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Einrichtung zur Prüfung der erastbar'x:it von ebenen Proben Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zum Prüfen der Belastbarkeit von ebenen Proben, insbesondere
von Blechen, bei der über die vier Enden der kreuzförmig geschnittenen Probe zwei
zueinander senkrecht gerichtete Prüfkräfte in der Ebene der Probe unabhängig voneinander
einleitbar sind, zu welchem Zweck die vier Enden jeweils in eine Einspanneinrichtung
einspannbar sind und von den jeweils einander gegenüberliegenden Einspanneinrichtungen
die eine mit einer Kraftmeßdose und die andere über Lenkerbleche mit einem servohydraulischen
Prüf zylinder verbunden ist.
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Außer Metallen in der Form von Blechen kommen als Werkstoffe für die
zu untersuchenden Proben insbesondere auch Faserverbund-Werkstoffe, beispielsweise
mit Kohlenstoffasern verstärkte nichtmetallische Werkstoffe in der Form von Platten,
in Betracht. Gegenstand der mit dieser Einrichtung vorzunehmenden Prüfung sind inbsbesondere
die RiBbildung und -fortschreitung im zentralen Bereich der Probe, in dem sich die
beiden Prüfkräfte überlagern.
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Bei bekannten Prüfeinrichtungen mit den eingangs genannten Merkmalen
sind die Prüfallinder und die Kraftmeßdosen in starren AbstZnden voneinander an
einem gemeinsamen Gestell befestigt (vgl. z.B.
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G. Jacoby, Werkstoff- und Bauteilprütung sowie Betriebslastensimulation,
1981, Seite 47 bis 54). Wie mit der Fig. 6 veranschaulicht werden soll, ist die
in Form eines Kreuzes geschnittene ebene Probe 60 in unbelasteten Zustand so orientiert,
daß die Kreuzarme jeweils in die Richtung einer Verbindungslinie zwischen dem Ort
61x bzw. 61y der Einleitung einer Prüfkraft 6Fx bzw. 6Fy durch einen Prüf zylinder
und dem Ort 62x bzw. 62y der Aufnahme dieser Prüfkraft durch eine Kraftmeßdose weisen.
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Bei Belastung der Probe auf Zng durch die Prüfkräfte bFx und 6Ey ändern
sich die Geometrie und die Lage der Probe; die Arme werden
um die
Strecken # x bzw. #y verlängert, und der Mittelpunkt der Probe wird in der Richtung
der Resultierenden der beiden Prtfkräfte verschoben. Diese Änderungen sind, da die
Lage der örter 61x, 61y, 62x und 62y unveränderbar ist, nur möglich, weil die Lenkerbleche
63x und 63y bzw. 64x und 5dy, ker die 4 der bekannten Prüfeinrichtung die Prüfkräfte
auf die bzw. von den Armen der Probe 60 übertragen werden, eine entsprechende Formänderung
zulassen.
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Zufolge der Formänderung der Lenkerbleche ändern sich aber offensich
sich auch GröSe crsd Richtung der auf die Probe einwirkenden Kräfte; insbesondere
treten als Formänderungskräfte senkrecht zur Richtung der Prüfkräfte 6Fx bzw. 6Fy
gerichtete, unerwünschte Kraftkomponenten auf. Um den Einfluß dieser störenden Kraftkomponenten
klein zu halten, sind bei der bekannten PrüfeinricItung unter anderem die Benkerbleche
von möglichst geringer Steifigkeit. Die Lenkerbleche 61x, 61y, 62x und 62y können
daher keine Druckkräfte in Richtung der Arme der Probe 60 aufnehmen, und die bekannte
Prüfeinrichtung ist somit nur für die Prüfung mit Zugbelastung bzw. mit einer Wechselbelastung,
die sich auf die Grenzzustände Zugbelastung und Entlastung beschränkt, geeignet.
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Für die Beurteilung der Schwingfestigkeitseigenschaften mehrachsig
beanspruchter Bauteile wird eine Prüfeinrichtung benötigt, bei der die Probe mit
Wecnselkräften belastet werden kann, in deren Verlauf nicht nur Zug-, sondern auch
Druckkräfte auftreten. Die Erfindung geht daher von der Aufgabe aus, bei einer Prüfeinrichtung
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 eine Belastung der ebenen Pro auf Druck
zu ermöglichen.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Lenkerbleche
für die Einleitung der Prüfkräfte zug- und druckfest in der Richtung der jeweiligen
Prüfkraft gestaltet sind und daß jede der beiden Kraftmeßdosen fest mit einem der
jeweiligen Prüfkraft zugeordneten Bett verbunden ist, von denen das eine ortsfest
und das andere in einer zu der Ebene der Probe parallelen Ebene
verschiebbar
ist. Das Zusammenwirken der in dieser Lösung verelnten Merkmale ermöglicht nicht
nur die Belastung der ebenen Probe auf Drack, sondern ist darüber hinaus mit dem
weiteren, wesentlichen Vorteil verbunden, daß bei der Belastung der Probe Größe
und Richtung der in ihr wirksamen Prkfkräfte nicht vnrändert werden, insbesondere
keine senkrecht zu den Richtungen der Prüfkräfte gerichteten: störenden Kraftkomp
onenten auftreten.
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Wie die Fig. 7, mit der diese Eigenschaften veranschaulicht werden
sollen, zeigt, werden bei einer Belastung der Probe 70 auf Zug durch die Prüfkräfte
7Fx und 7Fy die Lagen der Rreuz3rme in Bezug auf die Orter 71x, 72x bzw. 77p, 72y
für die Einleitung bzw. für die Aufnahme der Prürkräfte nicht geändert. Die Prüfkraft
7Fx, die am Ort 72 von der fest mit dem ortsfesten Bett verbundenen Kraftmeßdose
aufgenommen wird, bewirkt eine Verlängerung des betreffenden Kreuzarmes um die Strecke
Ax. Das in einer zur Ebene der Probe parallelen Ebene verschiebbare Bett wird dabei
von der Probe 70 mitgenommen. Die am Ort 72y vor£ der fest mit dem verschiebbaren
Bett verbundenen Kraftmeßdose aufgenommene Prüfkraft 7Fy bewirkte eine Verlängerung
des betreffenden Kreuzarmes um die Strecke #y, die sich symmetrisch zu dem anderen
Kreuz arm auf die beiden Anteile Ay/2 aufteilt. Die Lenkerbleche erfahren keine
Formänderung in der Richtung der Prüfkräfte. Bei einer Belastung der Probe 70 auf
Druck, wobei sich lediglich die Vorzeicnen der Prüfkräfte und der Längenänderungen
umkehren, ergibt sich sinngemäß das gleiche Bild.
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Das verschiebbare, entsprechend einer der beiden in Betracht kommenden
Richtungen X und Y für die Prsüfkräfte kurz als Y-Bett bezeichnete Bett wird zweckmäßig
über Lenkerbleche an dem ortsfesten, kurz als X-Bett bezeichneten, Bett aufgehängt.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, diese Aufgängung mittels eines Hilf sbettes
zu bewerkstelligen, wobei sich für die Verschiebbarkeit des Y-Bettes besonders günstige
Verhältnisse ergeben, wenn das Hilfsbett über in der X-Richtung biegbare Lenkerbleche
an dem X-Bett aufgehängt ist und das Y-Bett über in der Richtung biegbare Lenkerbleche
mit dem Hilfsbett verbunden ist.
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Gemäß einer, beispielsweise hinsichtlich ihrer statischen Eigenschaften,
besonders vorteilhaften Ausführung der Betten bestehen diese aus Rahmen in der Form
offener Kästen, von denen der eine den anderen unter einem Winkel von 900 durchsetzt.
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Um die benötigten Prüfkräfte auch mit Prüf zylindern kleinerer Leistung
erzeugen zu können, ist es besonders vorteilhaft: jeweils einen mit einem der Lenkerbleche
fur die Einleitung einer Prüfkraft verbundenen, an einem Ende des der betreffenden
Prüfkraft zugeordneten Bettes gelagerten, zur Biegerichtung des betreffenden Lenkerbleches
parallelen und in der die Richtung der Prüfkraft enthaltenden Ebene drehbaren Hebel
vorzusehen, mit dem eine an seinen freien Ende eingeleitete, von einem servohydraulischen
Prüf zylinder erzeugte Kraft als Prlikraft auf die mit dem betreffenden Lenkerblech
verbundene Einspanneinrichtung ausgeübt wird.
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Die tatsächlichen Werte der innerhalb der Probe wirkenden Prüfkräfte
werden besonders zutreffend und zuverlässig erfaßt, wenn S Kraftmeßdosen jeweils
in der Wirkungsrichtung der von ihnen zu erfassenden Kräfte angeordnet und jeweils
unmittelbar mit den ihnen zugeordneten Einspanneinrichtungen verbunden sind. Zur
Genauigkeit und Verbindlichkeit der so erhaltenen Meßergebnisse trägt es ferner
bei, wenn die Einspanneinrichtungen mit den ihnen jeweils zugeordneten Betten durch
Lenkerbleche verbunden sind, durch welche die Einspanneinrichtungen bei ihrer Verschiebung
parallel zu dem jeweils betreffenden Bett geführt werden. Hierdurch wird das Auftreten
von biegemomenten im Zuge der Belastung der Probe verhindert.
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Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Form eines Ausführungsbeispiels
anhand der nicht maßstäblichen, schematischen Figuren 1 bis 5 erläutert; von diesen
zeigen
die Fig. 1 eine Gesamtansicht der Prüfeinrichtung; die Fig.
2 die Ausfuhrung der Betten der Prüfeinrichtung als Rahmen; die Fig. 3 Schnitte
durch diese Betten und die mit ihnen zusammenhängenden Teile; die Fig. 4 eine kreuzförmig
geschnittene Probe; die Fig. 5 eine Ausbildung der Lager für die Hebel zur Ubertragung
der von einem servohydraulischen Prüfzylinder übertragenen Kraft als Prüfkraft.
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Die bereits abgehandelten Figuren 6 und 7 sollen die prinzipiellen
Unterschiede zwischen einer bekannten Prtifeinrichtung und der Prüfeinrichtung gemäß
der Erfindung veranschaulichen.
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Gemäß der Figur 1 ist ein aus den Platten 1 und 2, den Lagerkötzen
3 und 4 und den Holmen S und 6 bestehendes Bett 7 in Form eines in der Waagerechten
offenen Xastens über die Säulen 8 bis 11 mit den Fundamentschienen 12 und 13 ortsfest
verbunden. Dieses Bett möge zur Einleitung und zur Messung der Prüfkraft Fx in der
Richtung dienen.
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Das Bett 7 wird unter einem Winkel von 90° von dem Bett 14 durchsetzt,
welches die Form eines in der Senkrechten offene Kastens mit den Seitenteilen 15
und 16 und mit den Lagerklötzen 17 und 18 aufweist und in einer zur Ebene der Probe
19 parallelen Ebene innerhalb des das Bett 7 bildenden Rahmens verschiebbar ist.
Das Bett 14 dient zur Einleitung und zur Messung der Prüfkraft Fy in der Y-Richtung.
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Die Enden der kreuzförmig geschnittenen Probe 19 sind in die Einspanneinrichtungen
20 und 21 bzw. 2;2 und 23 eingespannt, die parallel zu der Ebene des Bettes, dem
sie jeweils zugeordnet sind, verschiebbar. e;tR ns win<nnnneinrichtunaen 20 und
21 sind dem Bett 7 und die Einspanneinrichtungen 22 und 23 sind dem Bett 14 zugeordnet.
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Die Einspanneinrichtung 21 iSt fSt mit der Kraftmeßdose 20 Eir die
Messung der Prüfkraft Fx und die Einspanneinrichtung 23 ist fest mit der Kraftmeßdose
25 für die Messung der Prüfkraft Fy verbunden. Die feste Verbindung der Einspanneinrichtungen
mit den Kraftmebdosen 24 bzw. 25 und die Anordnung der letzteren in der Wirkungsrichtung
der von ihnen zu erfassenden Kräfte Fx bzw. Fy gewährleisten, daß durch diese Kraftmeßdosen
die tatsächlich in der Probe 19 wirksamen Prüfkräfte erfaßt werden.
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Die Einspanneinrichtungen 2Q und 22 sind jeweils über ein zug- und
druckfest gestaltetes Lenkerblech 26 bzw, 27 mit dem Kopf eines Hebels 28 bzw. 29
verbunden.
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Der Hebel 28 ist mittels des Bolzens 30 im Lagerklotz 3 des ortsfesten
Bettes 7 parallel zur Biegerichtung des Lenkerbleches 26 und in einer zur Probe
19 senkrechten und die Richtung der Prüfkraft Fx enthaltenden Ebene drehbar gelagert.
Eine von dem servohydraulischen Prüfzylinder 33 erzeugte und mittels der Zuordnung
34 am freien Ende des Hebels 28 eingeleitete Kraft wird über das Lenkerblech 26
und die Einspanneinrichtung 20 als durch Hebelwirkung verstärkte Prüfkraft Fx in
die Probe 19 eingeleitet. Der Prüfzylinder 32 ist an einem als Widerlager dienenden,
parallel um Hebel 28 gerichteten Ausleger 36 befestigt, der seinerseits fest mit
dem Ende des ortsfesten Bettes 7 auf der Seite der Kraftmeßdose 24, insbesondere
mit dem Lagerklotz 4, verbunden ist.
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In entsprechender Weise ist der Hebel 29 mittels des Bolzens 31 im
Lagerklotz 17 des verschiebbaren Bettes 14 parallel zur Biegerichtung des Lenkerbleches
27 und in einer zur Probe 19 senkrechten und die Richtung der Prüfkraft Fy enthaltenden
Ebene drehbar gelagert. Eine vom servohydraulischen Prüfzylinder 33 erzeugte und
mittels der Zuordnung 35 am freien Ende des Hebels 29 eirgeleitete Kraft wird über
das Lenkerblech 27 und die Einspanneinrichtung 22 als durch Hebelwirkung verstärkte
Prüfkraft Fy in die Probe 19 eingeleitet. Der Prüfzylinder 33 ist an einem als Widerlager
dienenden,
parallel zum Hebel 29 gerichteten Ausleger.37 befestigt,
der seinerseits fest mit dem Ende des verschiebbaren Bettes 14 auf der Seite der
Kraftmeßdose 25, insbesondere mit dem Lagerklotz 18, verbunden ist.
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Die Figur 2 zeigt Einzelheiten der als Rahmen ausgeführten Betten
7 und 14 der Prüfeinrichtung. Gemäß Figur 2a sind bei dem ortsfesten Bett bzw..
Rahmen 7 mit den Lagerklötzen 3 und 4 und mit den Holmen 5 und 6 an die Stelle der
Platten 1 und 2 gemäß der Figur 1 die U-Profile 1a-c sowie 2a-c getreten, die zur
Versteifung des Rahmens beitragen und Zwischenräume für die anhand der Figur 3 zu
erläuternde Anbringung von Lenkerblechen lassen.
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Figur 2b zeigt den hier aus dem Rahmen 7 nach rechts herausgezogenen
verschiebbaren Rahmen 14 mit den Seitenteilen 15 und 16 und mit den Lagerklötzen
17 und 18. Der Rahmer. 14 f;Ethält vier Stege 38 bis. 41 zur Versteifung und zur
Befestigung von Lenkerblechen, wie ebenfalls anhand der Figur 3 erläutert wird Der
verschiebbare Rahmen 14 ist in anhand der Figur 3 zu erläuternder Weise mittels
des in der Figur 2c dargestellten Hilfsrahmens 42 an dem ortsfesten Rahmen 7 aufgehängt.
Der Hilfsrahmen 42 besteht aus den Stegen 43 bis 46 und den Seitenteilen 47 und
48.
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In der Figur 3 sind die beiden senkrecht durch die Betten der Prüfeinrichtung
gemäß der Figur 1 bzw. durch die Rahmen gemäß der Figur 2 in den die Richtungen
der Prüfkräfte Fx und Fy enthaltenden Ebenen geführten Schnitte Ix-IIx und Iy-IIy
gezeigt und zwar in Figur 3a der Schnitt Ix-IIx und in Figur 3b der Schnitt Iy-IIy.
in den Figuren 1 bis 3 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Soweit
in der Figur 3 enthaltene Bezugszeichen bei der Beschreibung dieser Figur nicht
auftreten, ist die Bedeutung der mit ihnen bezeichneten Teile den Beschreibungen
der Figuren 1 und 2 zu entnehmen. - In der Figur 3a sind die gemäß der Figur 2a
linken
Flansche der U-Profile Ib und 2b, der Steg 40 des Rahmens 14 (Figur 2b) und der
Steg 45 des Hilfsrahmens 42 (Figur 2c) sichtbar. In der Figur 3b sind der Seitenteil
16 des verschiebbaren ,»gens 14 und der Seitenteil 48 des Hilfsrahmens 42 sichtbar.
-Mit 301 bzw. 311 sind die Lager für die Bolzen 30 und 31 gemäß der Figur 1 bezeichnet.
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Aus der Figur 3a geht hervor, daß die Unterteile 20u und 21u der Einspanneinrichtungen
20 und 21, deren Oberteile mit 200 und 210 bezeichnet sind, über die Lenkerbleche
20a, 20b bzw. 21a, 21b mit dem Steg des U-Profiles 1b verbunden bzw. auf dem ortsfesten
Rahmen 7 (Figur 2a) ahgestützt sind. In entsprechender Weise sind gemäß Figur 3b
die Unterteile 22u und 23u der Einspanneinrichtungen 22 und 23 über die Lenkerbleche
22a, 22b bzw. 23a, 23b mit den Stegen 38 bis 41 des verschiebbaren Rahmens 14 (Figur
2b) verbunden bzw. auf diesem abgestützt. Durch diese Lenkerbleche, deren Biegerichtungen
jeweils mit den Richtungen der Prüfkräfte Fx bzw. Fy übereinximmen, ist gewährleistet,
daß die Einspanneinrichtungen bei der Belastung der Probe 19 parallel zu den Richtungen
der eingeleiteten Prüfkräfte bzw. zu den Betten 7 und 14 geführt werden und demnach
keine Biegemomente auf die Probe 19 ausüben.
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Die Figur 3a zeigt ferner, daß der Hilfsrahmen 42 (Figur 2c) über
die Lenkerbleche 47b und 48b, deren Biegerichtung parallel zur Richtung der Prüfkraft
Fx ist und über die er mit dem Steg des U-Profiles 2b verbunden ist, an dem ortsfesten
Rahmen 7 aufgehängt ist. Diesen Lenkerblechen entsprechen die weiteren Lenkerbleche
48a und 48c, die in der Figur 3b sichtbar sind, sowie Lenkerbleche 47a und 47c,
die bei der Darstellung gemäß Figur 3 verdeckt sind.
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Der verschiebbare Rahmen 14 ist gemäß den Figuren 3a und 3b über die
Lenkerbleche 43a bis 46a, durch die seine Stege 38 bis 41 jeweils mit den Stegen
43 bis 46 des Hilf srahmens 42 verbunden sind, auf dem letzteren abgestützt. Die
Biegerichtungen dieser Lenkerverlaufen
parallel' zur Richtung
der Prüfkravt Fy. Durch die Hintereinanderschaltung von Lenkerblechen, wie beispielsweise
48b und 45a, deren Biegerichtungen aufeinander senkrecht stehen, ergibt sich die
gewünschte Verschiebbarkeit des am Rahmen 7 aufgehängten Rahmens 14 in einer zur
Ebene der Probe 19 parallelen Ebene.
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Die Lager 301 und 311 für die Bolzen 30 und 31 der Hebel 28 und 29
unterliegen während des Prüfvorganges einer starken Belastung und Abnutzung. Figur
4 zeigt eine vorteilhafte Ausbildung dieser Lager, die deren spielfreie Einstel.lung
ermöglicht. Das in dem Lagerklotz 49 befindliche Lager 50 ist mit einer Lagerbuchse
51 versehen. Der Lagerklotz 49 weist einen einseitigen Schlitz 52 auf, der mittels
Klemmschrauben 53 verengbar ist. In den Schlitz 52 wird vor dem Anziehen der Schrauben
53 eine Platte 54 eingeführt, durch die die Verengbarkeit des Schlitzes 52 beim
Festziehen der Schrauben 53 begrenzt wird Die Platte 54 ist auf ein Heß zugeschliffen,
das die Einhaltung des gewünschten Lagerspieles beim Festziehen der Schrauben 53
gewährleistet.
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Figur 5 zeigt eine kreuzförmig zugeschnittene Probe in der Aufsicht
und mit Schnitt. Der Mittenbereich der Probe ist, wie der Schnitt gemäß Figur 5b
zeigt, durch beiderseitige Muldenbildung geschwächt, um sicherzustellen, daE, Belastungsfolgen
sich zuerst in dem intereSBierenden Bereich zeigen, in dem sich die Prufkräfte Fx
und Fy überlagern.