DE19624559A1 - Ausrichteinheit - Google Patents

Description

Bei Werkstoffprüfmaschinen, die im wesentlichen aus dem Prüf­ rahmen mit Kraftmeßdose und Einspannvorrichtungen sowie einer Belastungseinrichtung bestehen, muß eine zentrische Einleitung der Prüfkraft bei mittigem Einbau der Probe gewährleistet sein. Im idealen Zugversuch würde eine Probe einer gleichmäßigen axialen Last an den Enden ausgesetzt, so daß die Spannung über­ all in der Probe gleich wäre.

In der Praxis ist dies jedoch aufgrund von Fertigungsungenau­ igkeiten des Prüfrahmens, des eingebauten Belastungszylinders, der Einspannvorrichtungen und des Kraftmeßsystems meist nicht realisierbar, so daß beim Einspannen und bei Belastung der Probe unerwünschte Biegebeanspruchungen auf die Probe aufge­ bracht werden. Insbesondere durch die Prüfung moderner Werk­ stoffe steigen die Anforderungen an die Zentriergenauigkeit der Prüfmaschine ständig. Besonders empfindlich gegenüber Biege­ beanspruchungen sind beispielsweise Keramiken, die sehr spröde sind. Um eine möglichst mittige Einspannung von Proben und zentrische Krafteinleitung zu ermöglichen, sind bislang eine Vielzahl von Ausgleichsvorrichtungen bekannt geworden.

Durch die DE-OS 37 31 460 ist eine Einspannvorrichtung bekannt, die so einstellbar ist, daß ein Prüfstück exakt zentrisch ein­ gespannt werden kann. Diese Einspannvorrichtung weist eine den Prüfkörper aufnehmende Einspannplatte und einen mit der Bela­ stungseinrichtung verbundenen Einspannkörper auf. Zur Ausrich­ tung des Prüfstücks können Einspannplatte und Einspannkörper vor Versuchsbeginn mit Hilfe von Einstellbolzen in Bezug auf Achsversatz und in Bezug auf Winkelversatz zueinander ausge­ richtet werden. Bei Belastung der Probe können eventuell auf­ tretende Mikroverformungen der Probe oder des Einspannkopf es die Lage der Probe in Bezug auf die Belastungsachse verändern. Diese während Belastung der Probe auftretenden Lageveränderun­ gen können nicht ausgeglichen werden, da Einspannplatte und Einspannkopf vor Prüfbeginn zueinander ausgerichtet werden und diese Position mittels Einstellbolzen fest fixiert ist.

Desweiteren sind biegemomentfreie Einspannungen für Proben bekannt, bei denen die Probe an sphärischen Flächen abgestützt bzw. gehalten wird. Diese Vorrichtungen sind jedoch für Zug- und/oder Druckprüfungen z. B. von Keramikproben nicht geeignet. Entweder erlauben die bekannten Vorrichtungen nur eine Zugprü­ fung (DE-PS 6 71 954, DE-AS 23 06 393) oder sie erfordern beson­ dere Spanneinrichtungen zum Einspannen der Probenenden oder Probenköpfe, da die Prüfkraft durch Reib- bzw. Kraftschluß über Aufnahmeelemente auf die Probe bzw. die Probenenden übertragen wird (DE-PS 20 28 030).

Aus der Druckschrift American Society for Testing and Materi­ als, Proceedings, Band 59, Seite 663, ist eine biegemomentfreie Einspannvorrichtung für Proben mit Schulterköpfen vorgesehen, wobei die Probe in einem zweiteilig ausgeführten Probenaufnah­ mekörper gelagert ist, der kugelige Außenflächen aufweist. In dieser bekannten Einspannvorrichtung können lediglich Proben mit speziell ausgebildetem Probenkopfende eingespannt werden, hierzu wird dann ein zweiteilig ausgeführter Aufnahmekörper um das Probenkopfende angeordnet.

Aus der Druckschrift "Experimental Mechanics", Vol. 15, Nr. 9, pages 358-364 ist eine Universalprüfmaschine bekannt, die zur Vermeidung von unerwünschten Biegebeanspruchungen an der Pro­ beneinspannung einen Achsversatz und einen Winkelversatz aus­ gleichen kann. Hierzu ist ein in x-Richtung auf der Quertra­ verse verschiebbar gelagerter Rahmen angeordnet. Zum Ausgleich eines Winkelversatzes ist die obere Einspannung über einen Kopf mit dem Rahmen drehbeweglich gelagert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Ausricht­ einheit zu schaffen, die auf einfache Weise einen Achsmitten- und Winkelversatzfehler einer Prüfmaschine ausgleichen kann.

Diese Aufgabe wird durch die in dem Patentanspruch 1 angegebe­ nen Merkmale gelöst.

Die Verwendung eines Achsversatz- und Winkelversatzausgleichs­ moduls, die hintereinander geschaltet zwischen dem Belastungs­ rahmen und der Einspannvorrichtung für eine Probe angeordnet sind, ermöglicht in einfacher Weise einen nachträglichen Einbau dieser Module in eine Prüfmaschine.

Eine Weiterbildung des Erfindungsgedankens sieht vor, daß so­ wohl die relativ zueinander verschiebbar gelagerten Körper des Achsversatzausgleichsmoduls als auch die in einer Kugelschale verdrehbar gelagerte Kugel unter Vorspannung miteinander ver­ bindbar sind und ein Element vorgesehen ist, mit dem die Vor­ spannung verringerbar ist.

In diesem oben beschriebenen verspannten Zustand der Kugel mit der Kugelschale sowie des Gleitstücks mit dem Druckring ist es möglich, die Vorrichtung spielfrei mit den vollen Nennkräften der Prüfmaschine zu belasten, sowie mit geringen Kräften über Verstellbolzen horizontal und/oder kardanisch zu verstellen.

Die erfindungsgemäße Ausrichteinheit wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben.

Fig. 1 zeigt die Ausrichteinheit im eingebauten Zustand in Schnittdarstellung und

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1.

Eine Werkstoffprüfmaschine ist im wesentlichen aus einem Bela­ stungsrahmen bestehend aus der oberen Quertraverse und untere Quertraverse und die Quertraversen verbindende Vertikalsäulen und einer Belastungseinrichtung aufgebaut. An der oberen Quer­ traverse ist meistens eine Kraftmeßdose und daran angeflanscht eine Einspannvorrichtung zur Aufnahme des oberen Endes einer Probe angeordnet. Die untere Quertraverse bzw. der Tisch weist mittig eine Aussparung zur Durchführung der Kolbenstange der Belastungseinrichtung auf, wobei an das Kolbenstangenende die untere Einspannvorrichtung angebracht ist. Dieser prinzipielle Aufbau einer Werkstoffprüfmaschine ist in den Figuren nicht dargestellt, da er bekannt ist.

In den Fig. 1 und 2 ist die Ausrichteinheit 1 dargestellt, die modular aufgebaut ist und aus einem Achsversatz-Ausgleichsmodul 2 und einem Winkelversatz-Ausgleichsmodul 3 besteht. Die Aus­ richteinheit 1 weist eine Vertikalachse 4 auf, die mit der Probenlängsachse und der Belastungsachse der Prüfmaschine zu­ sammenfällt. An dem in der Vertikalen liegenden oberen Endbe­ reich der Ausrichteinheit 1 ist vorzugsweise die schematisch dargestellte Kraftmeßdose 5 mittels Schrauben 6 angeflanscht. An dem unteren Endbereich der Ausrichteinheit ist die obere Einspannvorrichtung 7 mittels Schrauben 8 angeflanscht.

Das Winkelversatz-Ausgleichsmodul 3 besteht aus einer Kugel 11, die in einer oberen und unteren Lagerschale 9/10 aufgenommen ist. Die obere und untere Lagerschale 9/10 weisen zur Aufnahme der Kugel entsprechend des Kugelradius sphärische Gleitflächen auf. Die Trennebene 12 zwischen den beiden Lagerschalen 9/10 liegt senkrecht zur Vertikalachse der Prüfmaschine bzw. zur Belastungsachse. Die Lagerschalen sind in der Vertikalen um den Abstand h beabstandet.

Die beiden Lagerschalen 9/10 sind durch Verspannschrauben 13 gegen die Kugel 11 über die Nennkraft der Prüfmaschine ver­ spannt. Die Klemmkraft der Verspannschrauben 13 wird über Ein­ stellschrauben 14 wieder soweit aufgehoben, daß eine spielfreie Winkelverstellung der Kugel bzw. Drehbewegung der Kugel mit geringer Reibkraft möglich wird. Hierzu sind die Einstell­ schrauben über den Umfang verteilt in einem äußeren Randbereich der unteren Lagerschale 10 in vertikaler Richtung eingeschraubt und stützen sich mit dem Schraubenende gegen die obere Lager­ schale 9 ab. Die Einstellung des Spiels zwischen Kugelkopf und Lagerschalen ist bereits aus der DE 33 01 543 bekannt.

Die Winkelverstellung der Kugel 11 erfolgt über die Verstell­ bolzen 15, die in die untere Lagerschale 10 eingesetzt sind und ein Verschieben einer Verstellplatte 16 in einer horizontalen Ebene bewirken. In der unteren Lagerschale sind in einem unte­ ren Randbereich gleichmäßig über den Umfang verteilt vorzugs­ weise vier in radialer Erstreckung eingebrachte Durchgangsboh­ rungen vorgesehen, in die die Verstellbolzen 15 eingesetzt sind. Die untere Lagerschale 10 weist in ihrem der Einspannvor­ richtung 7 zugewandten Endbereich eine zylindrische Ausnehmung auf, in die die Verstellplatte 16, die einen etwas geringeren Außendurchmesser aufweist, eingesetzt ist. Die Verstellplatte 16 ist mit einem zylindrischen Fortsatz 17 versehen, der in eine entsprechende Ausnehmung der Kugel 11 eingepaßt ist, so daß die Kugel 11 mit der Verstellplatte 16 verschiebbar gela­ gert ist.

Das in der Vertikalen über dem Winkelversatz-Ausgleichsmodul 3 angeordnete Achsversatz-Ausgleichsmodul 2 ist zweiteilig ausge­ bildet und besteht aus einem Gleitstück 18, das mit der Kraft­ meßdose 5 verbunden ist, und einem Druckring 19. Der Druckring 19 ist als hohlzylindrisches Gehäuseteil ausgebildet und weist an seinem oberen Bereich einen nach innen weisenden ringförmi­ gen Vorsprung auf. Das Gleitstück 18 ist in den Druckring 19 eingesetzt und hat eine an die Innenflächen des zylindrischen Gehäuseteils angepaßte Außenmantelfläche, wobei zur Verstell­ barkeit in der horizontalen Ebene zwischen Gleitstück 18 und Druckring 19 ringförmige Spalte verbleiben und die Gleitfläche über die in Vertikalrichtung einander zugewandten ringförmigen Flächen gebildet wird.

Wie bereits bei dem Winkelversatz-Ausgleichsmodul 3 beschrie­ ben, wird auch bei dem Achsversatz-Ausgleichsmodul 2 das Gleit­ stück 18 mit dem Druckring 19 über Verspannschrauben 20 gegen die obere Lagerschale 9 verspannt. Die Entspannung auf geringe Reibkräfte erfolgt über die Einstellschrauben 21, die in den Druckring 19 eingebracht sind und sich mit den Schraubenenden auf der oberen Lagerschale 9 abstützen. In den Druckring 19 sind über den Umfang verteilt vorzugsweise vier in radialer Erstreckung eingebrachte Durchgangsbohrungen vorgesehen, in die die Verstellbolzen 22 eingesetzt sind und sich jeweils am Au­ ßenumfang des Gleitstücks 18 abstützen und somit in axialer Richtung eine Verstellung der Lage des Gleitstücks zu dem Druckring über die Gleitflächen erfolgen kann.

Claims (2)

1. Ausrichteinheit für eine Prüfmaschine, die ein Achsversatz- und ein Winkelversatz-Ausgleichsmodul (2/3) aufweist, wobei das Achsversatz- und Winkelversatz-Ausgleichsmodul (2/3) in der Vertikalachse (4) der Prüfmaschine hintereinanderge­ schaltet zwischen dem Belastungsrahmen und einer Einspann­ vorrichtung (7) für eine Probe angeordnet sind, wobei das Achsversatz-Ausgleichsmodul (2) aus zwei in einer Horizon­ talebene relativ zueinander verschiebbar gelagerten Körpern (18/19) ausgebildet und das Winkelversatz-Ausgleichsmodul (3) aus einer in einer Kugelschale (9/10) verdrehbar gela­ gerten Kugel (11) ausgebildet ist.

2. Ausrichteinheit für eine Prüfmaschine nach Patentanspruch 1, wobei bei dem Achsversatz- und Winkelversatz-Ausgleichs­ modul (2/3) die relativ zueinander verschiebbar gelagerten Körper (18, 19/9, 10, 11) unter Vorspannung miteinander verbindbar sind, und wobei ein Element (14/21) vorgesehen ist, mit dem die Vorspannung verringerbar ist.