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Die Erfindung betrifft ein Prüfgerät für Warmzugprüfungen umfassend einen Prüfraum, in dem eine Ofen erste Heizeinrichtung angeordnet ist und in dem eine Probenaufnahme ausgebildet ist, wobei ein Stempel vorgesehen ist, der in dem Prüfraum verfahrbar ist.
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Prüfgeräte der hier betrachteten Art finden in der Werkstoffprüfung Anwendung. Sie werden eingesetzt in der Forschung und Entwicklung und der Qualitätskontrolle. Zur Prüfung wird in dem Prüfgerät die jeweilige Probe eingespannt. Auf die Probe wird dann eine Kraft ausgeübt, bis die Probe zerstört ist oder es werden Kraft-Weg-Diagramme oder dergleichen aufgezeichnet und ausgewertet. Der Wert, zu dem die Probe der auf sie ausgeübten Kraft nicht mehr standgehalten hat, wird dabei dokumentiert. Ein Vergleich des Messwertes mit den vorgegebenen Qualitätsangaben gibt Aufschluss darüber, ob die Qualität der Probe ausreichend ist.
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Bei den hier betrachteten Prüfungen handelt es sich um Warmzugprüfungen. Dabei wird das zu prüfende Material in Form von stabförmigen, streifenförmigen oder plattenartigen Proben auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt und unter diesen Bedingungen dem Versuch unterzogen. Hierbei treten erhebliche Schwierigkeiten auf, um dem Temperaturgefälle in der Probe einen gleichmäßigen Verlauf zu geben. Eine in der gesamten Probe und im Werkzeug herrschende gleichmäßige Temperatur ist aber für die Aussagefähigkeit der ermittelten Messwerte von entscheidender Bedeutung.
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Die Prüfung von Proben, die aus Metallstreifen oder Metallplatten bestehen erfolgt, in dem ein Stempel auf die Probe einwirkt. Zur Durchführung dieser Prüfungen ist ein Warmzug bis 700°C der Anmelderin bekannt. Bei diesem sind zur Erwärmung der Probe und des Prüfraums ringsum im Gehäuse elektrische Heizpatronen angeordnet. Zwar erfüllt dieser grundsätzlich die Anforderungen; allerdings hat sich gezeigt, dass die Temperaturverteilung im Prüfraum inhomogen ist, was zu Ungenauigkeiten bei den Prüfergebnissen führt. Da die Proben flach sind und auch keinen bspw. zu stabförmigen Proben vergleichbar symmetrischen Querschnitt aufweisen, stellt sich bei diesen Prüfungen auch in den zu prüfenden Proben eine ungleichmäßige Wärmeverteilung ein, die das Ergebnis der Warmzugprüfungen negativ beeinflussen kann.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Prüfgerät für Warmzugprüfungen zu schaffen, das eine möglichst gleichmäßige Erwärmung sowohl der Probe als auch des Werkzeugs herbeiführt. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass eine zweite Heizeinrichtung vorgesehen ist, die in den Prüfraum verfahrbar ist.
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Mit der Erfindung ist ein Prüfgerät für Warmzugprüfungen geschaffen, das eine sehr gleichmäßige Erwärmung der Probe und ein homogenes Temperaturfeld in der Heizeinrichtung und im Werkzeug herbeiführt. Dies ist dadurch gewährleistet, dass neben den im Prüfraum ohnehin vorhandene Wärmequelle eine zusätzliche Heizeinrichtung vorgesehen ist, die die in dem Prüfraum positionierte Probe zusätzlich erwärmt. Dies wirkt sich bei den hier betrachteten streifenförmigen oder anders gestalteten, flächigen Proben vorteilhaft aus.
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Bevorzugt ist die Heizeinrichtung von einer Heizspirale gebildet. Durch die Ausbildung der Heizeinrichtung in Form einer Heizspirale lässt sich eine flächige Gestaltung der Heizeinrichtung erstellen, so dass dadurch die Erwärmung der ebenfalls flächigen Proben verbessert ist.
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In Weiterbildung der Erfindung umfasst die zweite Heizeinrichtung einen Flächeninduktor. Die Ausbildung der Heizeinrichtung als Flächeninduktor bietet sich insbesondere dann an, wenn auch im Prüfraum vorhandenen Wärmequellen von Induktionsspulen gebildet sind.
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In anderer Weiterbildung der Erfindung ist die Heizeinrichtung vertikal und horizontal verfahrbar. Hierdurch ist eine hohe Flexibilität bei der Probenbearbeitung bzw. Prüfung der Proben geschaffen. Zum einen bietet die vertikale Verfahrbarkeit der Heizeinrichtung die Möglichkeit, diese relativ nah an die zu untersuchende Probe heranzufahren, so dass eine sehr gute Erwärmung der Probe hervorgerufen ist. Zum anderen bietet die horizontale Verfahrbarkeit die Möglichkeit, die Heizeinrichtung aus dem Bestückungsbereich des Prüfgeräts seitlich herauszufahren, um so eine Behinderung beim Bestücken des Prüfgeräts mit Proben zu vermeiden.
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Vorteilhaft ist zwischen der ersten Heizeinrichtung und dem Stempel ein Ring angeordnet. Der Ring bewirkt eine sehr gleichmäßige Erhitzung des Stempels.
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Bevorzugt sind der Ringinduktor und der Flächeninduktor aktiv gekühlt. Durch die aktive Kühlung ist ein Durchschmelzen der Induktoren verhindert.
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Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigt:
- 1 den Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Prüfgerät für Warmzugprüfungen.
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Das als Ausführungsbeispiel gewählte Prüfgerät für Warmzugprüfungen besteht aus einem Gehäuse, welches von einem Gehäuseunterteil 1 und einem Gehäuseoberteil 2 gebildet ist. Das Gehäuse ist im Wesentlichen zylindrisch gestaltet. Es ist auf seiner dem Boden zugewandten Seite - Unterseite - offen ausgebildet. Auf seiner dem Boden abgewandten Seite - Oberseite - weist das Gehäuse einen Schwenkkopf 3 auf, der mit Hilfe eines Scharniers 4 an dem Oberteil 2 verschwenkbar ist und der in seinem Zentrum eine im Wesentlichen kreisförmige Öffnung 5 aufweist. Der Schwenkkopf 3 ist mit Hilfe eines - nicht dargestellten - Bajonettverschlusses mit dem Gehäuseoberteil 2 verriegelbar.
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Das erfindungsgemäße Prüfgerät umfasst einen Prüfraum 6, der in dem Gehäuse ausgebildet ist. In dem Prüfraum 6 ist ein Topf 7 angeordnet, der in seinem Boden mit einer Durchtrittsöffnung 8 versehen ist. Der Topf 7 steht auf der Unterseite des Gehäuseunterteils 1 auf, wobei zwischen dem Gehäuseunterteil 1 und dem Topf 7 eine ringförmige Isolierung 19 angeordnet ist. In dem Prüfraum 6 ist in dem Topf 7 eine Heizeinrichtung 9 angeordnet, die im Ausführungsbeispiel als Ringinduktor ausgeführt ist. In dem Topf 7 bzw. dem Prüfraum 6 ist ein Stempel 10 vorgesehen, der im Ausführungsbeispiel als Kugelwerkzeug ausgebildet ist. Andere Formen für den Stempel 10 sind je nach Bedarf ebenfalls möglich. Der Stempel 10 liegt ohne weitere Befestigung auf dem Boden des Topfes 7 auf.
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Unterhalb des Stempels 10 ist ein Stößel 11 vorgesehen, der hydraulisch betrieben ist. Der hydraulische Antrieb des Stößels 11 ermöglicht eine vertikale Bewegung, durch die der Stempel 10 in dem Topf 7 vertikal verfahrbar ist. Der Stößel 11 ist von einer Verlängerung 20 umgeben, die ebenfalls vertikal verfahrbar ist und über eine Hydraulik betätigt wird. Mit Hilfe der Verlängerung ist der Topf 7 vertikal verfahrbar. Ersichtlich sind sowohl der Stößel 11 als auch die Verlängerung 20 beabstandet zum Topf 7 bzw. Stempel 10 positioniert, wodurch die Bauteile vor dem Prüfvorgang thermisch voneinander getrennt sind, um ein Überhitzen des hydraulischen Antriebs zu vermeiden. Lediglich zum Verfahren des Topfes 7 bzw. Stempels 10 tritt die Verlängerung 20 bzw. der Stößel 11 mit dem Topf 7 bzw. dem Stempel 10 in Kontakt. Der Stößel 11 und die Verlängerung 20 verfügen über getrennte Hydrauliköl-Kreisläufe.
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Der Topf 7 nimmt an seiner Oberseite eine Blechhalteplatte 12 auf, die ohne weitere Befestigung im stirnseitigen Bereich des Topfes 7 aufliegt. Die Blechhalteplatte 12 weist in ihrem Zentrum einen Durchlass 13 auf, der im Ausführungsbeispiel einen kreisförmigen Querschnitt hat. Andere Querschnitte sind ebenfalls möglich. Die Blechhalteplatte 12 steht in Kontakt mit einer Matrize 14, die mit dem Schwenkkopf 2 verschraubt ist und die eine ringförmige Gestalt hat. Während eines Prüfvorgangs ist die jeweilige Probe, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, zwischen der Blechhalteplatte 12 und der Matrize 14 geklemmt gehalten; die Blechhalteplatte 12 und die Matrize 14 bilden die Probenaufnahme. Während der Prüfung wird zwischen Blechhalteplatte 12 und Matrize 14 auf die Probe eine hinreichend große Niederhaltekraft ausgeübt, um ein Einziehen der Probe während des Prüfvorgangs zu verhindern. Um die Dicke der jeweiligen Probe ausgleichen zu können, ist die Matrize 14 mit vertikalen Spiel an dem Schwenkkopf 2 angeschraubt.
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An dem erfindungsgemäßen Prüfgerät ist eine zweite Heizeinrichtung 15 vorgesehen. Die Heizeinrichtung 15 ist in den Prüfraum 6 verfahrbar. Hierzu ist die zweite Heizeinrichtung 15 an eine Pneumatikeinrichtung angeschlossen. Die zweite Heizeinrichtung 15 umfasst einen Flächeninduktor 16, der horizontal gewendelt an dem dem Stempel 10 zugewandten Ende der zweiten Heizeinrichtung 15 vorgesehen ist. Der Flächeninduktor 16 ist im Ausführungsbeispiel nach Art einer Induktionsspule ausgebildet.
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Die zweite Heizeinrichtung 15 ist mit einem zylindrischen Rohr 17 versehen, welches in eingefahrenem Zustand die Öffnung 5 im Schwenkkopf 3 sowie die Öffnung in der Matrize 14 durchsetzt. In seiner in dem Prüfraum 6 eingefahrenen Endstellung befindet sich das dem Boden zugewandte Ende des Flächeninduktors 16 in dem Bereich, in dem die Blechhalteplatte 12 und die Matrize 14 aneinander liegen.
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Die zweite Heizeinrichtung 15 ist vertikal verfahrbar. Diese Verfahrbarkeit ist erforderlich, um die Heizeinrichtung 15 aus dem Prüfraum 6 sowie der Öffnung 5 im Schwenkkopf 3 herausfahren zu können, wodurch ein Aufschwenken des Schwenkkopfes 3 ermöglicht ist. Zudem ist die Heizeinrichtung 15 horizontal verfahrbar, um sie aus dem gesamten Schwenkbereich des Schwenkkopfes 3 zu entfernen und auf diese Weise die Bestückung des Prüfgeräts bzw. die Entnahme der Probe nach Durchführung des Prüfvorgangs zu erleichtern. Für die horizontale und vertikale Verfahrbarkeit der Heizeinrichtung 15 ist diese an einem Rahmen angeordnet, der über einen geeigneten pneumatischen bzw. elektropneumatischen Antrieb die Verfahrbarkeit ermöglicht.
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Zwischen der Heizeinrichtung 9 und dem Stempel 10 ist ein Ring 18 angeordnet, der den Stempel 10 umgibt. Der Ring 18 ist im Ausführungsbeispiel aus Kupfer hergestellt. Der Ring 18 dient zum gleichmäßigen Aufheizen des Stempels 10. Bei dieser Ausführung führt die Heizeinrichtung 9 sowohl zu einer Erwärmung des Topfes 7 als auch des Rings 18, wobei der Ring 18 eine sehr gleichmäßige Erhitzung des Stempels 10 bewirkt.
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Die Induktoren sind aktiv gekühlt. Bei beiden Induktoren 9 und 16 erfolgt dies durch eine Wasserkühlung. Hierzu sind die Induktionsspulen hohl ausgeführt. Durch die so ausgebildeten Kanäle wird das Kühlwasser geleitet. Durch die Kühlung ist ein Durchschmelzen der Induktoren verhindert. Zudem können auch der Schwenkkopf 3 sowie das Gehäuseunterteil 1 und das Gehäuseoberteil 2 wassergekühlt ausgebildet sein. In diesem Fall sind der Schwenkkopf 3 sowie das Gehäuseunterteil 1 und das Gehäuseoberteil 2 mit das Kühlwasser führenden Kanälen versehen. Neben den Induktoren können auch die an das Prüfgerät angeschlossenen Umrichter und zum Einsatz kommende Anpasstransformatoren wassergekühlt sein. Andere Arten der Kühlung sind ebenfalls möglich.
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Bei der Benutzung des erfindungsgemäßen Prüfgeräts für Warmzugprüfungen ist im Ausgangszustand der Schwenkkopf 3 geöffnet und die Heizeinrichtung 15 vertikal und horizontal vom Gehäuseunterteil 1 bzw. dem aufgeschwenkten Schwenkkopf 3 entfernt positioniert. In dieser Ausgangssituation erfolgt einerseits die Auswahl des Werkzeugsatzes, bestehend aus Matrize 14, Blechhalteplatte 12 und Stempel 10, der im Ausführungsbeispiel als Kugelwerkzeug ausgebildet ist. Der Stempel 10 wird in einfacher Weise auf den Boden des Topfes 7 aufgelegt. Sodann wird die Blechhalteplatte 12 auf dem Topf 7 positioniert.
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Der Prüfraum 6 wird dann vorgewärmt. Hierzu wird der Schwenkkopf 3 verschwenkt, wodurch das Gehäuse verschlossen wird. Der Schwenkkopf 3 wird dann mit dem Gehäuseoberteil 2 verriegelt.
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Im Anschluss an die Verriegelung des Schwenkkopfes 3 wird die Heizeinrichtung 15 zunächst horizontal in dem Rahmen verfahren, bis die Heizeinrichtung 15 oberhalb der Öffnung 5 positioniert ist. Sodann wird die Heizeinrichtung 15 vertikal durch die Öffnung 5 in den Prüfraum 6 verfahren, bis das bodenseitige Ende des Flächeninduktors 16 in unmittelbarer Nähe zum Stempel 10 positioniert ist. In dieser Position durchsetzt die Heizeinrichtung 15 die Öffnung 5 vollständig Der Flächeninduktor 16 ist in dieser Position benachbart zum Stempel 10 positioniert. Sodann wird der Ringinduktor 9 ebenso eingeschaltet wie der Flächeninduktor 16, wodurch eine Erwärmung des Stempels 10, der Blechhalteplatte 12, der Matrize 14 und des Kupferrings 18 erfolgt. Die exakte Wärmeverteilung im Prüfraum 6 wird über Temperaturmessgeräte 21, die vorzugsweise berührungslos messen, genau bestimmt. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Messgeräten um Pyrometer. Ersichtlich sind im Ausführungsbeispiel drei Temperaturmessgeräte 21 vorgesehen, die die Temperatur der Blechhalteplatte 12, der Matrize 14 und des Stempels 10 messen. Darüber hinaus sind Messinstrumente vorgesehen, die eine genaue Überwachung des Verfahrweges des Stempels 10 vornehmen.
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Sobald im Prüfraum 6 die gewünschte Temperatur herrscht bzw. die darin angeordneten Komponenten die gewünschte Temperatur angenommen haben, werden der Ringinduktor 9 und der Flächeninduktor 16 abgeschaltet. Die Heizeinrichtung 15 wird vertikal durch die Öffnung 5 aus dem Prüfraum 6 verfahren. Sodann wird der Schwenkkopf 3 geöffnet und um das Scharnier 4 verschwenkt, wodurch auch die Matrize 14 verschwenkt wird. Es wird dann die zu untersuchende Probe auf die Blechhalteplatte 12 aufgelegt. Das Auflegen erfolgt derart, dass der Durchlass 13 von der Probe überdeckt ist.
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Im Anschluss an die Positionierung der Probe wird der Schwenkkopf 3 verschwenkt und verriegelt, so dass das Gehäuse verschlossen ist. In dieser Position liegt die Matrize 14 auf der Probe auf, die wiederum auf der Blechhalteplatte 12 aufliegt. Durch die unter Spiel montierte Matrize 14 kann in einfacher Weise ein Ausgleich der Probendicke in vertikaler Richtung erfolgen.
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Die Heizeinrichtung 15 wird dann wieder oberhalb der Öffnung 5 positioniert und im Anschluss vertikal durch die Öffnung 5 in den Prüfraum 6 verfahren, bis das bodenseitige Ende des Flächeninduktors 16 in unmittelbarer Nähe zur Probe positioniert ist. Sodann werden der Ringinduktor 9 und der Flächeninduktor 16 eingeschaltet, wodurch eine Erwärmung der Probe, der Blechhalteplatte 12, der Matrize 14 und des Kupferrings 18 erfolgt. Die Temperatur im Prüfraum 6 sowie der Probe wird währenddessen mit Hilfe der Temperaturmessgeräte 21 gemessen.
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Sobald die Probe die für den jeweiligen Versuch vorgesehene Temperatur hat, werden der Ringinduktor 9 und der Flächeninduktor 16 abgeschaltet und der Flächeninduktor 16 vertikal in der Öffnung 5 nach oben verfahren. Im Anschluss wird über die mit den Prüfgeräten in Verbindung stehende Elektronik die Verlängerung 20 vertikal nach oben verfahren, wodurch der Topf 7 mit allen Komponenten ebenfalls nach oben bewegt wird. Dadurch wird die Probe fest zwischen Blechhalteplatte 12 und Matrize 14 geklemmt. Im Anschluss wird der Stößel 11 in vertikale Bewegung versetzt, wodurch der Stempel 10 ebenfalls in vertikaler Richtung verfährt. Der Stempel 10 kommt nach einer kurzen Verfahrstrecke mit der Probe in Kontakt. Bei einer weiteren vertikalen Bewegung des Stempels 10 erfolgt eine Deformation der Probe. Die Verformung wird dabei überwacht; die ermittelten Werte werden an eine kalibrierte Elektronik weitergeleitet. Nach Erreichen des maximalen Verfahrenweges bzw. der maximal gewünschten Deformierung wird der Stößel 11 angehalten und ebenso wie die Verlängerung 20 vertikal in ihre Ausgangsposition zurück verfahren. Wenn die Heizeinrichtung 15 die Öffnung 5 vollständig verlassen hat, wird die Heizeinrichtung 15 horizontal verfahren, um in ihre Ausgangsposition zu gelangen. Im Anschluss daran wird der Schwenkkopf 12 3 vom Gehäuseoberteil 2 entriegelt und verschwenkt, so dass die auf der Blechhalteplatte 12 aufliegende Probe nach ausreichender Abkühlung entnommen werden kann.
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Mit der Erfindung ist ein Prüfgerät für Warmzugprüfungen geschaffen, welches eine sehr gleichmäßige Erwärmung der Probe sowie der im Prüfraum angeordneten Komponenten und so ein homogenes Temperaturfeld im Prüfraum 6 herbeiführt. Dies ist dadurch gewährleistet, dass die Probe einerseits durch den im Prüfraum 6 vorgesehenen Ringinduktor 9 temperiert wird, andererseits durch die oberhalb der Probe positionierte Heizeinrichtung 15. Der Ringinduktor 9 bewirkt dabei eine Erwärmung des Rings 18, der wiederum die Probe erwärmt. Gleichzeitig heizt der Ringinduktor 9 die Blechhalteplatte 12, die wiederum durch Wärmeübergang die Matrize 14 mit erwärmt. Durch die erfindungsgemäß ausgebildete Heizeinrichtung 15 mit dem Flächeninduktor 16 erfolgt einerseits eine Erwärmung der Matrize 14. Andererseits ist durch den Flächeninduktor 16 eine flächige Erwärmung im Kontaktbereich der Probe mit dem Stempel 10 geschaffen. Die gleichmäßige Erwärmung der Probe durch das erfindungsgemäße Prüfgerät führt zu wesentlich genaueren Messergebnissen als dies bei den aus dem Stand der Technik bekannten Prüfgeräten der Fall ist.
