kugeligen
Fläche (2 b) versehene und durch den Durchbruch hindurchragende Verbindungsstück (2 a) abstützt,
und daß in dem erweiterten Stück des Durchbruchs und in ..eine gegenüberliegende Bohrung
des äußeren Teils (3 α) des Blocks ein Gewindestück (3 c) mit Links- bzw. Rechtsgewinde eingeschraubt
und durch Nachstellmittel (9) verdrehbar ist. — -
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
DEL0054207 | 1966-07-29 | ||
DEL0054207 | 1966-07-29 |
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