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DE20010467U1 - Meßvorrichtung zur Ermittlung der Durchbiegung an Biegeproben

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Description

Meßvorrichtung zur Ermittlung der Durchbiegung an Biegeproben

Vorrichtung zur Messung zur Durchbiegung an einer Biegeprobe, die eine längliche Traverse und ein senkrecht zur Traverse angeordnetes Kontaktelement aufweist, das zur Erfassung einer relativ zur Traverse zurückgelegten Wegstrecke in der Lastangriffslinie an der Traverse geführt ist und einen Kopf zur Anlage eines aus der Biegeprobe vorstehenden Vorsprungs aufweist.

Das Prinzip, daß der Prüfung von Biegeproben zugrunde liegt, ist folgendes: Ein Ziel von Bruchmechanikversuchen an Biegeproben ist die Ermittlung der Durchbiegung in Richtung der Lastangriffslinie. Prüfanweisungen hierzu besagen, daß die Struktur an zwei Stellen aufliegt und daß eine Kraft auf eine Lastangriffsfläche ausgeübt wird,

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Rechtsanwalt: zugelassen zu den Hamburger Gerichten

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daß der Grad der Durchbiegung als die Abstandsänderung eines Vorsprungs unterhalb der Lastangriffsfläche relativ zu den Auflagestellen ermittelt wird. Gemäß den Prüfanweisungen wird der Abstand der Auflagestellen durch die Größe der Biegeprobe vorgeschrieben.

Aus dem Gebrauchsmuster G 89 09 694.0 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung der Durchbiegung von biegebelasteten Strukturen bekannt geworden. Bei dieser Meßvorrichtung wird der Grad der Durchbiegung durch Feststellung der Abstandsänderung eines an der Biegeprobe angebrachten Vorsprungs relativ zu den Auflagestellen der Biegeprobe in der Lastangriffslinie ermittelt. Zum Angreifen der Abstandsänderung sind die beiden zylindrischen Körper mit einem Stab verbunden, an dem ein Stift im wesentlichen unterhalb der Kraftauflagefläche angeordnet ist. Der Abstand wird von einem elektronischen Wegaufnehmer ermittelt, der mit einem Ende in Kontakt mit dem aus der Biegeprobe vorstehenden Vorsprung und mit dem anderen an dem Stift befestigt ist. Nachteilig an dieser Meßvorrichtung ist wieder, daß der Wegaufnehmer die zurückgelegte Wegstrecke relativ zu dem Stab mißt, so daß Deformationen der Biegeprobe an ihren Auflagestellen ebenfalls als Durchbiegung gemessen werden.

Eine weitere Meßvorrichtung ist aus G 82 32 583.9 bekannt geworden. Die zu vermessende Biegeprobe stützt sich auf zwei zylindrischen Körpern ab. Die Druckkraft wird in dem Bereich zwischen den Auflagestellen von der den Auflagestellen gegenüberliegenden Seite auf die Biegeprobe aufgebracht. Um eine Verformung der Biege-

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an ihren Auflagestellen zu verhindern, liegt die Biegeprobe über gehärtete Lager auf den zylindrischen Körpern auf. In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, daß Deformationen an der Probe im Bereich der Auflageflächen beobachtet werden und zwar auch bei der Verwendung von großen gehärteten Lagern. Eine solche Deformation im Bereich der Auflageflächen führt zu einer Verfälschung der Meßergebnisse, da es sich bei der durch diese Verformung zurückgelegten Wegstrecke des Kontaktelements nicht um die zu messende Durchbiegung der Biegeprobe in der Lastangriffslinie handelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine oben genannte Meßvorrichtung so auszubilden, daß bei einfacher Montage und Justierung der Meßeinrichtung eine Durchbiegung unabhängig von Deformationen im Bereich der Auflagestellen gemessen werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 beschriebenen Merkmalen gelöst.

Für eine von Deformationen im Bereich der Auflagestellen unabhängige Messung, wird die Traverse als Bezugspunkt für die Messung mit ihren Enden jeweils auf einen aus der Biegeprobe vorstehenden Vorsprung gelegt. Mithin ist die Meßeinrichtung lediglich durch Auflage der Enden der Traverse an der Biegeprobe angebracht. Die Auflage bildet eine Meßbasis, die nicht auf die untere Probekante bezogen ist. Eine

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Verfälschung der Meßergebnisse durch eine deformierte Probekante, d. h. eine veränderte Meßbasis, ist im Vergleich zu den bekannten Meßvorrichtungen ausgeschlossen, da eventuell auftretende Deformationen im Bereich der Probenkante außerhalb der Meßbasis erfolgen.

In einer bevorzugten Weiterführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Kontaktelement stabförmig ausgebildet. Die stabförmige Ausbildung vereinfacht den Aufbau der Meßvorrichtung, die damit einen im wesentlichen kreuzförmigen Aufbau mit einem länglichen stabförmigen Kontaktelement erhält, das quer zu einer Traverse geführt ist.

Für eine einfache Befestigung der Traverse an der Biegeprobe weist die Traverse an ihren Enden nach außen weisende Aussparungen zur Aufnahme von aus der Biegeprobe vorstehenden Vorsprüngen auf. Für die erfindungsgemäße Vorrichtung wird also die Biegeprobe mit drei Vorsprüngen versehen. Von den Vorsprüngen dienen zwei als Auflage für die Traverse und einer zur Betätigung des Kontaktelements während des Durchbiegens. Mit anderen Worten, die Durchbiegung wird also in Bezug auf Punkte der Biegeprobe gemessen, die unabhängig von einer Deformation der aufliegenden Probekante während des Durchbiegens gewählt werden können.

In einer besonders vorteilhaften und gut handhabbaren Ausgestaltung der Vorrichtung weist die Traverse eine Bohrung und eine zylindrische Führung auf, die in der Boh-

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rung befestigt werden kann. Die Führung gestattet eine präzise Bewegung des Kontaktelements während es durch den aus der Biegeprobe vorstehenden Stift mitgenommen wird und die zurückgelegte Wegstrecke bei der Biegung einer Messung zugänglich macht.

Für einen einfachen Zusammenbau und eine einfache Justierung kann die Führung mit einer durch die Traverse in die Bohrung geführten Schraube in der Bohrung festgeklemmt werden. Die klemmende Befestigung der Führung in der Bohrung mittels einer Schraube gestattet es, die Führung leicht ein- und auszubauen und in der Bohrung auszurichten.

Um das Kontaktelement in Anlage mit dem aus der Biegeprobe vorstehenden Vorsprung zu halten, ist das Kontaktelement durch ein sich an der Führung abstützendes Federelement vorgespannt. Ist die Meßvorrichtung mit ihrer Traverse an der Biegevorrichtung befestigt, so liegt das Kontaktelement unter Vorspannung an dem aus der Biegeprobe vorstehenden Vorsprung an, wobei die Vorspannung durch eine Einstellung der Führung in der Traverse variierbar ist.

In einer bevorzugten Ausbildung weist der Kopf eine Anlagefläche für einen aus der Biegeprobe vorstehenden Stift auf. Die definierte Anlagefläche ermöglicht es, die Meßeinrichtung genau zu kalibrieren.

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ist ein erster Meßschneidenträger mit einer Meßschneide an der Führung und ein zweiter Meßschneidenträger an dem Kontaktelement befestigt, vorzugsweise mit einer Meßschneide, die zur Meßschneide des ersten Kontaktkopfes ausgerichtet ist. Bei einer Durchbiegung der Biegeprobe bleibt der erste Meßschneidenträger, der über die Führung mit der Traverse verbunden ist, in seiner Position relativ zu der durch die Traverse definierten Meßbasis. Der zweite Meßschneidenträger wird über das Kontaktelement relativ zu der Meßbasis bewegt. Die Abstandsänderung zwischen den beiden Meßschneidenträgern ist ein Maß für die Durchbiegung der Biegeprobe.

Zur besseren Einstellung ist der erste Meßschneidenträger über eine Schraube in der Höhe verstellbar an der Führung befestigt. Ebenso kann der zweite Meßschneidenträger über eine Schraube in der Position verstellbar an dem Kontaktelement befestigt sein.

Vorzugsweise sind die Traverse, die zylindrische Führung, der Bolzen und die Meßschneidenträger aus Leichtmetall hergestellt.

Zur gleichzeitigen Durchführung von Potentialmessungen sind die Aussparungen und das Kontaktelement im Bereich seiner Berührfläche mit den aus der Biegeprobe vorstehenden Elementen elektrisch isoliert, insbesondere durch Teflonschichten.

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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird anhand der einzigen Figur näher beschrieben. Die Figur zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung mit einer Biegeprobe und einem Prüfstand.

Die einzige Figur zeigt ausschnittsweise zwei Träger 1 und 2 auf denen jeweils eine zylindrische Rolle 3 und 4 aufliegt. Oberhalb den Rollen 3 und 4 befindet sich in der Rißfrontlinie ein Halter 5 für eine dritte Rolle 6. Über die Rolle 6 wird eine Druckkraft auf eine auf den Rollen 3,4 abgestützte Probe 7 aufgebracht.

Die Biegeprobe 7 ist seitlich mit drei Stiften 8, 9 und 10 versehen, die in passenden Bohrungen eingeführt sind. Die Stifte sind oberhalb der Rollen 3, 4 bzw. unterhalb der Rolle 6 in der Biegeprobe befestigt und stehen aus dieser vor.

Die eigentliche Meßvorrichtung besteht aus einer Traverse 11, die beispielsweise aus Leichtmetall hergestellt ist, und an ihren Enden Aussparungen 12, 13 aufweist. Die Aussparungen 12, 13 sind passgenau zu den Stiften 8 und 9 gefertigt. Die Aussparung ist mit Teflongleitstücken 13, 14 ausgekleidet, die die Aussparung und den umliegenden Bereich der Traverse gegenüber der Biegeprobe elektrisch isolieren. Durch die Traverse 11 hindurch ist eine vertikale, zylindrische Führung 17 mittels einer Schraube 16 verstellbar befestigt. An dieser Führung ist ein erster verstellbarer Meßschneidenträger 18 mit einer Schraube 19 befestigt. Auf dem ersten Meßschneidenträger 18 ist eine Meßschneide 20 mit Schrauben 21 und 22 befestigt.

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Damit kann die Meßvorrichtung auf den Abstand zwischen den Stiften 8 bzw. 9 und 10 in Richtung der Lastangriffslinie, der abhängig von der Probengröße ist, schnell und einfach eingestellt werden.

Abhängig von dem verwendeten Wegaufnehmer kann der Meßschneidenträger 18 auch in den Gewindebohrungen 23 und 24 befestigt sein. Durch die zylindrische Führung 17 ist ein passender Bolzen 25 als Kontaktelement geführt; am Ende des Bolzens 25 ist ein verstellbarer zweiter Meßschneidenträger 26 mit der Schraube 27 verstellbar befestigt. Auf diesem zweiten Meßschneidenträger 26 ist eine Meßschneide 28 mit Schrauben 29 und 30 befestigt. Je nach eingesetztem Wegaufnehmer kann die Meßschneide mit Schrauben auch in den Gewindebohrungen 31, 32 des Meßschneidenträgers befestigt sein.

Mittels der Schrauben 21, 22, 29, 30 können die Meßschneiden 20, 28 auf den Meßschneidenträgern auch in Alternativpositionen montiert werden, so daß die Meßschneiden 20, 28 gegen andere mechanische Komponenten ausgetauscht werden können, die besser geeignet sind, den jeweils verwendeten Meßchip aufzunehmen.

An dem dem Meßkopf gegenüberliegenden Ende des Bolzens befindet sich ein Kontaktkopf 33 aus Teflon, welcher mit der Schraube 34 (gestrichelt dargestellt) an dem Bolzen 25 befestigt ist. Zwischen dem Kontaktkopf 33 und der zylindrischen Führung

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17 ist eine Druckfeder 35 vorgespannt, die eine Anlage des Kontaktkopfs 33 an dem Stift 10 gewährleistet.

Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung an der Probe 7 mit Stiften 8, 9 und 10 angebracht. Durch die passgenaue Fertigung der Aussparungen 12 und 13 können die Stifte 8 und 9 unterschiedlich in gewünschten Abständen, welche gemäß Prüfvorschrift von den Probengrößen abhängen, auf der Probe 7 montiert werden, ohne daß ein Spiel auftritt. Es ist möglich, den Abstand 36 der Meßschneidenenden 20, 28 zu Beginn des Versuchs jeweils präzise auf den gleichen Abstandswert, z. B. 5 mm Ausgangsabstand, mit Hilfe der Schrauben 16, 19 und 27 einzustellen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung liegt mittels der Aussparung 12, 13 formschlüssig an den auf der Probe 7 befestigten Stiften 8 und 9 an. Hierbei bewirkt das Federelement 35 zusätzlich, daß kein Spiel auftritt.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Anforderungen für eine standardgerechte Prüfung erfüllt. Die Vorrichtung erlaubt eine einfache und schnelle Montage und Demontage. Das Justieren und Kalibrieren des Abstands 36 kann direkt an der Probe vorgenommen werden. Durch die elektrische Isolierung der Aussparungen 12, 13, der Kontaktfläche zur Probe 14, 15 sowie des Kontaktkopfs 33 ist sichergestellt, daß bei Verwendung der Potentialmethode, mit welcher üblicherweise das

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Rißwachstum gemessen wird, die Biegeprobe ungestört von einem Strom durchflossen wird.

Auch ist es möglich, um eine weitere Größe im Bruchmechanikversuch - die Rißöffnung - zu messen, zusätzliche, andere Meßeinrichtungen auf der Vorder- und Rückseite der Biegeprobe 7 gleichzeitig anzubringen.

Bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ist eine korrekte Fixierung zusätzlicher Wegaufnehmer an jeweils beiden Schenkeln möglich. Vorteilhafterweise kann der zweite Wegaufnehmer mit beiden Schenkeln fixiert werden, so daß er gegen ein Herausrutschen gesichert ist.

Auch ist bei starker Durchbiegung ausgeschlossen, daß ein Meßclip durch zu starkes Zusammenführen dessen Enden beschädigt wird, wie es bei herkömmlichen Meßvorrichtungen auftreten kann, da erfindungsgemäß mit zunehmender Durchbiegung die Meßschneidenhalter sich voneinander weg und nicht aufeinander zu bewegen. Bei starker Durchbiegung fällt der Wegaufnehmer ohne Beschädigung einfach heraus. Bei erwarteter starker oder sehr geringer Durchbiegung kann der Abstand 36 zwischen den Meßschneiden 20, 28 mit wenigen Handgriffen an einen anderen Wegaufnehmer mit geeignetem Meßbereich angepaßt werden. Ferner erweist sich die erfindungsgemäße Meßvorrichtung bei Versuchen mit niedrigen Prüftemperaturen als vorteilhaft, da diese unabhängig von den übrigen Elementen und schnell aufgebaut und

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justiert werden kann und lediglich über die Stifte 8, 9 und 10 an der Biegeprobe befestigt wird. Hierdurch wird eine Schrumpfung des Kontaktelements, die zu einer Verfälschung der Meßergebnisse führen kann, vermieden. Auch kann die Kalibrierung und Justierung bei Raumtemperatur erfolgen.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung der Durchbiegung an einer Biegeprobe (7), die eine längliche Traverse (11) und ein senkrecht zur Traverse angeordnetes Kontaktelement (25) aufweist, das zur Erfassung einer relativ zur Traverse zurückgelegten Wegstrecke an der Traverse in einer Führung (17) geführt ist und einen Kontaktkopf (33) zur Anlage eines aus der Biegeprobe vorstehenden Vorsprungs (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Traverse an ihren Enden Aussparungen (12, 13) aufweist, die jeweils zur Anlage an aus der Biegeprobe (7) vorstehende Vorsprünge (8, 9) ausgebildet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (25) stabförmig ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Traverse an ihren Enden nach außen weisende Aussparungen (12, 13) zur Aufnahme von aus der Biegeprobe vorstehenden Vorsprüngen (8, 9) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Traverse eine Bohrung und eine zylindrische Führung (17) für das Kontaktelement (25) aufweist, die in der Bohrung befestigbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (17) über eine durch die Traverse in die Bohrung geführte Schraube (16) in der Bohrung verstellbar und festklemmbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (25) zur Anlage gegen den aus der Biegeprobe vorstehenden Vorsprung (10) durch ein sich an der Führung (17) und den Kontaktkopf (33) abstützendes Federelement (35) vorgespannt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktkopf (33) mit einer Anlagefläche für einen aus der Biegeprobe vorstehenden Stift (10) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Meßschneidenträger (18) an der Führung (17) und ein zweiter Meßschneidenträger (26) an dem Kontaktelement (25) verstellbar befestigt sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Meßkopf (18) über eine Schraube (19) in der Position verstellbar an der zylindrischen Führung (17) befestigt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Meßschneidenträger (26) über eine Schraube (27) in der Position verstellbar an dem Kontaktelement (25) befestigt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Traverse, der Bolzen und die Meßschneidenträger aus Leichtmetall hergestellt sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (12, 13) die zur Seite der Probe (7) gerichteten Flächen (14, 15) und den Kontaktkopf (33) im Bereich der Berührflächen mit der Biegeprobe (7) sowie mit den vorstehenden Vorsprüngen (8, 9, 10) elektrisch isoliert sind.