DE2603182C3 - Anordnung zum Prüfen mechanischer Eigenschaften von festen Kunststoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Prüfen mechanischer Eigenschaften von festen Kunststoffen durch Verbiegen eines Probestabes mittels eines Biegefingers, durch den der Probestab einer gleichbleibenden Auslenkung unterworfen ist, wobei die Größe der an der Auflagestelle wirksame Biegekraft mittels eines Kraftmeßgerätes feststellbar ist. In Grave: Elektrische Messung nichtelektrischer

so Größen (1962), Seite 292 ist eine Vorrichtung beschrieben und dargestellt, mittels derer kleine Flüssigkeitsdrücke gemessen werden können. Der Flüssigkeitsdruck wird in eine Kraft umgewandelt, welche auf das freie Ende eines einseitig eingespannten Hebels wirkt Die Auslenkung des Hebels ist ein Maß für den Flüssigkeitsdruck. Auf dem Hebel sind Dehnungsmeßstreifen angebracht, mittels derer die Durchbiegung und damit der Flüssigkeitsdruck gemessen werden können. Dehnungsmeßstreifen eignen sich jedoch nicht zur Messung

der Biegekraft bei Kunststoffen. Diese werden unter Spannung bleibend verformt, so daß bei gleichbleibender Auslenkung die Biegekraft abfällt, während die Dehnung bzw. Stauchung an der Ober- bzw. Unterseite des Stabes konstant bleibt Mit Hilfe der Dehnungsmeß streifen läßt sich somit die Kraftänderung nicht feststellen.

Kunststoffe verändern unter verschiedenen physikalischen und chemischen Einflüssen ihre mechanischen

Eigenschaften. Bleiben diese Einflüsse unterhalb gewisser Grenzwerte, so verlangsamen sich diese Veränderungen und werden erst nach einem längeren Zeitraum feststellbar.

Zum Nachweis der Alterung von Kunststoffen ist ein Biegeversuch bekanntgeworden (Kunststoffe, Band 60, 1970, Heft 11, Seite 8«9 bis 890), bei welchem ein einseitig eingespannter Ftachstab bis zum Bruch belastet wird, wobei die Belastung und der Biegewinkel registriert werden. Als Kiterien für die mechanischen Eigenschaften des Flachstabes werden die Steifigkeit und der Biegewinkei beim Bruch herangezogen. Es werden Flachstäbe untersucht, die zuvor über einen längeren Zeitraum bestimmten Witterungseinflüssen ausgesetzt waren und mit Flachstäben gleichen is Materials verglichen, die geringerer oder keiner Witterung ausgesetzt waren. Wenn es sich auch hierbei um einen langen Untersuchungszeitraum handelt, so findet jedoch der eigentliche Biegeversuch nach kurzer Zeit mit dem Bruch des Flachstabes sein Ende.

Um das Verhalten von Werkstoffen unter bleibender Belastung untersuchen zu können, ist es bekannt, sogenannte Zeitstandzugversuche durchzuführen, bei weichen die zeitliche Abnahme der Spannung bei gleichbleibender Dehnung ermittelt wird. Eine derartige Belastungsart kommt insbesondere bei Bauteilen der Feinmechanik häufig vor. Da die Festigkeitseigenschaften von Kunststoffen durch verschiedenste Parameter beeinflußt werden und die Belastungen in verschiedenen Stärken auftreten können, bedarf es einer großen Anzahl von Versuchen, um den zu verwendenden Werkstoff optimal auswählen zu können. Bei dem bekannten Zugversuch ist jedoch der apparative Aufwand insbesondere infolge der auftretenden hohen Kräfte sehr groß. Der Versuch kann unter Einwirkung bestimmter Medien auf den Probestab nur schwierig durchgeführt werden. Eine derartige Versuchsmethode eignet sich daher nicht für eine große Anzahl von Proben, die z. B. bei der Festlegung eines Werkstoffes und der entsprechenden Herstellungsbedingungen für *o ein neu entwickeltes Teil unter verschiedensten Beanspruchungen geprüft werden müssen. Dasselbe gilt für die laufende Überwachung von angeliefertem Rohmaterial in der Serienfertigung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Vermeidung der vorstehenden Nachteile den apparativen Aufwand zu verringern, sowie die Durchführung des Versuches und die Untersuchung des Probestabes zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Biegefinger oinem Aufnahmekörper für den Probestab bleibend zugeordnet und daß der Aufnahmekörper mechanisch von dem Kraftmeßgerät getrennt und in der Zeit zwischen zwei Messungen entfernbar ist.

Im Vergleich zum Zugversuch benötigt man dabei nur eine geringe Biegekraft und erhält eine relativ große Auslenkung, die gut dosierbar und meßbar ist. Infolge des geringen Kraftaufwandes kann mit einem kleinen Meßgerät gearbeitet werden. Der Probestab braucht nicht eingespannt, sondern lediglich auf eine Unterlage aufgelegt zu werden. Wird der Probestab so stark und so lange belastet, daß Risse auftreten, so bilden sich diese stets zuerst im Bereich des größten Biegemoments, so daß der zu beobachtende Abschnitt des Probestabes sehr klein ist Es kann beispielsweise ein Mikroskop fest auf diese Position eingestellt werden. Besonders vorteilhaft ist es, ein Kraftmeßgerät zu verwenden, welches hubfrei arbeitet. Das bedeutet, daß das Kraftmeßgerät einen Meßfühler aufweist, dessen relative Lage zu den anderen Teilen des Kraftmeßgerätes von der wirksamen Biegekraft unbeeinflußt ist. Der Meßfühler kann zumindest zeitweise als Biegeanschlag dienen. Da ein solches Kraftmeßgerät bei einer Änderung der Biegekraft nicht nachgestellt zu werden braucht, ist es besonders einfach, es mit einem kontinuierlich die Meßwerte aufzeichnenden Koordinatenschreiber zu koppeln.

Gemäß der Erfindung ist der Biegeanschlag von einem Biegefinger gebildet, welcher einem Aufnahmekörper für den Probestab bleibend zugeordnet ist. Dadurch kann man den Aufnahmekörper mit dem eingespannten Probestab in der Zeit zwischen zwei Messungen entfernen und an einem geeigneten Platz abstellen und das teure Kraftmeßgerät für andere Proben verwenden. Da der Aufnahmekörper sehr einfach und klein gestaltet werden kann, bleibt der wirtschaftliche Aufwand selbst bei einer großen Anzahl von Proben gering. In Anbetracht dessen kann auch der eingespannte Probestab während des Versuchs besonderen Umgebungseinflüssen ausgesetzt werden, die z. B. eine beschleunigte Änderung seiner mechanischen Eigenschaften bewirken. Besonders in vergleichenden Versuchen können auf diese Weise frühzeitig Erkenntnisse über die mechanischen Eigenschaften des Probestabes gewonnen werden. Besonders vorteilhaft ist es, den Probestab in eine Flüssigkeit zu tauchen, die den Abfall der Biegekraft beschleunigt Dadurch kann der Abfall der Biegekraft, der normalerweise über einen langen Zeitraum erfolgt, in kurzer Zeit nachgeahmt werden. Dadurch ist es möglich, in kurzer Zeit auch langfristige Prognosen über das Spannungsverhalten des Probestabes geben zu können.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Biegefinger aus seiner Funktionsstellung entfernbar, wodurch der Meßfühler beim Messen der Biegekraft an die Stelle des Biegefingers treten kann. Dabei kommt es zwar zu einer kurzzeitigen Rückfederung des Probestabes, die jedoch bei größerem Meßintervall vernachlässigbar ist. Will man jedoch diese geringe Beeinträchtigung des Prüfungsablaufes vermeiden, so empfiehlt sich eine Versuchsanordnung, bei der sowohl der Biegefinger als auch der Meßfühler auf der ds.m Probestab zugewandten Seite beim Messen der Biegekraft zumindest zeitweilig eine gemeinsame Biegekante bildend den Probestab berühren. Nach dem Aufsetzen des Meßfühlers wird der Biegeanschlag entlastet, so daß die volle Biegekraft auf den Meßfühler wirkt und von dem Meßgerät angezeigt wird. Die gemeinsame Biegekante ergibt sich z. B. dadurch, daß der Biegefinger Freimachungen für einen entsprechenden Teil des Meßfühlers aufweist, so daß dieser in der gleichen Berührungslinie durch den Biegefinger hirdurch den Probestab erreichen kann. Es ist aber auch möglich, daß der Biegefinger und der Meßfühler in der Längsrichtung des Probestabes Rücken an Rücken hintereinander liegen und sich gegenseitig zumindest an der Biegekante berühren. Ohne den Probestab auch nur kurzzeitig zu entlasten, kann der Meßfühler beim Messen der Biegekraft auf den Biegefinger z. B. über dessen Berührungsstelle mit dem Probestab aufgesetzt und der Biegefinger entlastet werden.

Gemäß einer weittion Ausgestaltung der Erfindung ist der Probestab freiragend ausgebildet und greift der Biegeanschlag an seinem freien Ende an. Bei einer solchen Anordnung ergibt sich das gleiche Biegemo-

ment wie bei einem Probestab, der an zwei Stellen abgestützt und zentral belastet ist. Das bedeutet, daß bei gleicher Biegekraft die Länge des Probestabes klein gehalten werden kann. Das Festlegen des Probestabes am Aufnahmekörper wird dadurch vereinfacht, daß der Probestab Bestandteil eines Probekörpers ist, welcher z. B. als ringartig geschlossener Flachrahmen ausgebildet ist, in dessen Innenraum der Probestab hineinragt. Der z. B. als Spritzgußteil ausgebildete Probekörper braucht somit lediglich lose auf den Aufnahmekörper aufgelegt zu werden und wird dann infolge der durch den Biegeanschlag bewirkten Haftreibung in seiner Lage gehalten. Außerdem wirken bei einer solchen Probenform im kritischen Abschnitt des höchsten Biegemomentes keine äußeren Kräfte auf den Probekörper ein, was besonders gut reproduzierbare Versuchsergebnisse ermöglicht. Dc Aufnahmekörper kann in seiner Form dem Probekörper angepaßt sein und wird damit nur unwesentlich größer als dieser. Die so erzielbaren geringen Abmessungen des Aufnahmekörpers ermöglichen einen geringen Aufwand bei der Lagerung der Teile in verschiedenen Medien und Atmosphären insbesondere, wenn sich der Versuch über einen langen Zeitraum erstreckt.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist der Biegefinger Teil eines Biegearmes, der sich an seiner dem Biegefinger abgewandten Seite am Aufnahmekörper abstützt, wobei die Abstützstelle außerhalb des Probekörpers liegen und der Biegearm über diesen hinweg auf den Probestab einwirken kann. Dabei ist es /we ';mäßig, den Biegefinger in seiner Funktionsstellung mittels eines verstellbaren Spannstückc-s zu halten, durch welches der Biegefinger in einfacher Weise auf verschiedene Auslenkungen des Probestabes eingestellt und jeweils zum Messen entlastet werden kann. Vorteilhaft ist es, das z. B. als Spannschraube ausgebildete Spannstück an dem Aufnahmekörper für den Probestab zu verankern, wodurch der Biegearm sicher in seiner Funktionsstellung gehalten wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Probekörper mit einem Probestab als Bestandteil in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 in Schnittdarstellung den Probekörper nach

Fig. I, einen Aufnahmekörper für den Probekörper, einen Biegearm mit einem Spannstück, sowie in schematischer Darstellung ein Mikroskop und ein Kraftmeßgerät zur Messung der Biegekraft.

In Fig. I ist ein Probekörper 1 dargestellt, der als ringartig geschlossener Flachrahmen ausgebildet ist. Bestandteil dieses Probekörpers I ist ein Probestab 2, der in den Innenraum des Flachrahmens frei hineinragt.

ίο Der Probekörper 1 ist z. B. als Spritzgußteil ausgebildet, welches an verschiedenen Seiten Anspritzstellen aufweisen kann, um reale Spritzverhältnisse möglichst genau nachahmen zu können.

Nach Fig. 2 ist der Probekörper 1 auf einen Aufnahmekörper 3 aufgelegt und der Probestab 2 an seinem freien Ende durch einen als Biegeanschlag dienenden Biegefinger 4 aus seiner Ausgangsstellung ausgelenkt. Der Biegefinger 4 ist Bestandteil eines Biegearmes 5, der durch eine am Aufnahmekörper 3 verankerte verstellbare Spannschraube 6 in seiner gewünschten Stellung gehalten wird. Der Biegearm 5 ist an seinem dem Biegefinger 4 abgewandten Ende außerhalb des Probekörpers 1 am Aufnahmekörper 3 abgestützt. Der Biegefinger 4 weist eine Freimachung auf, durch die hindurch ein Meßfühler 7 eines Kraftmeßgerätes 8 den Probestab 2 berührt. Der Biegefinger 4 und der Meßfühler 7 bilden in dieser Stellung auf der dem Probestab 2 zugewandten Seite eine gemeinsame Biegekante. Entlastet man nun den Biegeanschlag 4 durch Lösen der Spannschraube 6 oder durch geringfügiges Absenken des Meßfühlers 7, so wirkt die volle Biegekraft des Probestabes 2 auf den Meßfühler 7 und kann an der Anzeige 9 des hubfrei arbeitenden Kraftmeßgerätes 8 abgelesen und/oder kontinuierlich durch einen Koordinatenschi-eiber aufgezeichnet werden. Da der Aufnahmekörper 3 und das Kraftmeßgerät 8 mechanisch nicht miteinander verbunden sind, kann der Aufnahmekörper 3 mit dem eingespannten Probekörper 1 in der Zeit zwischen zwei Messungen entfernt und das Kraftmeßgerät 8 für andere Proben verwendet werden. Über dem unfreien Ende des Probestabes 2 ist ein Mikroskop 10 angeordnet, durch welches eventuell auftretende Spannungsrisse im Probestab 2 beobachtet werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (22)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Prüfen mechanischer Eigenschaften von festen Kunststoffen durch Verbiegen eines Probestabes mittels eines Biegefingers, durch den der Probestab einer gleichbleibenden Auslenkung unterworfen ist, wobei die GröBe der an der Auflagestelle wirksamen Biegekraft mittels eines Kraftmeßgerätes feststellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegefinger (4) einem Aufnahmekörper (3) für den Probestab (2) bleibend zugeordnet und daß der Aufnahmekörper (3) mechanisch von dem Kraftmeßgerät (8) getrennt und in der Zeit zwischen zwei Messungen entfernbar ist

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eingespannte Probestab (2) während des Versuchs besonderen Umgebungseinflüssen ausgesetzt ist, die eine beschleunigte Änderung seiner mechanischen Eigenschaften bewirken.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Probestab (2) in eine Flüssigkeit getaucht ist, die den Abfall der Biegekraft beschleunigt

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Probestab (2) in einer Klimakammer besonderen Licht-, Temperatur-, Feuchtigkeits- und/oder anderen klimatischen Bedingungen unterworfen ist

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegefinger (4) aus seiner Funkiionsstcilung entfernbar ist

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (7) leim Messen der Biegekraft an die Stelle des Biegefingers (4) tritt.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß beim Messen der Biegekraft sowohl der Biegefinger (4) als auch der Meßfühler (7) auf der dem Probestab (2) zugewandten Seite zumindest zeitweilig eine gemeinsame Biegekante bildend den Probestab (2) berühren.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegefinger (4) und/oder der Meßfühler (7) an der Biegekante Freimachungen für einen entsprechenden Teil des Meßfühlers (7) bzw. des Biegefingers (4) aufweisen.

9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegefinger (4) und der Meßfühler (7) in der Längsrichtung des Probestabes (2) hintereinander liegen und sich gegenseitig zumindest an der Biegekante berühren.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (7) beim Messen der Biegekraft auf den Biegefinger (4) aufgesetzt und dieser entlastet ist.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (7) über der Berührungsstelle des Biegefingers (4) am Probestab (2) aufgesetzt ist

12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Probestab (2) freiragend angeordnet ist und der Biegeanschlag (4,7) an seinem freien Ende angreift.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der freiragende Probestab (2) Bestandteil eines Probekftrpers (1) ist, welcher an

dem Aufnahmekörper (3) gehalten ist

14. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Probekörper (1) als ringartig geschlossener Flachrahmen ausgebildet ist, in dessen Innenraum der Probestab (2) hineinragt

15. Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Probekörper (1) als Spritzgußteil ausgebildet ist.

16. Anordnung nach einem der vorhergeLenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Probekörper (1) lose auf den Aufnahmekörper (3) aufgelegt und durch das Aufsetzen des Biegeanschlages (4,7) gehalten ist

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die am Aufnahmekörper (3) für die Auflage des Probekörpers (1) vorgesehene Fläche dessen Form angepaßt ist

18. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegefinger (4) Teil eines Biegearmes (5) ist, der sich an seiner dem Biegefinger (4) abgewandten Seite am Aufnahmekörper (3) abstützt

19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstütztstelle außerhalb des Probekörpers (1) liegt und der Biegearm (5) über diesen hinweg auf den Probestab (2) einwirkt.

20. Anordnung ^iach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegefinger (4) mittels eines verstellbaren Spannstückes (6) in seiner Funktionsstellung gehalten ist.

21. Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet daß das Spannstück (6) an dem Aufnahmekörper (3) für den Probestab (2) verankert ist

22. Anordnung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannstück als Spannschraube (6) ausgebildet ist.