DE19926408A1 - Spannkopf für eine Zugkraftmaschine zur querkraftfreien Probeneinspannung - Google Patents

Abstract

Um einen Spannkopf für eine Zugkraftmaschine zur querkraftfreien Probeneinspannung so weiterzubilden, daß einseitige Auslenkungen der Probe aus der idealen Einspannlage insbesondere auch bei gegenseitig aus der Zugachse versetzten Spannköpfen kompensiert werden können, wird vorgeschlagen, daß unter Beibehalt des Einspanndrucks die einzelnen Spannbacken (3, 4; 3.1, 4.1; 3.2, 4.2) nach dem Festspannen des Probenkörpers (2) von der Wirkung der Vorrichtung zur Gleichlaufsteuerung (9·IV·, 5, 10; 9·IV·, 29, 28, 33, 35; 30, 32, 28, 34, 36) befreit werden und über den eingespannten Probenkörper (2) derart miteinander verbindbar bzw. verbunden sind, daß die Spannbacken (3, 4; 3.1, 4.1; 3.2, 4.2) quer zur Zugachse (19) freischwimmend miteinander gekoppelt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spannkopf für eine Zug­ kraftmaschine zur querkraftfreien Probeneinspannung nach Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Spannköpfe zur Probeneinspannung sind bekannt. Um Materialprüfungen an Zugproben durchzuführen, werden die Probenkörper typischerweise endseitig in zwei Spannköpfen eingespannt. Danach werden die Spannköpfe kontrolliert aus­ einander gefahren und die dabei auftretende Dehnung des Pro­ benkörpers erfaßt. Die Zugkraftmaschinen haben horizontale oder vertikale Zugachsen.

Der Druck auf die Spannbacken, um den Probenkörper ein­ gespannt zu halten, wird über mechanische, hydraulische oder pneumatische Drucksysteme aufgebaut. Damit eine einwandfreie Prüfung unter einachsigen Spannungsverhältnissen möglich ist, muß der Probenkörper mittig, d. h. auf der Zugachse, in idealerweise gegeneinander zentrierte Spannköpfe eingesetzt werden. Unter diesen Voraussetzungen spricht man von idealer Einspannlage. Die ideale Einspannlage positioniert die Längsachse des Probenkörpers auf der Zugachse, wobei Längsachse und Zugachse exakt geradlinig und zueinander koaxial verlaufen. Diese Einspannlage läßt sich ohne besondere konstruktive Maßnahmen nicht verwirklichen.

Eine Maßnahme betrifft den Gleichlauf der Spannbacken an jedem Spannkopf. Hierzu gibt es verschiedene Vorrichtungen, um den Gleichlauf der Spannbacken beim Schließen zu steuern. Diese Vorrichtungen zur Gleichlaufsteuerung funktionieren mechanisch oder durch Eingriff in die hydraulische oder pneumatische Drucksteuerung. Mechanisch ist dies über eine Zwangsbewegung der Spannbacken in Abhängigkeit des Bewegungsvorschubs einer der beiden Spannbacken realisiert.

Bei hydraulischen bzw. pneumatischen Vorrichtungen zur Gleichlaufsteuerung wird das aufgewendete Volumen des Druck­ mediums auf jede Spannbacke gleich dosiert. Mittels eines Re­ gelkreises soll bis zum Gleichlauf nachgeregelt werden können.

Dabei wird allerdings jeder der Spannköpfe für sich ausgeregelt, so daß der seitliche Versatz beider Spannköpfe zueinander nicht zwingend kompensiert wird/werden kann.

Bei den für Zugfestigkeitsversuche auf den Probenkörper notwendigen hohen Zugkräften sind selbst geringe Auslenkungen des Probenkörpers aus der idealen Einspannlage wegen der dann parasitär auftretenden Biegemomente unerwünscht. Diese Biege­ momente führen zu mehrachsigen Spannungszuständen und beein­ flussen die Reproduzierbarkeit der Versuchsergebnisse.

Bauartbedingt lassen sich bei einzelner Spannkopfan­ steuerung diese Auslenkungen weder ausschließen noch verhin­ dern. Selbst ein optimal mittiges Einspannen in jeden Spann­ kopf für sich schließt eine Auslenkung bezüglich des anderen Spannkopfes nicht aus, da ein minimaler Versatz der Spannköpfe zueinander nicht auszuschließen bzw. zu verhindern ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Spannkopf zu schaf­ fen, bei dem einseitige Auslenkungen der Probe aus der idealen Einspannlage insbesondere auch bei gegenseitig aus der Zugachse versetzten Spannköpfen kompensiert werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Haupt­ anspruchs.

Die Erfindung hat erkannt, daß Abweichungen aus der idealen Einspannlage zu parasitären Biegemomenten an der Probe führen. Die Erfindung benutzt diese Biegemomente darüberhinaus zum exakten Zentrieren des Probenkörpers in die Zugachse hinein. Die Erfindung nutzt daher die Tendenz der Biegemomente, den Probenkörper aus der ausgelenkten Einspann­ zurück in die ideale Einspannlage zu bringen. Dies erreicht die Erfindung durch freischwimmende Lagerung der an jedem Spannkopf vorgesehenen Spannbacken unter dem vorgegebenen Einspanndruck.

Wesentlich an der Erfindung ist, daß das mechanisch/hydraulisch/pneumatisch abgeschlossene System aus Spannbacken und ebenso das die Spannbacken beaufschlagende mechanische/hydraulische/pneumatische Drucksystem den Halte­ druck auf den Probenkörper unverändert läßt. Öffnet man die mechanische/hydraulische/pneumatische Verbindung zwischen den Spannbacken, bleibt der Einspanndruck auf den Probenkörper unverändert. Trotzdem lassen sich die paarweisen Spannbacken mit dem dazwischen eingespannten Ende des Probenkörpers quer zur Zugachse so verschieben, daß der Probenkörper in die ide­ ale Einspannlage zentriert/zentrierbar wird. Wesentlich für die Erfindung ist, daß unter dem Haltedruck der Spannbacken synchrones Gleiten beider Spannbacken senkrecht zur Zugkraft möglich ist. Das Gleiten erfolgt parallel zur Haltekraft. Dies ermöglicht es dem Probenkörper, die, durch die Auslen­ kung aus der idealen Einspannlage hervorgerufenen, auf ihn quer zu seiner Längserstreckung wirkenden Biegemomente in eine Querbewegung auf die Spannbacken zu übertragen, und sich damit der auf ihn quer zur Zugrichtung wirkenden Kraft zu entziehen. Der eingespannte und zunächst unzentrierte Proben­ körper zentriert sich unter der elastischen Vorspannung durch die Biegemomente selbst auf die Zugachse. Der Vorteil der Er­ findung ist die Selbstkorrektur des Systems bei auftretenden Kräften senkrecht zur Zugkraft und parallel zur Haltekraft. Dies ermöglicht bei geringem apparativen Aufwand trotzdem sichere Ausrichtung des Probenkörpers in die ideale Einspann­ lage. Unter idealer Einspannlage ist diejenige Ausrichtung des Probenkörpers zu verstehen, in welcher er im beidseitig eingespannten Zustand keinerlei Querkräften mehr unterworfen ist, die aus inneren Verbiegungen resultieren.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs­ beispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung

Fig. 2 die geometrischen Einspannverhält­ nisse am Probenkörper

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung

Sofern im folgenden nichts anderes gesagt ist, gilt die folgende Beschreibung stets für alle Figuren.

Die Figuren zeigen den Spannkopf 13 bzw. 14 einer Zug­ kraftmaschine 12 zur querkraftfreien Probeneinspannung. Ein derartiger Spannkopf 13 bzw. 14 ist nach Art einer fest­ stehenden Zange aufgebaut. Der Querschnitt ist U-förmig. Zwi­ schen den beiden Parallelschenkeln des U-förmigen Querschnit­ tes wird der Probenkörper 2 eingespannt. Der Aufnahmebereich der feststehenden Zange, sozusagen der lichte Bereich zwi­ schen den beiden Parallelschenkeln, wird im folgenden als In­ nenschuh 25 bzw. 26 bezeichnet. Die Einspannung erfolgt hier über ein zugeordnetes Paar von im folgenden als Spann­ backen 3, 4 bezeichneten Kolben, welche in Bohrungen der Pa­ rallelschenkel des U quer zur Längsachse des Probenkörpers 2 geführt sind.

Die Spannbacken 3, 4 sind als zweiseitig beaufschlagte Kolben ausgeführt, so daß sowohl eine Zustellbewegung in Richtung auf den Probenkörper 2 als auch eine Öffnungsbewe­ gung zur Freigabe des Probenkörpers 2 kontrolliert eingesteu­ ert werden kann.

Hierzu dient eine - z. B. hydraulische - Versorgungsein­ heit. Diese weist eine motorisch (9") angetriebene Pumpe 9 auf, die von einem Tank 9' gespeist wird. Stromab der Pumpe 9 ist ein T-Stück 9 ^IV vorgesehen, welches den von der Pumpe 9 angelieferten Volumenstrom in zwei - angestrebterweise - gleich große Teilströme aufteilt, von denen jeder jeweils eine Seite des Spannkopfes 13 bzw. 14 versorgt.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist stromab nachge­ ordnet ein Volumenstromteiler 5 vorgesehen. Der Volumenstrom­ teiler 5 weist jeweils eine Volumenmesseinheit 7 bzw. 8 auf, von denen jede mit einem einzigen der Zylinderräume 3' bzw. 4' kommuniziert, sofern das Wegeventil 10 in der hierfür vor­ gesehenen Schaltstellung ist. Zur Feststellung, ob die von den Volumenmeßeinheiten 7 bzw. 8 festgestellten Meßwerte auch tatsächlich übereinstimmen, sind im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 die Volumenmeßeinheiten 7 bzw. 8 mit einer Vergleichs­ apparatur 6 meßtechnisch gekoppelt. Stellt die Vergleichs­ apparatur 6 abweichende Volumenströme fest, wird ein Stell­ signal an die vorgeschalteten Regelventile 7' bzw. 8' gege­ ben, um einen Gleichlauf der Spannbacken 3 bzw. 4 zu erzie­ len. Solange die Volumenströme, welche die Zylinderräume 3' bzw. 4' füllen, tatsächlich übereinstimmen, ist der Vorschub der beiden Spannbacken 3 bzw. 4 identisch. Dies läßt sich je­ doch in der Technik nicht generell garantieren. Ein Ungleich­ lauf der beiden Spannbacken 3 bzw. 4 führt daher zu einem Versatz des Probenkörpers aus der Zugachse 19, den es zu ver­ hindern gilt. An Stelle des Volumenstromteilers 5, der hier volumetrische Meßzellen 7 bzw. 8 beinhaltet, können auch Drucksensoren vorgesehen sein.

Zur Einsteuerung des vom Volumenstromteiler 5 geliefer­ ten Volumenstroms in die Zylinderräume 3' bzw. 4' der Hydrau­ likzylinder dient ein Wegeventil 10. Dieses Wegeventil hat drei Schaltstellungen und acht Anschlüsse. Auf dessen Funkti­ on wird noch eingegangen.

Der Spannkopf 1 hält den Probenkörper 2 zwischen der rechten Spannbacke 3 und der linken Spannbacke 4 eingespannt.

Beide Spannbacken 3, 4 werden im Ausführungsbeispiel ge­ mäß Fig. 1 mittels des Volumenstromteilers 5 zentriert.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 werden die beiden Spannbacken 3, 4 über einen jeweils zugeordneten Lageregel­ kreis zentriert. Dieser Lageregelkreis beinhaltet an jedem der beiden Kolben der Spannbacken 3 bzw. 4 eine Wegmeßeinrichtung, z. B. bestehend aus einer kolbenfesten Skala 29 bzw. 30 und jeweils einem ortsfesten Sensor 31 bzw. 32, so daß ein von der Skala abgegriffenes Signal auf eine Schalt- und Steuereinrichtung 28 gegeben werden kann.

Da die beiden Skalen 29, 30 und die zugeordneten Senso­ ren 31 bzw. 32 identisch aufgebaut sind, kann in der Schalt- und Steuereinrichtung 28 ein unmittelbarer Vergleich der vom jeweiligen Kolben 3 bzw. 4 abgegriffenen Meßwerte als tech­ nisches Äquivalent für die jeweils zurückgelegten Wege erfol­ gen.

Das Ausgangssignal der Schalt- und Steuereinrichtung 28 wird dann über entsprechende Signalleitungen 33 bzw. 34 einem jeweils zugeordneten Servoventil 35 bzw. 36 aufgeprägt.

Auf diese Weise läßt sich der jeweils notwendige Hydrau­ likstrom abhängig von der jeweiligen aktuellen Stellung der Spannbacken 3 bzw. 4 so steuern, daß beide Spannbacken hin­ sichtlich der idealen Einspannlage 19 zunächst im wesent­ lichen gleichlaufen. Im Prinzip entspricht die Ausführung ge­ mäß Fig. 3 einem lagegeregelten Regelkreis, in welchem der jeweils notwendige Volumenstrom über ein Servoventil 35 bzw. 36 dem zugeordneten Zylinderraum 3' bzw. 4' zugeführt wird.

In beiden Ausführungsbeispielen strebt man vorrangig die Zentrierung der Spannbacken hinsichtlich der idealen Ein­ spannlage 19 an. Hierunter ist zu verstehen, daß die Anlage­ flächen der Köpfe, mit denen die Spannbacken 3, 4 am Proben­ körper 2 unmittelbar anliegen, von der Mittellinie, die mit der Zugachse 19 zusammenfallen soll, denselben übereinstim­ menden Abstand haben sollen. Der Volumenstromteiler 5 dient im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 als Vorrichtung zur Gleichlaufsteuerung. Diese Merkmale bedeuten jedoch keine Be­ schränkung der Erfindung auf eine bestimmte Bauart für der­ artige Gleichlaufsteuerungen. Die Verwendung eines vorge­ schalteten Volumenstromteilers begünstigt aber, den einge­ spannten Probenkörper 2 zur Mitte der Spannkopfgeometrie, d. h. auch zur Mitte des Innenschuhs 25 bzw. 26 zu zentrieren.

Gleichfalls kann die Vorrichtung zur Gleichlaufsteuerung auch mittels einer elektro-/opto-/mechanischen Erfassungs- und Auswerteinrichtung ausgestattet sein, womit dann alterna­ tiv die zurückgelegte Wegstrecke der Spannbacken 3 bzw. 4 er­ faßt wird und womit dann gegebenenfalls entsprechende Regel­ signale an die Regelventile 7' bzw. 8' gegeben werden. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 gilt dies für die Servoventi­ le 35, 36 entsprechend.

Gleichfalls kann auch eine mechanische Zwangskopplung der Spannbacken 3 und 4 erfolgen. Dies würde bedeuten, daß der Volumenstromteiler 5 entbehrlich wäre. Als mechanische Zwangskopplung kommt beispielsweise eine Paarung aus Gewinde­ stangen und/oder Zahnstangen in Betracht, von denen jede mit einer der Spannbacken verbunden und über einen Zahneingriff getrieblich an die andere angekoppelt wäre. Der Zahneingriff stützt sich dann am Maschinengehäuse ab und kann im Bedarfsfall von seiner Abstützstelle abgekoppelt werden, damit beide Spannbacken bezüglich der idealen Einspannlage mittig ausgerichtet werden können.

Die Versorgung des Volumenstromteilers 5 erfolgt aus ei­ nem Tank 9'. Der Tank 9' ist mit der Pumpe 9 für das Druck­ fluid verbunden. Diese wird über die Kupplung 9''' von einem Elektromotor 9" angetrieben.

Die Austrgsleitung der Pumpe 9 ist mit einem T-Stück 9 ^IV verbunden, wo der von der Pumpe ausgetragene Volumenstrom qualitativ in zwei Teilströme aufgeteilt wird. Die nachge­ ordnete Hydraulikschaltung übernimmt dabei allerdings die quantitative Bemessung der zunächst nur qualitativ vorgegebe­ nen Volumenströme, welche das T-Stück verlassen.

Dabei steht die gesamte Anlage unter dem Druck der Pumpe 9, wenn die Spannbacken 3 bzw. 4 in ihre Einspannposi­ tionen gefahren und in diesen Einspannpositionen gehalten werden. Nach Erreichen der Einspannpositionen werden die Zylinderräume 3' bzw. 4' unter Beibehalt des vorgegebenen Einspanndrucks von ihrer druckerzeugenden Vorrichtung 9 ge­ trennt. Zu diesem Zweck dient im Falle der Fig. 1 die Mittel­ stellung des Wegeventils 10, welches hierzu aus der gezeigten Stellung in die mittlere Position verschoben wird.

Zum Verstellen dient im Falle der Fig. 1 eine Vorsteuer­ einheit 10'. Bei Beaufschlagung der Vorsteuereinheit 10' wird das Wegeventil 10 aus seiner gezeigten Position in eine der beiden anderen Schaltstellungen verschoben.

Im Falle der Fig. 3 können die beiden Servoventile 35, 36 in Voll-Offen-Stellung gefahren werden.

Fährt man nun im Falle der Fig. 1 das Wegeventil 10 aus der gezeigten Stellung in die mittlere Position, entsteht zwischen den beiden Zylinderräumen 3' und 4' bzw. den Gegen­ steuerkammern 3" und 4" jeweils ein hydraulischer Kurz­ schluß über die Kurzschlußverbindungen 27. Diese Kurzschluß­ verbindungen repräsentieren eine zumindest weitgehend unge­ drosselte Querverbindung zwischen den jeweils zugeordneten Zylinderräumen.

Ist im Falle der Fig. 1 der hydraulische Kurzschluß ein­ gesteuert worden bzw. sind im Falle der Fig. 3 die Servoventi­ le 35, 36 in die Voll-Offen-Position gefahren worden, sind die jeweiligen Spannbacken 3; 3.1; 3.2 bzw. 4; 4.1; 4.2 schwim­ mend beweglich. In allen Fällen steht dann der gesamte Spann­ kopf 13 bzw. 14 unter dem vorher aufgebrachten Druck des Druckfluids, während der jeweilige Spannkopf intern völlig druckausgeglichen ist. Dies bedeutet, daß die Spannbacken 3; 3.1; 3.2 und 4; 4.1; 4.2 innerhalb ihrer Querbeweglichkeit zueinander synchron jede beliebige Position einnehmen können, ohne daß hierzu eine Druckveränderung innerhalb des abge­ schlossenen Drucksystems nötig wäre.

Die Spannbacken 3; 3.1; 3.2 bzw. 4; 4.1; 4.2 sind somit quer zur Zugachse 19 freischwimmend miteinander gekoppelt und innerhalb des Innenschuhs 25 bzw. 26 quer beweglich ver­ schiebbar gelagert.

Durch eine geringe Kraftbeaufschlagung können somit die Spannbacken 3 bzw. 4, solange das Wegeventil 10 in der mitt­ leren Kurzschlußstellung ist bzw. solange die Servoventi­ le 35, 36 in Voll-Offen-Stellung sind, mit bereits geringer Kraftbeaufschlagung aus ihrer gezeigten Position in jede beliebige Position verschoben werden. Die Spannbacken 3 bzw. 4 sind hierzu innerhalb ihrer Zylinder leicht beweglich glei­ tend geführt, so daß bereits bei den geringen Biegekräften, welche der Probenkörper 2 bei außermittiger Lagerung infolge aufgebrachter Längszugkraft ausübt, eine Verlagerung des Spannbackenpaares 3 + 4 erfolgen kann. Dies ist immer dann der Fall, wenn der Probenkörper 2 senkrecht zur Zugachse 19 um ein Wegstück 22 aus der idealen Einspannlage 19 ausge­ lenkt ist. Die sowohl durch die Auslenkung an sich als auch insbesondere unter einsetzender Zugkraft 11 auftretenden parasitären Biegemomente 11' auf den Probenkörper bewirken ein Verschieben der durch die Kurzschlußstellung des Wegeven­ tils 10 bzw. die Voll-Offen-Stellung der Servoventile 35, 36 freischwimmend gelagerten miteinander gekoppelten Spann­ backen 3 und 4, so daß eine Selbstzentrierung des Probenkör­ pers in die ideale Einspannlage 19 herbeigeführt werden kann. Das System korrigiert sich unter aufgebrachter Zugkraft sozu­ sagen selbst. Es sind weder zusätzliche Regeleinrichtungen noch zusätzliche Meßeinrichtungen erforderlich.

Wesentlich an der Erfindung ist der Gedanke, daß der ge­ samte Spannkopf zunächst unter den Vordruck der druckerzeu­ genden Vorrichtung 9 gesetzt wird, anschließend unter diesem Vordruck von dieser abgekoppelt wird und in sich druckausge­ glichen bleibt. Dabei wird z. B. durch die Kurzschlußverbin­ dung erreicht, daß die Spannbacken 3 und 4 unabhängig von der einsetzenden Zugkraft beweglich bleiben. Dabei drückt in den gezeigten Ausführungsbeispielen der Probenkörper aufgrund der Auslenkungsstrecke 22 gegen die rechte Spannbacke 3 und drückt diese soweit nach rechts, bis die ideale Einspannla­ ge 19 erreicht ist. Hierbei weicht das Druckfluid aus der Zy­ linderkammer 3' in die Zylinderkammer 4'. Dies erfolgt z. B. über die Kurzschlußverbindung, die zu diesem Zweck im Wege­ ventil 10 vorgesehen ist. Zugleich wird aus der Gegensteuer­ kammer 3" ein entsprechendes Quantum an Druckfluid über die weitere Kurzschlußverbindung im Wegeventil 10 zur gegenüber­ liegenden Gegensteuerkammer 4" verdrängt. Beide Systeme 3' und 4' bzw. 3" und 4" sind über ihre Kurzschlußleitungen in sich abgeschlossen. Beide Systeme können voneinander abwei­ chende Druckniveaus besitzen. Sinngemäß gilt dies auch für die Ausführung gemäß Fig. 3 mit der Maßgabe, daß in der frei­ schwimmenden Stellung der Spannbacken beide Servoventi­ le 35, 36 in Voll-Offen-Stellung sind.

Ergänzend hierzu zeigt Fig. 2 einen allgemeinen Aufbau zur Verdeutlichung der geometrischen Einspannverhältnisse an einer Zugkraftmaschine 12. Der Probenkörper 2 erstreckt sich vertikal zwischen zwei Spannköpfen 13 und 14. Er ist mit je­ weils einem seiner Enden in jeweils einen der Spannköpfe 13 bzw. 14 eingespannt. Diesbezüglich wird auf die vorangegange­ ne Beschreibung Bezug genommen. Es sind jedoch hier ergänzend die verschiedenen Möglichkeiten einer Auslenkung aus der Zug­ achse 19 dargestellt.

Obwohl für beide Spannköpfe 13 bzw. 14 jeweils eine Vor­ richtung zur Zentrierung vorgesehen ist, läßt sich eine - wenn auch geringfügige - Dezentrierung nicht generell aus­ schließen. Es muß deshalb generell von einem gewissen Ver­ satz 15 ausgegangen werden. Dieser Versatz 15 bezeichnet die seitliche Fehlstellung zwischen den Spannköpfen 13 und 14, der ergänzend zu Fehlstellungen im Einspannbereich der Spann­ backen 3.1 und 4.1 bzw. 3.2 und 4.2 hinzukommt.

Der Versatz 15 wird überlagert von einer Positionsdiffe­ renz 20 der Innenschuhe 25 bzw. 26 und gegebenenfalls auch noch von einer Größendifferenz der Innenschuhe.

Zusätzlich wäre bei jedem Spannkopf eine beim Einspannen des Probenkörpers 2 auftretende Abweichung zu berücksichti­ gen, die bedingt wird durch Fehler in der Gleichlaufsteue­ rung. Vorrangig treten derartige Gleichlauffehler auch bau­ artbedingt auf und führen zu einem Versatz aus der ideal mit­ tigen Position 23 bzw. 24, von der jede einem der Spannköpfe zugeordnet ist. Die Punkte 17 und 18 markieren bezüglich des Probenendes die mittige Einspannung mit den Auslenkungen 21 bzw. 22 - gemessen von der Idealmitte 23 bzw. 24 des jeweiligen Spannschuhs. Wegen der Versatzstrecken 15 und 20 wäre selbst bei idealer Eliminierung der Fehler in den Punkten 17 und 18 keine ideale Einspannlage für den Proben­ körper erreichbar, sofern die Lagerung der Spannbacken 3 und 4 nicht, wie von der Erfindung vorgeschlagen, freischwimmend miteinander gekoppelt ist, da bauartbedingt Fehler grundsätz­ lich nicht zu 100% ausgeschlossen werden können.

Diese Überlegungen gelten prinzipiell auch in der Ebene senkrecht zur Papierebene. Um diese Fehler ebenfalls zu korrigieren, können die Spannköpfe an Kreuztischen gelagert sein, wobei die Kreuztische nach Maßgabe der vorliegenden Er­ findung sowohl in der Papierebene als auch in der zur Papier­ ebene senkrechten Ebene freischwimmend geführt sein können.

Bezugszeichenliste

1

' Innenschuh

1

" Mitte der Spannkopfbacken

2

Probenkörper

3

;

3.1

;

3.2

rechte Spannbacke

3

' Zylinderraum, rechts

3

" Gegensteuerkammer, rechts

4

;

4.1

;

4.2

linke Spannbacke

4

' Zylinderraum, links

4

" Gegensteuerkammer, links

5

Volumenstromteiler

6

Vergleichsapparatur

7

Volumenmeßeinheit

7

' Regelventil

8

Volumenmeßeinheit

8

' Druckventil

9

Pumpe

9

' Tank

9

" Motor

9

''' Kupplung

9 ^IV

T-Stück

10

Wegeventil

10

' Vorsteuereinheit

11

Zugkraft

11

' Biegemoment

12

Zugkraftmaschine

13

oberer Spannkopf

14

unterer Spannkopf

15

Versatz von

13

zu

14

17

Mittigposition bzgl. Spannkopf

13

mit Fehler

18

Mittigposition bzgl. Spannkopf

14

mit Fehler

19

Ideale Einspannlage = Zugachse

20

Positionsdifferenz

21

Wegstück, Versatz

22

Wegstück, Versatz

23

idealmittige Position für

13

24

idealmittige Position für

14

25

Innenschuh

26

Innenschuh

27

Kurzschlußverbindung

28

Schalt- und Steuereinrichtung

29

Skala

30

Skala

31

Sensor

32

Sensor

33

Signalleitung

34

Signalleitung

35

Servoventil

36

Servoventil

Claims (9)

1. Spannkopf (13, 14) für eine Zugkraftmaschine (12) zur querkraftfreien Probeneinspannung, wobei der Probenkör­ per (2) zwischen mindestens zwei Spannbacken (3, 4; 3.1, 4.1; 3.2, 4.2) eingespannt wird, von denen jede mit einer im Sinne der Einspannung druckerzeugenden Vorrich­ tung (9) verbindbar ist, wobei die Bewegung der Spann­ backen (3, 4; 3.1, 4.1; 3.2, 4.2) in Einspannrichtung über eine Vorrichtung zur Gleichlaufsteuerung (9 ^IV, 5, 10; 9 ^IV, 29, 21, 28, 33, 35; 30, 32, 28, 34, 36) in Richtung zur Mitte der Spannkopfgeometrie zentrierend zwangsgesteuert wird, da­ durch gekennzeichnet, daß unter Beibehalt des Ein­ spanndrucks die einzelnen Spannbacken (3, 4; 3.1, 4.1; 3.2, 4.2) nach dem Festspannen des Probenkörpers (2) von der Wirkung der Vorrichtung zur Gleichlaufsteuerung (9 ^IV, 5, 10; 9 ^IV, 29, 21, 28, 33, 35; 30, 32, 28, 34, 36) befreit werden und über den eingespannten Probenkörper (2) derart miteinan­ der verbindbar bzw. verbunden sind, daß die Spännbac­ ken (3, 4; 3.1, 4.1; 3.2, 4.2) quer zur Zugachse (19) frei­ schwimmend miteinander gekoppelt sind.

2. Spannkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbacken (3, 4; 3.1, 4.1; 3.2, 4.2) Kolben-Zylin­ der-Einheiten (3, 3', 3"; 4, 4', 4") sind, deren Zylinder­ räume (3', 3"; 4', 4") von der druckerzeugenden Vorrich­ tung (9) hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagt wer­ den und daß zur freischwimmenden Koppelung der Spann­ backen (3, 4; 3.1, 4.1; 3.2, 4.2) die Zylinderräume (3, 3"; 4', 4") über eine Kurzschlußverbindung (27) miteinander verbunden werden.

3. Spannkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Gleichlaufsteuerung (9 ^IV, 5, 10; 9 ^IV, 29, 21, 28, 33, 35; 30, 32, 28, 34, 36) Bestandteil der hy­ draulischen oder pneumatischen druckerzeugenden Vor­ richtung (9) ist und über ein Wegeventil (10) von dem Spannkopf (13, 14) getrennt wird, und daß für die Schalt­ stellung der Trennung eine Kurzschlußverbindung (27) zwischen den mit Einspanndruck beaufschlagten Druckräu­ men (3', 4') des Spannkopfs vorgesehen ist.

4. Spannkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegeventil (10) eine Schaltstellung für die Kurzschlußverbindung (27) aufweist.

5. Spannkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbacken (3, 4; 3.1, 4.1; 3.2, 4.2) Kolben-Zylin­ der-Einheiten sind, deren Zylinderräume (3, 3"; 4', 4") über Servoventile (35, 36) hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagt werden und daß zur freischwimmenden Koppelung der Spannbacken (9 ^IV, 5, 10; 9 ^IV, 29, 21, 28, 33, 35; 30, 32, 28, 34, 36) die Zylinderräume (3', 3"; 4', 4") über eine Kurzschlußverbindung (27) oder über zusätzliche Kurzschluß-Wegeventile oder über die Voll-Offen-Stellung der Servoventile miteinander verbunden werden.

6. Spannkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellungen der Kolben-Zylinder-Einheiten abge­ fragt und über einen Regelkreis den Servoventilen (35, 36) übermittelt werden.

7. Spannkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Gleichlaufsteue­ rung einen dosierbaren Stromteiler (5) enthält.

8. Spannkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromteiler (5) in Offenstellung eine ungedros­ selte Querverbindung (27) zwischen den Hydraulikräu­ men (3', 4') herstellt.

9. Spannkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Spanntisch als Kreuztisch ausge­ führt ist und daß für jede der möglichen Bewegungs­ richtungen eine freischwimmende Koppelung im Sinne des Hauptanspruchs vorgesehen ist.