DE3144379A1 - "verfahren zur durchfuehrung von rissuntersuchungen und pruefkoerper zur durchfuehrung des verfahrens" - Google Patents
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Description
31U379
Verfahren zur Durchführung von Rißunterachungen und Prüfkörper
zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von RiBuntasuchungen, insbesondere zur Messung von Rißlängen
und/oder zur Untersuchung des Rißfortschritts, bei Prüfkörpern, Materialproben oder Bauteilen, bei dem die Qberfläche
einer Meßstelle am Prüfkörper od. dgl. vorbehandelt und der Prüfkörper danach einer Belastung unterworfen wird,
wobei die Meßstelle mit einer Beleuchtungseinrichtung angestrahlt, mittels einer Aufnahmekamera erfaßt und auf einem
Bildschirm vergrößert abgebildet wird, sowie einen Prüfkörper zur Durchführung des Verfahrens.
Bei einem bekannten Verfahren zur Durchführung von Rißuntersuchungen
und bei einem hierfür geeigneten Prüfkörper wird die Oberfläche des Prüfkörpers an der erwarteten Rißstelle
hochglanzpoliert. Dies ist erforderlich, um Oberflächenrisse
am Prüfkörper mit einer Beleuchtungs~ und Aufnahmeeinrichtung
auf einem Bildschirm erkennbar zu machen und um sie anschließend auswerten zu können. Die Risse
können so fein sein, daß sie insbesondere bei entlasteter Rißstelle, beispielsweise mit bloßem Auge nicht mehr festzustellen
sind. Das Polieren des Prüfkörpers ist jedoch zeitaufwendig und teuer.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das bekannte Verfahren zu vereinfachen und einen Prüfkörper zu schaffen,
bei dem sich die Rißbildung und Rißausbreitung auf dem Bildschirm der Beobachtungs- und Meßeinrichtung besonders
gut erkennen bzw. in einer Auswerteeinrichtung gut erfassen läßt. Diese Aufgabe wird' durch die in den Patentan-Sprüchen
angegebenen Merkmale gelöst. Die Ansprüche enthalten auch Ausgestaltungen der Erfindung.
3H4379
Durch das Überziehen der vorbehandelten Meßstelle mit einer dünnen, durchsichtigen Lackschicht eines Lacks, der zusammen
mit dem Prüfkörper reißt, und durch das Anstrahlen der Meßstelle unter einem Winkel, bei dem sich im wesentlichen
Totalreflexion an der La^schicht ergibt, läßt sich eine besonders
klare und kontrastreiche Abbildung des Oberflächenrisses auf dem Bildschirm erzielen. Der Riß erscheint dabei
hell auf dunklem Untergrund. Durch die eindeutige Rißabbildung wird die Auswertung des Versuchs, insbesondere
die Messung der Rißlänge und die Untersuchung des Rißfortschritts erleichtert.
Der erzielte Kontrast ist weitgehend unabhängig von der Rißaufweitung. Wenn sich die Rißflanken bei Entlastung des
Probekörpers schließen, bleibt der Riß trotzdem deutlich sichtbar. Bei einem Prüfkörper od. dgl. zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Oberfläche der Meßstelle
vor dem Auftrag der dünnen Lackschicht geschliffen. Die ist weniger aufwendig als das Polieren der Meßstelle.
Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel in der
Zeichnung schematisch dargestellt und in der Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 Meßanordnung mit Prüfkörper, Beleuchtungseinrichtung und Aufnahmekamera (Seitenansicht)
Fig. 2 Querschnitt dirch einen angerissenen Prüfkörper
Fig. 3 Draufsicht auf eine angerissene CT-Probe
Die in Fig. 1 in Seitenansicht dargestellte Meßanordnung zeigt einen Prüfkörper (Probe] 1, der in nicht dargestellter
Weise z.B. in einer Vertikalprüfmaschine aufgenommen ist und z.B. dynamisch belastet werden kann. Die Belastung wirkt im
dargestellten Beispiel in der Papierebene bzw. parallel zur Papierebene und senkrecht zur dargestellten Mittellinie des
Prüfkörpers 1. Bei dem Prüfkörper handelt es sich um eine sogenannte CT-Probe (Compact-Tension-Probe) für Bruchmechanikuntersuchungen.
Es können jedoch auch andere Prüfkörperarten, Materialproben, Bauteile od. dgl. untersucht
werden.
Der Prüfkörper 1 weist an der zu prüfenden Oberfläche 2 eine dünne, durchsichtige Lackschicht 3 auf. An der Prüfmaschine
ist in geeigneter Weise eine Beleuchtungseinrichtung
1α 4 angeordnet, mit der eine Meßstelle 5 des Prüfkörpers 1 angestrahlt wird. Der Winkel oKzwischen der Oberfläche 2
des Prüfkörpers und der Achse der Beleuchtungseinrichtung 4), unter dem das Licht von der Beleuchtungseinrichtung auf
die Meßstelle 5 fällt, soll so gewählt werden, daß das ausgestrahlte Licht möglichst vollständig von der Lackschicht
zurückgeworfen wird. Als zweckmäßig hat sich ein Lichteinfallswinkel
ot. von etwa 2o° erwiesen. Die Lichteinfallsrichtung
in Bezug auf den zu erwartenden Riß legt man so fest, daß das Licht etwa qjer, d.h. im Winkel von etwa 9o ,
auf den Riß fällt. Dadurch ergibt sich eine besonders deutliche Rißabbildung. Der Lichteinfallswinkel oi- , die Lichteinfallsrichtung
sowie die Lichtstärke kann vom Bedienungspersonal so gewählt und optimiert werden, daß die Oberfläche
2 des Prüfkörpers 1 auf dem Bildschirm möglichst einheitlich dunkel und ein Riß möglichst hell erscheint.
Mit einer Aufnahmekamera B wird das Bild der Meßstelle 5
aufgenommen und zusammen mit einem auftretenden Riß vergrößert auf einen Bildschirm bzw. auf eine Auswerteeinrichtung
übertragen. Auf dem Bildschirm kann z.B. der Rißfortschritt beobachtet werden. Mit Hilfe einer Auswerteeinrichtung
können z.B. Rißlängenmessungen und weitere Untersuchungen vorgenommen werden. Die Winkelstellung der Aufnahmekamera
in Bezug auf die Prüfkörperoberfläche wird so gewählt, daß sich eine möglichst gute Rißabbildung ergibt.
Als zweckmäßig hat sich ein Winkel von etwa 4o zwischen
-B-
der Kameraachse und einer Senkrechten auf die Prüfköiperoberfläche
ergeben.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Prüfkörper mit einer Rißstelle [Schnitt A-B in Fig. 3). Der Prüfkörper 1
mit der Lackschicht 3 weist einen Riß 7 auf. Mit dem Prüfkörper ist auch die Lackschicht gerissen. Das von der Beleuchtungseinrichtung
kommende Licht ist durch Pfeile angedeutet. Das Licht, das auf die unversehrte Oberfläche
der Lackschicht auftrifft, wird praktisch vollständig reflektiert, so daß dieser Teil des Bildes auf dem Bildschirm
dunkel erscheint. In der gerissenen Zone der Lackschicht treten Reflexions- und Brechungseffekte auf, welche die
Rißflanken deutlich aufleuchten lassen. Durch die Totalreflexion auf der gesamten übrigen Meßstellenoberflache
ergibt sich eine helle und kontrastreiche Abbildung des Risses auf 'dunklem Hintergrund.
Fig. 3 zeigt in der Draufsicht einen Ausschnitt aus einer gekerbten und angerissenen Probe 1 (CT-Probe). Der Riß 7
an der Probe 1 ist in der gestrichelt angedeuteten Meßstelle 5 auf dem Bildschirm deutlich als weißer Strich erkennbar.
Vor dem Auftragen der Lackschicht wird die Probe zweckmäBigerweise
an der Meßstelle geschliffen. Eine Feinstbearbeitung [Hochglanzpolieren) ist nicht erforderlich. Die
Rauhtiefe der Oberfläche sollte nach dem Schleifen ca. 1o yum betragen.
Als Lack wird ein durchsichtiger, hochglänzender Kunststofflack verwendet. Bewährt hat sich z.B. ein Ein-Komponenten-Polyurethan-Lack
und ein Zweikomponenten-Lack. Die Sprödigkeit des Lacks muß an das Dehnungsverhalten des zu prüfenden
Materials angepaßt seil. Die Lackschicht soll zusammen mit dem Prüfkörper reißen. Der Lack darf weder zu
spröde noch zu zäh sein, da sonst eine einwandfreie Über-
tragung des Risses von der Probenoberfläche in die Lackschicht
nicht gewährleistet ist. Die Sprödigkeit des Lacks kann beispielsweise bei Einkomponentenlack durch Zusatz von
Weichmachern oder durch Tempern bei erhöhter Temperatur und bei Zweikomponentenlack durch entsprechende Dosierung
des Härters beeinflußt werden.
Die Lackschicht muß dick genug sein, um die Oberflächenrauhigkeit der Probenoberfläche abzudecken, so daß durch
die Oberfläche selbst möglichst keine störenden Brechungserscheinungen verursacht werden. Die Lackschicht darf jedoch
nicht zu dick sein, da sonst die Schicht möglicherweise nicht ganz reißt und somit falsche Meßergebnisse erzielt
werden. Als zweckmäßig hat sich eine Dicke der Lacfcschicht von einigen Hundertstel Millimetern erwiesen. Der
Lack wird hierzu mit einem weichen Pinsel entsprechend dünn aufgetragen.
Nach dem Trocknen bzw. Aushärten sollte die Lackschicht eine möglichst glatte und glänzende Oberfläche aufweisen, damit
das einfallende Licht gut reflektiert wird.
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Claims (5)
- : \ { - j "j ->■: ': 3H4379- /K- 5.113 DVerfahren zur Durchführung von Rißuntersuchungen und Prüfkörper zur Durchführung des VerfahrensPatentansprüche:Verfahren zur Durchführung von Rißuntersuchungen, insbesondere zur Messung von Rißlängen und/oder zur Untersuchung des Rißfortschritts, bei Prüfkörpern, Materialproben und Bauteilen, bei dem die Oberfläche einer Meßstelle am Prüfkörper od. dgl. vorbehandelt und der Prüfkörper danach einer Belastung unterworfen wird, wobei die Meßstelle mit einer Beleuchtungseinrichtung angestrahlt, mittels einer Aufnahmekamera erfaßt und auf einem Bildschirm vergrößert abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (2) der Meßstelle CS) nach einer mechanischen Bearbeitung mit einer dünnen Schicht (3) aus einem durchsichtigen, zusammen mit dem Prüfkörper (1) reißenden Lack überzogen wird und daß bei Belastung die Meßstelle (5) durch die Beleuchtungseinrichtung (4) unter einem Lichteinfallswinkel (oC) angestrahlt wird, bei dem sich im wesentlichen Totalreflexion an der Lackschicht (3) ergibt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß2q die Meßstelle (5) unter einem flachen Einfallswinkel (Oi-] (etwa 2o ) angestrahlt wird.
- 3. Prüfkörper, Materialprobe oder Bauteil für Rißuntersuchungen, bei dem die Oberfläche einer Meßstelle vorbehandelt ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (2) der Meßstelle (5) geschliffen und mit einer dünnen Schicht (3) aus einem durchsichtigen Lack überzogen ist, der zusammen mit dem Prüfkörper (1) reißt.
- 4. Prüfkörper od. dgl. nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Lackschicht (3) einige Hundertstel31U379Millimeter beträgt.
- 5. Prüfkörper od. dgl. nach Anspruch 3 ader 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Lack ein Kunststofflack verwendet ist.
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