-
Prof. Dr. Fritz Fischer
-
Prof. Dr. IÇarlheinz Schnitt-Thomas Dr. IIugo Ziegler 8000 IIünchen
und 8045 Ismaning Vorrichtung zum Prüfen von Werkstoffen auf ihre Eignung für eine
Verformung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen von Werkstoffen, insbesondere
von Feinblechen, auf ihre Eignung für eine Verformung mittels Ziehen, insbesondere
Tiefziehen, oder Stanzen unter Messung des Eindringweges in einen mit einer Druckkraft
in Eindringrichtung und mit einer senkrecht dazu gerichteten Zugkraft belasteten
Prüfling mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
-
Eine Vorrichtung dieser Art ist in ihrem prinzipiellen Aufbau in
der DT-PS 1 174 537 beschrieben, die außerdem auch das grundsätzliche Prüfverfahren
mit Messung des Eindringweges an einem gleichzeitig mit einer Druckkraft in Eindringrichtung
und einer dazu senkrecht gerichteten Zugkraft belasteten lVlaterialprüfling zum
Gegenstand hat.
-
Bei einer solchen Vorrichtung ist es zur Gewinnung zuverlässiger
und aussagekräftiger beergebnisse bzw. Eignungskriterien sehr wesentlich, daß die
am Prüfling anliegenden Preßflächen der Druckstempel dem Verlauf der Oberfläche
des Prüflings während dessen Belastung genau zu folgen vermögen und insbesondere
ein Verkanten dieser Preßflächen vermieden bleibt, das im Ergebnis zur Messung eines
theoretisch negativen Eindringweges für Teilbereiche des Prüflings führen könnte,
so daß sich insgesamt keine verwertbare Aussage über die interessierende Oberflächenstruktur
des Prüflings gewinnen läßt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
erwähnten Art so auszubilden, daß sie die oben angegebenen Forderungen zu erfüllen
vermag, wobei sie sich gleichzeitig durch einen einfachen und robusten Aufbau auszeichnen
soll.
-
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens
einer der beiden Druckstempel ein Axialgelenklager aufweist, über das die Druckkraft
auf den Prüfling zur Einwirkung kommt.
-
Dank der erfindungsgemäßen Ausbildung der Prüfvorrichtung vermögen
sich die Preßflächen ihrer Druckstempel dem Prüfling während dessen zunehmender
Belastung mit Druck- und Zugkräften im Verlaufe der Prüfung jeweils optimal anzupassen,
und ein die Meßaussage beeinträchtigendes Verkanten dieser Preßflächen unterbleibt
bzw. wird sofort automatisch kompensiert. Gleichzeitig wird die erfindungsgemäß
ausgebildete Prüfvorrichtung in ihrem Aufbau sehr einfach und robust und damit zum
einen kostengünstig in der Herstellung und zum anderen problemlos im Betrieb.
-
Die gelenkige Führung der Druckkraftübertragung ermöglicht eine vorteilhafte-Weiterbildung
der Erfindung in der Weise, daß die Preßflächen der Druckstempel an iustauschbaren
Anpreßkörpern an den Stirnseiten der Druckstempel ausgebildet werden. Dadurch lassen
sich diese Preßflächen rasch und bequem in Form und Größe sowie Materialauswahl
an den jeweils zu prüfenden Werkstoff und dessen Form anpassen. Dabei ist es weiter
zweckmäßig, den beweglichen Teil der Axialgelenklager und/oder die Anpreßkörper
im jeweiligen Druckstempel federnd zu halten, womit einerseits eine ausreichende
Bewegungsfreiheit für diese Bauteile sichergestellt ist, andererseits aber ein ungewplltes
Loslösen von den Druckstempeln vermieden bleibt.
-
Um im Verlaufe der Prüfung stets ein räumliches Bild für die Bewegung
der Preßflächen der beiden Druckstempel relativ zueinander und zum Prüfling gewinnen
zu können, empfiehlt es sich in Ausgestaltung der Erfindung, die Meßeinrichtung
zum Messen der Relativverschiebung der beiden Druckstempel mit mindestens drei räumlich
getrennt voneinander angesetzten
Meßtastern auszurüsten, wobei diese
Meßtaster sowohl innerhalb als auch außerhalb der Preßflächen angeordnet werden
können. In beiden Fällen ist es jedoch zweckmäßig, die Meßtaster unmittelbar an
den Anpreßkörpern der Druckstempel anzubringen. Brauchbare Meßtaster sind dabei
insbesondere induktive Wegaufnehmer mit relativ zu Magnetspulen verschiebbaren Tauchankern,
die eine berührungsfreie Messung der Eindringwege gestatten.
-
Zum Schutze der Meßorgane der Heßeinrichtung für den Eindringweg
gegen eine Beschädigung im Zuge der Bewegung des Prüflings ist es zweckmäßig, an
wenigstens einem der beiden Druckstempel eine Seitenführung für den Prüfling vorzusehen,
die in der Praxis als seitliche Begrenzung für den Verschiebungsweg des Prüflings
wirkt, ohne diesen im Normalfall zu berühren. Eine günstige Ausführungsform für
eine solche Seitenführung ergibt sich durch die Anordnung zweier Paare von Nadelrollenlagern
an der StirnseIte eines der beiden Druckstempel.
-
Ein zusätzlicher Meßwert für die Beurteilung des zu prüfenden Werkstoffes
läßt sich schließlich dadurch gewinnen, daß wenigstens einer der beiden Druckstempel
zusätzlich mit mindestens einem Temperaturmesser versehen wird, der eine Messung
der Prüflingstemperatur ermöglicht, aus der sich wiederum Rückschlüsse auf die Größe
und gegebenenfalls die Verteilung der zwischen Druckstempeln und Prüfling auftretenden
Beibungskräfte gewinnen lassen.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
für eine Prüfvorrichtung für Bleche veranschaulicht; dabei zeigen in der Zeichnung:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch die beiden Druckstempel der Vorrichtung mit dem
dazwischen eingefügten Prüfling und Fig. 2 einen Schnitt durch die Darstellung von
Fig. 1 entlang der Schnittlinie A - B in Fig. 1, von dem nur die eine Hälfte wiedergegeben
ist.
-
Die in der Zeichnung dargestellte Prüfvorrichtung besitzt zwei zueinander
koaxiale Druckstempel, zwischen die ein Prüfling eingeführt ist, der bei dem dargestellten
Beispiel die Form eines relativ schmalen, ebenen Blechstreifens 1 aufweist.
-
Dieser Blechstreifen 1 kann in der Prüfvorrichtung zwischen den beiden
Druckstempeln zum einen einer senkrecht zu seiner Ebene gerichteten Druckkraft von
einstellbarer Größe und zum anderen einer in seiner Ebene liegenden, also zur Druckrichtung
senkrechten Zugkraft unterworfen werden, wie dies in Eig. 1 durch entsprechend gerichtete
und bezeichnete Pfeile angedeutet ist.
-
Von den beiden in Fig. 1 dargestellten Druckstempeln der Prüfvorrichtung
weist der eine einen feststehenden Führungszylinder 4 auf, in dem ein Anpreßkolben
2 axial verschiebbar, aber gegen Verdrehen mittels einer Paßfeder gesichert geführt
ist, der zur Übertragung der Druckkraft auf den Blechstreifen 1 dient. Diese Druckkraft
wird in einem Hydraulik zylinder 9 erzeugt und mittels eines Gleitkolbens 10 auf
den Anpreßkolben 2 im Führungszylinder 4 übertragen. Eine zwischen den Gleitkolben
10 und den Anpreßkolben 2 eingefügte Kraftmeßdose 11 ermöglicht die Messung dieser
Druckkraft, die bei dem dargestellten Beispiel bis zu einem Maximalwert von 2 000
kp gesteigert werden kann.
-
Der zweite Druckstempel der in Fig. 1 dargestellten Prüfvorrichtung
ist in Form eines Auinahmekopfes 5 ausgebildet, der mit dem Eührungszylinder 4 über
Vorspannschrauben 8 verschraubt ist, mit deren Hilfe auf den Blechstreifen 1 ein
einstellbarer Vorspanndruck ausgetibt-werden kann, der ein sicheres Aufliegen des
Blechstreifens 1 zwischen den Druckstempeln gewährleistet.
-
In unmittelbarer Anlage am Blechstreifen 1 stehen zwei Anpreßkörper
6 und 13, die jeweils mit einer quadratischen Preßfläche von gleicher Größe auf
entgegengesetzten Seiten auf den Blechstreifen 1 einwirken.
-
Die Preßflächen dieser Anpreßkörper 6 und 13 bilden also die wirksamen
Stirnseiten der beiden Druckstempel und sind in Form, Größe, Materialauswahl
und
Oberflächenausbildung dem jeweiligen Prüfling bzw. dem zu prüfenden Werkstoff angepaßt.
Je nach dem vorliegenden Falle kann also mit zweckentsprechend ausgeführten Anpreßkörpern
6 und 13 gearbeitet werden.
-
Der Anpreßkörper 6 sitzt in einer Ausnehmung des Aufnahmekopfes 5,
wobei er durch Paßstifte fixiert und mittels Schrauben 7 gehalten wird.
-
Der Anpreßkörper 13 ist am Anpreßkolben 2 über ein Axialgelenklager
12 gelagert, das ihm Kippbewegungen mit zwei Freiheitsgraden ermöglicht, so daß
seine Preßfläche der Oberfläche des Blechstreifens 1 zu folgen vermag und ein Verkanten
vermieden bleibt. Im Anpreßkolben 2 sind der bewegliche Teil des Axialgelenklagers
12 und der Anpreßkörper 13 über eine Zugfeder 14 federnd gehalten.
-
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist also nur
die Preßfläche des einen Druckstempels gelenkig gelagert, während die Preßfläche
des anderen Druckstempels starr gehalten wird. Es bereitet jedoch kerne konstruktiven
Schwierigkeiten, auch im zweiten Druckstempel ein entsprechendes Gelenklager vorzusehen.
-
Die dargestellte Prüfvorrichtung besitzt weiter eine in der Zeichnung
nicht eigens gezeigte Zieheinrichtung, die in der durch den entsprechenden Pfeil
in Fig. 1 angedeuteten Ziehrichtung wirkt und auf den Blechstreifen 1 im Verlaufe
der Prüfung zunehmende Zugkräfte ausüben kann, deren Größe sich wiederum mit Hilfe
einer Kraftmeßdose messen läßt, wobei insbesondere die Größe der Zugkraft interesBiert,
die zur Einleitung einer Längsverschiebung des Blechstreifens 1 zwischen den mit
Druckkraft beaufschlagten Druckstempeln erforderlich ist.
-
Als Seitenführung für den Blechstreifen 1 sind am Anpreßkblben 2
vier NadelrolLenlager 3 angebracht, die paarweise zu beiden Seiten des Blechstreifens
1 in geringem Abstand von dessen Bändern angeordnet sind und ein seitliches Ausweichen
des Blechstreifens 1 begrenzen, so daß es nicht zu Beschädigungen von empfindlichen
Teilen beispielsweise von Meßeinrichtungen durch eine Berührung mit dem Blechstreifen
1 kommen kann.
-
Zum Messen des Eindringweges der Preßfläche des Anpreßkörpers 13
in den Blechstreifen 1 bzw. der Axialverschiebung der beiden Druckstempel relativ
zueinander sind drei induktive Meßtaster 15 vorgesehen, die jeweils mit einem gegenseitigen
Winkelabstand von 1200 rund um die Vorrichtungsachse verteilt angeordnet sind und
von denen sowohl in Fig. 1 als auch in Fig. 2 jeweils nur einer dargestellt ist.
Diese Meßtaster 15 sind jeweils als induktive Wegaufnehmer mit im Aufnahmekopf 5
liegenden Spulenende und im Anpreßkörper 13 angeordnetem Tauchanker ausgebildet,
und sie befinden sich außerhalb der durch die Nadelrollenlager 3 nach den Seiten
hin begrenzten Bewegungsbahn für den Blechstreifen 1.
-
Beim praktischen Betriebe der dargestellten Prüfvorrichtung wird
der Blechstreifen 1 zunächst zwischen die Preßflächen der Anpreßkörper 6 und 13
eingeführt und vorzugsweise durch Anziehen der Vorspannschrauben 8 unter Vorspanndruck
gesetzt. Anschließend wird der Anpreßkörper 17 vom Hydraulikzylinder 9 aus über
den Gleitkolben 10, die Kraftmeßdose 11, den Anpreßkolben 2 und das Axialgelenklager
12 mit Druckkraft senkrecht zur Ebene des Blechstreifens 1 beaufschlagt und mittels
der Meßtaster 15 der sich ergebende Eindringweg gemessen. Anschließend wird mit
Hilfe der Zieheinrichtung auf den Blechstreifen 1 eine Zugkraft in Ziehrichtung
mit bis zu einem Maximalwert von beispielsweise 1 500 kp ausgeübt und wiederum mit
Hilfe der Meßtaster 15 der sich ergebende Eindringweg gemessen. Als weitere markante
Meßgröße wird noch diejenige Zugkraft festgehalten, bei der die Verschiebung des
Blechstreifens 1 in Ziehrichtung zwischen den Druckstempeln beginnt, und weiterhin
kann mit Hilfe von in der Zeichnung nicht eigens dargestellten Temperaturfühlern
in einem oder in beiden Druckstempeln die Temperatur des Blechstreifens 1 bestimmt
werden. Alle diese Meßgrößen - Druckkraft, Zugkraft, Eindringweg und Prüflingstemperatur
- können mit Hilfe einfacher oder kombinierter Schreiber oder sonstiger Registriergeräte
fortlaufend festgehalten werden und liefern bei gemeinsamer Betrachtung ein zuverlässiges
Bild über das bei der vorgesehenen Verformung durch Ziehen oder Stanzen zu erwartende
Verhalten des untersuchten Werkstoffs.
-
- Patentansprüche -