DE3310666C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spannkopf für eine Werkstoffprüfmaschine zum Einspannen von Proben, mit einem Grundkörper, der seitlich mit zwei sich gegenüberliegenden Anlageflächen für zwei hydraulisch betätigte Kolben-Zylinder- Einheiten oder für ein einstellbares Gegenlager und eine hydraulisch betätigte Kolben-Zylinder-Einheit versehen ist, bei dem jede Kolben-Zylinder-Einheit bzw. das ggf. verwendeten Gegenlager einen Spannmittelkopf zur Aufnahme einer Spannbacke trägt.

Derartige Spannköpfe sind seit langem bekannt. In der deutschen Auslegeschrift 23 49 686 wird im Prinzip eine entsprechende Bauart beschrieben, die darüberhinaus mit einem Zentrierkolben versehen ist, der in Richtung der Lastaufgabe bei der Probenuntersuchung wirkt. Diese Bauform mit oder ohne Zenrierkolben hat sich im Prinzip bewährt. Es gibt jedoch bei deren Anwendung Grenzen, die nachfolgend genauer aufgezeigt werden.

Bei Werkstoffprüfmaschinen für große Probenquerschnitte hochfester Materialien werden Prüfkräfte bis 500 kN aufgebracht, wobei die Spannkräfte quer zur Prüfrichtung den doppelten Wert erreichen, also 1000 kN erreichen können. Zur Aufbringung derartiger Spannkräfte sind entweder sehr große Kolbenflächen erforderlich, oder es müssen extrem hohe Hydraulikdrücke bereitgestellt werden. Beide Erfordernisse sind bei einem Spannkopf unerwünscht. Eine sehr große Kolbenfläche führt dazu, daß der Mittelpunkt der direkt im Zentrum des Kolbens angeordneten Spannbacke relativ weit von der Fläche des Spannkopfes entfernt liegt, die dem anderen Spannkopf der Prüfmaschine zugewandt ist. Im Ergebnis wird es immer schwieriger, kurze Proben zu untersuchen, da aufgrund des genannten großen Abstandes erhebliche Mindestlängen für die Proben vorhanden sein müssen. Es stehen jedoch nicht immer Proben derartiger Längen zur Verfügung. Vielmehr ist aus Wirtschaftlichkeitsgründen in der Praxis ein Trend zu kurzen Proben festzustellen, die oftmals besonders leicht aus dem zu prüfenden Teil herausgearbeitet werden können.

Der hohe Hydraulikdruck ist aus Sicherheitsgründen unerwünscht, da eine beschädigte Leitung bei Drücken von 300 bar und mehr erhebliche Verletzungen verursachen kann. In der Praxis werden deshalb maximal Drücke von 300 bis 480 bar in Kauf genommen, bei denen immer noch erhebliche Kolbenflächen bereitgestellt werden müssen, um die notwendige Spannkraft von z. B. 1000 kN zu erzeugen. Mit Bezug auf das Ziel, sehr kurze Proben untersuchen zu können, sind die vorhandenen Spannköpfe immer noch nachteilig.

Es ist deshalb schon versucht worden, einen Spannkopf so abzuwandeln, daß die Probe nicht im Zentrum der Kolbenfläche gespannt wird, sondern in einem Abstand zur Mittelachse der Kolbenfläche (deutsche Auslegeschrift 20 28 030). Allerdings bedarf es dazu eines sehr hohen Fertigungsaufwandes. Es müssen vier Zylinderabschnitte sehr genau gefertigt werden, damit darin verschwenkbare Hilfsbacken exakt ausgerichtet werden können. Zur Einspannung einer Probe ist dann noch erforderlich, daß manuell eine Hilfsbackenpaar genau auf die Probenstärke ausgerichtet wird. Diese Art der Einspannung ist äußerst umständlich und vor allen Dingen für eine Automation sehr ungeeignet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Spannkopf gemäß der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem trotz hoher Spannkräfte bei einem üblichen hydraulischen Druck sehr kurze Proben untersucht werden können, ohne eine manuelle Paralleljustierung der Backen vornehmen zu müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß an jeder Kolben-Zylinder-Einheit der Spannmittelkopf exzentrisch zu ihrem Kolben angebracht ist.

Es ist das Verdienst der Erfindung, die Exzentrizität an einer Stelle vorgeschlagen zu haben, die aufgrund der hohen Drücke diesbezüglich als riskant gilt. Die Mittelachse jeder Spannbacke, die nach wie vor unmittelbar an dem Spannmittelkopf des Kolbens der Kolben-Zylinder- Einheit angebracht ist, liegt deutlich tiefer (bei dem oben liegenden Spannkopf einer Prüfmaschine) als die Mittelachse des die Spannkraft erzeugenden Kolbens, so daß das Spannen extrem kurzer Proben auch bei sehr hohen Prüflasten ohne Schwierigkeiten gelingt.

Bemerkenswert bei einem Spannkopf gemäß der Erfindung ist die Tatsache, daß trotz der Exzentrizität im Bereich höherer Lasten, die die eigentliche Beanspruchung des Spannkopfes darstellen, die Krafteinleitung der aus der Einspannung der Probe resultierenden Gegenkraft in die Spannbacke und über den Spannmittelkopf in den Kolben annähernd zentral erfolgt. Diese Verhältnisse hängen mit der Auffederung des Grundkörpers eines Spannkopfes zusammen, die wegen der schlitzartigen Ausgestaltung des Spannraumes nie ganz ausgeschlossen werden kann. Die Aufweitung führt dazu, daß der resultierende Kraftangriffspunkt zwischen den Spannbacken in Richtung des geschlossenen Teiles des Grundkörpers wandert, also aus der Mitte des Spannmittelkopfes und damit der Spannbacke heraus in dessen oberes Drittel. Etwa in dieser Region verläuft die Mittelachse des Kolbens der Kolben-Zylinder-Einheit, so daß bei einer Beanspruchung des Spannkopfes, in der auch eine meßbare Aufweitung eintritt, die sich im Gleichgewicht befindlichen Kräfte annähernd unter idealen Verhältnissen verlaufen. In dieser Weise ist eine Schonung der Kolben-Zylinder-Einheiten und damit eine lange Lebensdauer der Dichtungen vorhanden. Auch diese Vorteile tragen zu der universellen Verwendbarkeit des erfindungsgemäßen Spannkopfes bei.

Insbesondere für kleinere Proben fällt es bei Reihenuntersuchungen schwer, die Spannmitte des Spannkopfes ohne Meßeinrichtung od. dgl. aufzufinden. In der einen Richtung kann dadurch Abhilfe geschaffen werden, daß statt einer hydraulisch betätigten Kolben-Zylinder-Einheit ein mechanisches Gegenlager verwendet wird, das nach einer einmal gefundenen Grundeinstellung nicht mehr bewegt wird. In der anderen Richtung - es handelt sich um die Tiefe des Spannkopfes - schlägt die Erfindung in Weiterbildung die Anbringung eines Anschlages vor, der in einem Schlitz unterhalb der Höhlung für die Kolben-Zylinder-Einheiten bzw. das ggf. verwendete Gegenlager in unterschiedlichen Tiefenlagen einklemmbar ist. In Verbindung mit einem mechanisch einstellbaren Gegenlager ist bei geöffnetem Spannkopf für jede Probe infolge der Spannbacke an dem Gegenlager und infolge des Anschlages quasi eine Ecklage vorhanden, die jederzeit auch von ungeübten Personen aufgefunden werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in der Nähe der unteren Abschlußfläche des Spannkopfes ein von der Vorderseite zugängliches Einschubprofil zur Aufnahme unterschiedlicher Spannvorrichtungen eingeprägt, wobei die dem Spannkopf zugewandte Seite jeder Spannvorrichtung ein dem Einschubprofil entsprechendes Profil zur Bildung einer Spielpassung trägt. Damit bietet der Spannkopf die Möglichkeit, unterschiedliche Probenaufnahmen formschlüssig mit dem Spannkopf zu verbinden und gleichzeitig eine wegneutrale, hydraulische Einspannung anzuwenden. Allerdings ist dabei das verwendete oder sind die verwendeten Spannmittel nicht in den Spannkopf integriert sondern an dafür vorgesehenen Anlageflächen befestigt, beispielsweise angeschraubt oder eingeklemmt. Das hat den wichtigen Vorteil, daß mit wenigen Handgriffen die hydraulisch betriebenen Kolben-Zylinder-Einheiten und die ggf. verwendeten mechanisch oder elektrisch betätigten Gegenlagermittel von dem Spannkopf entfernt werden können, wenn z. B. ein dynamischer Beanspruchungsversuch durchgeführt werden soll, bei dem die Backeneinspannung nicht erforderlich ist und das Gesamtgewicht des Spannkopfes einen möglichst geringen Wert aufweisen soll.

Es ist besonders zweckmäßig, in das Einschubprofil die Probenhalter bzw. Probenaufnahmen nicht direkt hineinzuschieben, sondern eine oder mehrere unterschiedliche Universalaufnahmen bereitzuhalten, in die dann Einsätze zur mittelbaren oder unmittelbaren Halterung der Proben eingehängt werden. Das hat den Vorteil, daß nach Art eines Baukastenprinzipes jeweils die teuersten Teile in der geringsten Anzahl vorhanden sein müssen, und die kleinsten und billigsten Teile in vergleichsweise großer Zahl und jeweils verschieden voneinander hergestellt werden können. In dieser Weise ist insgesamt eine erhebliche Verbilligung gegenüber herkömmlichen Spannköpfen und deren Zubehör möglich.

Die Halterung einer Universalaufnahme innerhalb eines Spannkopfes ist durch die formschlüssige Lage der Profile ineinander gewährleistet. Allerdings kann immer noch jede Universalaufnahme horizontal verschoben werden. Um auch hier eine Sicherung vorzusehen, ist es zweckmäßig, daß sich das Einschubprofil im Bereich des Spannmittelkopfes jeder Kolben-Zylinder-Einheit bzw. des ggf. verwendeten Gegenlagers befindet, und das Profil der Universalaufnahme in Höhe des Spannmittelkopfes eine Aussparung zur Aufnahme der Spannbacke und damit zur unverrückbaren Festlegung der Universalaufnahme aufweist. In dieser Weise ist ohne zusätzliche Hilfsmittel eine zuverlässige Sicherung jeder Universalaufnahme in dem Einschubprofil möglich.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß aufgrund der Erfindung und ihrer Weiterbildungen gemäß den Unteransprüchen eine erhebliche Vergrößerung des Anwendungsspektrums erzielt worden ist. Bezüglich derjenigen Proben, die zwischen den Spannbacken nicht aufgenommen werden können, schlägt die Erfindung Probenaufnahmen und sonstige Zusatzgeräte vor, die formschlüssig mit dem Spannkopf durch einfaches Einschieben verbunden werden, wodurch eine dauerhafte, leicht lösbare und jeweils zentrische Verbindung entsteht.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert; darin bedeuten:

Fig. 1 eine Querschnittansicht durch einen Spannkopf gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer hydraulisch betätigten Kolben-Zylinder-Einheit vor der Montage einer identischen Einheit bzw. eines mechanisch betätigten Gegenlagers,

Fig. 2 eine Ansicht gemäß Fig. 1 ohne hydraulisch betätigte Kolben-Zylinder-Einheit, jedoch mit einem mechanisch verstellbaren Gegenlager,

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Universalaufnahme zum Einschieben in den erfindungsgemäßen Spannkopf,

Fig. 4 eine isometrische Ansicht eines Einsatzes zum Einhängen in die Universalaufnahme,

Fig. 5 eine schematische Übersicht über verschiedene Kombinationsmöglichkeiten mehrere Einsätze z. B. gemäß Fig. 4 mit einer Universalaufnahme,

Fig. 6 eine Vorderansicht als Ausschnitt des Ausführungsbeispiels gemäß der Fig. 2 zur Verdeutlichung der Lage eines Anschlages,

Fig. 7 eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 6,

Fig. 8 eine Draufsicht und eine Seitenansicht einer Spannbacke mit V-Rinnen und Riffelungen auf deren Flanken und

Fig. 9 eine Querschnittsansicht einer weiteren Universalaufnahme für den Spannkopf gemäß der Erfindung.

In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spannkopfes 1 dargestellt. Zentrales Teil dieses Spannkopfes bildet ein Grundkörper 2, der an den seitlichen Außenflächen mit jeweils einer Anlagefläche 3 versehen ist. Auf der einen Seite ist eine Kolben-Zylinder-Einheit 50 mit Hilfe von Dehnschrauben 52 befestigt, während die andere Anlagefläche 3 in der Fig. 1 unbesetzt ist. Sie wird je nach Ausführungsbeispiel durch eine identische, spiegelbildlich angeordnete Kolben-Zylinder-Einheit 50 besetzt oder durch ein Gegenlager 7, das in der Fig. 2 wiedergegeben ist. Das Gegenlager 7 der Fig. 2 ist also konstruktiv auf das Zusammenwirken mit der Kolben-Zylinder-Einheit 50 der Fig. 1 ausgerichtet.

Die Kolben-Zylinder-Einheit 50 ist auf der einen Seite mit einem Deckel 51 verschlossen, der ebenfalls von den Dehnschrauben 52 erfaßt wird. Innerhalb der Kolben- Zylinder-Einheit 50 befindet sich ein einziger scheibenartiger Kolben 53, der einstückig mit einem Spannmittelkopf 54 ausgebildet ist. Das besondere an dieser Anordnung ist, daß die Mittelachse des Spannmittelkopfes 54 exzentrisch zur Mittelachse des Kolbens 53 angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine extrem an die untere Seite des Spannkopfes gerückte Spannstelle, die zur Einspannung besonders kurzer Proben sehr vorteilhaft ist. Die statisch etwas ungünstigere Lage der Spannstelle - sie begünstigt das Auffedern des Grundkörpers 2 - wird zum Teil dadurch kompensiert, daß die hintere Seite des Grundkörpers 2 mit Hilfe einer Rückwand 64 (siehe auch Fig. 6) verschlossen ist.

Die dennoch bei hohen Spannkräften zu beobachtende Aufweitung des Grundkörpers 2 führt dazu, daß sich der Mittelpunkt der Spannfläche, also das resultierende Kräftezentrum, von der Schlitzöffnung in dem Grundkörper 2 weg einwärts verlagert, mit der Folge, daß dann das resultierende Kraftzentrum annähernd auf der Mittelachse des Kolbens 53 liegt. Die Exzentrizität zwischen dem Spannmittelkopf 54 und dem Kolben 53 begünstigt daher die Gängigkeit und Lebensdauer des Kolbens 53 und beeinträchtigt sie nicht etwa. Darüberhinaus kann eine Verdrehsicherung der aus dem Kolben 53 und dem Spannmittelkopf 54 gebildeten Einheit unterbleiben.

Am vorderen Ende des Spannmittelkopfes 54 befindet sich ein Zapfen 55, auf den eine Höhlung 66 (Fig. 8) einer Spannbacke 10 aufgesteckt werden kann. Eine Kugelrastung sorgt dabei für einen sicheren Sitz. Das bereits in Verbindung mit der Fig. 2 erwähnte Gegenlager 7 trägt einen identischen Zapfen 55 zur Aufnahme einer gegenüberliegenden Spannbacke 10 (Fig. 8). Im übrigen sind der Spannmittelkopf 54 sowie ein Spannmittelkopf 9 des Gegenlagers 7 innerhalb von Buchsen 28 geführt, die in den Grundkörper 2 eingepaßt sind.

Im Bereich der Spannbacken bzw. im Bereich der Zapfen 55 befindet sich ein Einschubprofil 14, beispielsweise für eine Universalaufnahme gemäß der Fig. 5. Das Einschubprofil 14 liegt mit Absicht in dieser Höhe, um ein Herausgleiten beispielsweise der Universalaufnahme 31 aus dem Einschubprofil 14 zu vermeiden. Dazu ist die Universalaufnahme 31 mit einer Ausnehmung versehen, in die die jeweils auf den Zapfen 55 aufzusteckende Spannbacke eingesenkt wird. Nach dem Einschieben der Universalaufnahme 31 in das Einschubprofil 14 wird der Kolben 53 vorgefahren bzw. das Gegenlager 7 so weit zugestellt, daß der beschriebene Formschluß zwischen den Spannbacken und der Universalaufnahme 31 zustande kommt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 übergreift ein an dem Grundkörper 2 mit Hilfe von Schraubenbolzen gehaltener Flansch 56 einen Bund 57, der über ein nicht näher dargestelltes Zwischenteil mit der Prüfmaschine verbunden ist. Die Abmessungen sind so gewählt, daß durch leichtes Lösen der Schraubenbolzen eine Verdrehung des Grundkörpers 2 und damit des gesamten Spannkopfes um dessen Vertikale möglich ist, was immer dann genutzt wird, wenn sperrige Proben zu untersuchen sind, denen z. B. die Führungen der Prüfmaschine im Wege sind. Im übrigen können so leichter Reparaturen oder sonstige Arbeiten an dem Spannkopf vorgenommen werden.

In der Fig. 2 ist das bereits mehrfach erwähnte Gegenlager 7 dargestellt, daß konstruktiv auf das Zusammenwirken mit der Kolben-Zylinder-Einheit 50 der Fig. 1 ausgerichtet ist. Es besteht aus einem Gehäuse 25, das an einer flanschartigen Erweiterung an der Anschraubfläche 3 des Grundkörpers festgeschraubt ist. Im inneren dieses Gehäuses 25 befindet sich eine Spindel 26, die mit dem Gehäuse 25 in Gewindeverbindung 27 steht. Das vordere Ende der Spindel 26 wird von dem Spannmittelkopf 9 gebildet, an dessen vorderem Ende der bereits erläuterte Zapfen 55 angeordnet ist, dessen Abmessungen dem Zapfen 55 an dem Spannmittelkopf 54 der Kolben-Zylinder- Einheit 50 entspricht.

Am hinteren Ende der Spindel 26 ist eine Kappe 30 angebracht, deren zylindrischer Mantel über eine Skalenhülse 29 greift. Die Skalenhülse 29 ist mit einigem Widerstand auf dem Gehäuse 25 drehbar und in Achsrichtung verschiebbar, womit die Voraussetzungen für eine Null-Neueinstellung gegeben sind. Diese Einrichtung kann insbesondere für Reihenuntersuchungen zur Erzielung eines Zeitgewinns in folgender Weise benutzt werden:

Wenn eine Probe zwischen dem Gegenlager 7 und der gegenüberliegenden Kolben-Zylinder-Einheit 50 mitig eingespannt ist, deren Einspanndurchmesser bekannt ist, wird die Skalenhülse 29 in der mittigen Einspannung auf Null gestellt, also gegenüber einer auf der Kappe 30 angebrachten Markierung in Umfangrichtung und in Axialrichtung so verschoben, daß die Anzeige "Null" ablesbar ist. Jede andere Probe, die einen von diesem Spanndurchmesser abweichenden Durchmesser aufweist, der ebenfalls bekannt ist, kann dann wiederum mittig eingespannt werden, wenn die Hälfte der Spanndurchmesser-Änderung an der Kappe 30 eingestellt wird, ohne die Skalenhülse 29 zu berühren.

Bei diesem Ausführungsbeispiel des Gegenlagers 7 dreht sich der Spannmittelkopf 9 bei Verstellung der Kappe 30 mit, so daß sich auch der Zapfen 55 mit der Kugelrastung verstellt. Diese Gegebenheit ist nicht weiter nachteilig, da in der Regel die auf dem zugeordneten Zapfen 55 aufgenommene Spannbacke ohnehin ausschließlich konzentrische Rillen auf der Spannfläche trägt, die lageunabhängig sind. Erst bei der Einspannung von Proben mit extremen Abmessungen, also in Sonderfällen, wird auf den Spannmittelkopf 9 auch eine Spannbacke mit einer V-Rinne aufgesetzt, die dann einer Ausrichtung bedarf. In diesen besonderen Fällen kann eine ggf. nicht ganz mittige Einspannung ohne weiteres in Kauf genommen werden, die sich aus der Vertikalstellung der V-Rinne ergeben mag. Falls die Einspannung unbedingt mittig erfolgen muß, kann auch die Kugelrastung aufgehoben werden, die in erster Linie nur die Sicherung der Spannbacke auf dem Zapfen 55 und nicht die Winkelpositionierung bezweckt.

Abweichend von den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen können die zuglastaufnehmenden Seiten des Einschubprofiles 14 um ca. 10 bis 15° von innen oben nach außen unten, also dachförmig abgeschrägt sein, so daß unter Zugbelastung ein der Aufweitung des Grundkörpers entgegenwirkender Effekt entsteht, der bei richtiger Wahl der Neigung die Aufweitung gerade aufhebt. Ausschlaggebend dafür ist in erster Linie die Reibung zwischen der Universalaufnahme 31 und dem Grundkörper 2.

Die Universalaufnahme 31 besteht im wesentlichen aus einer annähernd rechteckigen Platte 35, die ein Profil 32 trägt, das mit dem Einschubprofil 14 zusammenwirkt, sowie aus einem zylindrischen Teil, dessen Schnittansicht in der Fig. 3 dargestellt ist. Innerhalb einer um 180° drehbaren Hülse 36 ist ein Schlitz 33 angeordnet, der mit einer Fortsetzung 33′ des Schlitzes innerhalb eines an der Platte 35 befestigten Aufnahmekörpers 42 zur Deckung gebracht werden kann. Zur Erleichterung der Drehung der Hülse 36 ist an deren Außenmantel ein Griff 43 angebracht; im übrigen ist die Hülse gegen eine Verschiebung gegenüber dem Aufnahmekörper 42 gesichert (nicht dargestellt). Auch ist mit Hilfe der gleichen Sicherung eine Begrenzung der End-Schwenklagen vorgesehen.

Sobald die Schlitze 33 in der Hülse 36 bzw. in dem Aufnahmekörper 42 zur Deckung gebracht sind, kann in das Innere ein Einsatz 37 eingelegt werden, der in Einzelheiten in der Fig. 4 dargestellt ist. Er besteht aus einer Hälfte 38, die mit einem Ergänzungsstück 40 ein Ganzes bildet, das den Innenraum innerhalb des Aufnahmekörpers 42 bei geschlossener Hülse 36 ausfüllt (Fig. 3). An der Außenseite der Hälfte 38 und des Ergänzungsstückes 40 ist ein Bund 39 angebracht, der in eine entsprechende Nut 34 innerhalb des Aufnahmekörpers 42 eingreift.

In den Einsatz 37 kann direkt eine Probe eingesetzt werden, deren Schaft durch die Öffnung 44 hindurchreicht und dessen zylindrische Verdickung innerhalb der Hälfte 38 bzw. des Ergänzungsstückes 40 Platz findet. Abweichend von der Darstellung in der Fig. 4 kann die Öffnung 44 auch mit einem - geteilten - Gewinde versehen sein, außerdem kann der Raum oberhalb der Öffnung 44 unterschiedlich gestaltet sein, z. B. nach Art einer Halbkugel oder eines Kegelstumpfes.

Derartige Ausführungsbeispiele sind in der Fig. 5 dargestellt, die schematisch die Kombinationsmöglichkeit einer Universalaufnahme 31 mit mehreren Einsätzen 37a bis 37d wiedergibt. Die der Universalaufnahme 31 zugewendete Seite jedes Einsatzes 37a bis 37d ist gleichgestaltet, lediglich die zur Aufnahme der Probe bzw. eines Probenhalters dienenden Bereiche sind unterschiedlich gestaltet.

Der Einsatz 37a entspricht annähernd dem gemäß der Fig. 4, der sowohl zur direkten Aufnahme von Proben als auch zum Einlegen einer Probenaufnahme 45 verwendet werden kann. Diese Probenaufnahme 45 trägt an ihrer einen Seite eine Gewindebuchse 46, sie dient also zur Aufnahme von Proben, die an ihren Enden mit einem Gewinde versehen sind. Eine derartige Anordnung ist gegenüber einem geteilten Gewinde in der Öffnung 44 (Fig. 4) umständlicher zu handhaben, da nämlich zum Einschrauben ein vertikales Spiel benutzt werden muß, um das Einschrauben der Probe in die Gewindebuchse 46 bei im übrigen nicht bewegter Prüfmaschine zu ermöglichen.

Statt einer Probenaufnahme 45 kann in den Einsatz 37a auch eine Halterung 47 eingelegt werden, an der z. B. eine Heiz- oder Kältevorrichtung aufgehängt ist, innerhalb der sich dann die Probe befindet. Für die Probenaufnahme 45 sowie die Halterung 47 ist eine Teilung des Einsatzes 37a nicht erforderlich, da in der Regel der Verbund nicht gelöst wird, also sowohl für die Probenaufnahme 45 als auch für die Halterung 47 ein eigener Einsatz 37 vorhanden ist. Lediglich zur Herstellung kann es zweckmäßig sein, zunächst eine Hälfte 38 und dann ein Ergänzungsstück 40 (Fig. 4) herzustellen und danach miteinander zu verschweißen.

Die Einsätze 37b und 37c dienen zur direkten Probenaufnahme, wobei die Probenenden entsprechend gestaltet, also zylindrisch bzw. kegelstumpfartig ausgebildet sind. Bei diesen Ausführungsformen des Einsatzes 37b und 37c ist die Zweiteiligkeit unbedingt erforderlich.

Der Einsatz 37d kann wieder einteilig ausgebildet sein, da er vornehmlich zur Aufnahme von Druckwerkzeugen dient, also zur Aufnahme einer Druckplatte, einer Schneide, einer Schergabel oder dgl. Einer der Einsätze 37a bis 37d kann auch zur Aufnahme einer Kraftmeßdose dienen, mit der besonders feine Proben, etwa dünne Drähte oder dgl., untersucht werden können. Die gegebenen Beispiele sind nicht erschöpfend aufgezählt, sondern sie lassen erkennen, daß für jede Spezialaufgabe ein gesondertes Teil verwendet werden kann, das sehr klein ist, wobei die Gestaltung ausschließlich bezüglich des Befestigungsorgans übereinstimmt. Die restliche Formgebung dient ausschließlich dem Spezialzweck, so daß der sich wiederholgende Teil in den Kosten sich nur sehr gering auswirkt.

In dieser Weise ist eine Diversifikation bei geringen Kosten möglich, wobei bis zu 50 Spezialgeräte oder noch mehr mit einer oder zwei Universalaufnahmen 31 und mit einem einzigen Grundkörper 2 zur Anwendung gebracht werden können. Dadurch wird u. a. die Möglichkeit geschaffen, daß zunächst für eine Werkstoffprüfmaschine eine Grundausstattung angeschafft werden kann, die im Zuge erweiterter Aufgaben oder eines größeren Budgets erweitert und vervollständigt wird. Die Erweiterungskosten halten sich dabei in Grenzen, da schwergewichtige und kompliziert gestaltete Großteile nicht mehr benötigt werden.

Unterhalb des Wirkungsbereiches des Spannmittelkopfes 54 bzw. des Spannmittelkopfs 9 des Gegenlagers 7 befindet sich noch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 ein Schlitz 60 in der Grundkörperöffnung, der zur Aufnahme eines U-förmigen Anschlages 61 dient (Fig. 6 und 7). Die eigentliche Anschlagfläche 32 befindet sich auf der Innenseite der Basis des U-förmigen Anschlages 61, so daß sie von der Bedienungsseite her frei zugänglich ist. Der Anschlag 61 besteht aus Federstahl, und seine freien Schenkel sind leicht nach außen gespreizt, so daß er mit einiger Vorspannung jedoch noch leichtgängig innerhalb des Schlitzes 60 verschiebbar ist. An seiner einen Seite befindet sich ein Knauf 63 oder eine Stellschraube, mit deren Hilfe eine Klemmung des Anschlages 61 mit der einen Schlitzhälfte oder ein formschlüssiger Verbund über dort eingelassene Kerben erzielbar ist. In dieser Weise kann der Anschlag stufenlos bzw. in kleinsten Stufen verschoben und festgelegt werden, so daß stets eine im wesentlichen mittige Einspannung einer an den Anschlag angelegten Probe gewährleistet ist.

Falls bei dem unteren Spannkopf (in den Figuren nicht dargestellt) ebenfalls ein derartiger Anschlag 61 vorhanden ist, ist es zweckmäßig, spiegelbildlich auf der dem Knauf 63 abgewandten Seite eine geringfügig größere Öffnung vorzusehen und bei dem Anschlag an dem unteren Spannkopf den Knauf auf dieser Seite anzuordnen, so daß dann jeweils ein Knauf in eines der Löcher bzw. in eine der Ausnehmungen bei vollständig zusammengefahrenen Spannköpfen eintaucht.

In der Fig. 8 ist eine Spannbacke 10 dargestellt, die zur Verwendung für das Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 bestimmt ist. Sie trägt auf der Rückseite die schon genannte Höhlung 66 zur Aufnahme des Zapfens 55 und ist mit einer Griffmulde 65 versehen, die auch als Nut für einen Schmutzfangring dient, also zum Auffangen von Zunder, Glasfasern und ähnlichem. Auf der Vorderseite sind zwei sich kreuzende V-Rinnen vorhanden, deren Flanken mit einer Riffelung 67 versehen sind. Die restliche Fläche ist mit konzentrischen Rillen versehen, also in üblicher Weise gestaltet.

Der bevorzugte Winkel zwischen den Flanken beträgt 90 oder 130°, so daß ein sehr großes Spektrum von unterschiedlichen Durchmessern abgedeckt ist. Im Normalfall wird die mit V-Rinnen und der Riffelung 67 versehene Spannbacke 10 mit einer in sich ebenen, lediglich gerillten Spannbacke gepaart, nur in besonderen Anwendungsfällen ist auf der Gegenseite ebenfalls eine Spannbacke mit V-Rinnen mit oder ohne Riffelung vorhanden, deren eine V-Rinne dann zum Einspannen beispielsweise einer extrem dicken Probe herangezogen wird.

Die Riffelung 67 ist mit Hilfe eines entsprechend geformten Prägestempels unter Wärme aufgebracht, der aus einem warmfesten Werkzeugstahl besteht, also etwa bei 500°C aushärtet. Die Spannbacke 10 besteht aus einem normalen Werkzeugstahl, der in diesem Temperaturbereich bereits deutlich aufgeweicht ist. In dieser Weise gelingt die Einprägung der Riffelung 67 ohne große Deformation der Spannbacke 10, die im übrigen nach dieser Prägebehandlung erst endgültig fertig bearbeitet wird.

In der Fig. 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Universalaufnahme 31′ dargestellt, die in einen nur mit wenigen Strichen angedeuteten Grundkörper eingeschoben ist. Auf einen mittleren Gewindezapfen des Aufnahmekörpers 42′ ist eine Mutter 70 aufgeschraubt, die auf der sphärischen Fläche 71 einer Aufnahmekonsole 72 aufliegt. Bei Zugproben wird die Mutter nur so weit angezogen, daß der Aufnahmekörper 42′ in der sphärischen Fläche 71 pendeln kann, wodurch Biegekräfte auf die Probe vermieden werden. Bei Druckproben gelangt die Verbindung zwischen der Mutter 70 und der sphärischen Fläche 71 zunehmend außer Eingriff, bis eine weitere sphärische Verbindung 73 im unteren Bereich der Aufnahmekonsole 72 den Aufnahmekörper 42′ abstützt. In dieser Weise sind Knickversuche möglich, die von einem nicht eingespannten Ende einer Probe ausgehen, obwohl sie zur Übertragung der reinen Druckbeanspruchung eingespant ist.

Im Bedarfsfall können die beiden sphärischen Flächen 71 und 73 dauernd zur Anlage gebracht werden, was durch Niederschrauben der Mutter 70 geschieht. Die Universalaufnahme 31′ verhält sich dann wie ein starres Gebilde.

In üblicher Weise ist eine Nut 34 zur Aufnahme von Einsätzen 37 vorhanden, die mit Hilfe einer Hülse 36′, geführt an einem Griff 36, nach dem Einschieben der Einsätze verschlossen werden kann.

In den Darstellungen und der Beschreibung der Erfindung ist bevorzugt der obere von zwei einander zugewandten Spannköpfen einer Prüfmaschine beachtet worden. Es ist selbstverständlich, daß der jeweils untere Spannkopf in der gleichen Weise gestaltet ist und gehandhabt wird, wenn die Erfindung konsequent ausgenutzt werden soll.

Claims (20)

1. Spannkopf für eine Werkstoffprüfmaschine zum Einspannen von Proben, mit einem Grundkörper, der seitlich mit zwei sich gegenüberliegenden Anlageflächen für zwei hydraulisch betätigte Kolben-Zylinder-Einheiten oder für ein einstellbares Gegenlager und eine hydraulisch betätigte Kolben-Zylinder-Einheit versehen ist, bei dem jede Kolben-Zylinder-Einheit bzw. das ggf. verwendete Gegenlager einen Spannmittelkopf zur Aufnahme einer Spannbacke trägt, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Kolben- Zylinder-Einheit der Spannmittelkopf (54) exzentrisch zu ihrem Kolben (53) angebracht ist.

2. Spannkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der unteren Abschlußfläche des Spannkopfes ein von der Vorderseite zugängliches Einschubprofil (14) zur Aufnahme unterschiedlicher Spannvorrichtungen eingeprägt ist, und daß die dem Spannkopf zugewandte Seite jeder Spannvorrichtung ein dem Einschubprofil entsprechendes Profil (32) zur Bildung einer Spielpassung trägt.

3. Spannkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannmittelkopf (54) jeder Kolben-Zylinder-Einheit bzw. des gegebenenfalls verwendeten Gegenlagers (7) in dem Grundkörper (2) innerhalb einer Buchse (28) geführt ist.

4. Spannkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschubprofil (14) im unteren Bereich oder unterhalb der für den jeweiligen Spannmittelkopf (54) der Kolben-Zylinder-Einheit bzw. des ggf. verwendeten Gegenlagers (7) erforderlichen Höhlung angebracht ist.

5. Spannkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschubprofil (14) an der lastaufnehmenden Seite mit zwei sich gegenüberliegenden Schrägflächen versehen ist, die der Aufspreizung des Grundkörpers (2) unter Last entgegenwirken.

6. Spannkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spannvorrichtung aus einer Universalaufnahme (31) und aus einem die Probe mittelbar oder unmittelbar aufnehmenden Einsatz (37) besteht, und daß die Universalaufnahme (31) das Profil (32) für das Einschubprofil (14) trägt.

7. Spannkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einsatz (37) einen umlaufenden Bund (39) trägt, und daß die Universalaufnahme (31) einen entsprechend gestalteten, durch eine Drehhülse verschließbaren Schlitz (33) aufweist.

8. Spannkopf nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (37) zweiteilig ausgebildet ist und einen Konus, eine Halbkugel, ein Gewinde oder einen abgesetzten Zylinder zur Aufnahme einer Probe, eines Probenhalters, einer Kraftmeßdose, einer Druckplatte, einer Schneide oder einer Gabel für Scherproben aufweist.

9. Spannkopf nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Einschubprofil (14) im Bereich des Spannmittelkopfes (54) jeder Kolben- Zylinder-Einheit bzw. des ggf. verwendeten Gegenlagers (9) das Profil (32) der Universalaufnahme (31) in Höhe des Spannmittelkopfes (54) eine Aussparung zur Aufnahme der Spannbacken und damit zur unverrückbaren Festlegung der Universalaufnahme (31) aufweist.

10. Spannkopf nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Universalaufnahme (31′) mindestens zweiteilig ausgebildet ist und der eine Teil gegenüber dem anderen über sphärisch gekrümmte Flächen um geringe Beträge pendeln kann.

11. Spannkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Druckbelastung der Universalaufnahme (31′) eine weitere, sphärisch gekrümmte Fläche vorgesehen ist, und daß das Spiel zwischen beiden sphärisch gekrümmten Flächen mit Hilfe einer an dem einen Teil angeordneten Mutter beseitigt werden kann, die auf den anderen Teil wirkt.

12. Spannkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Anlagefläche (3) an den seitlichen Außenflächen des Grundkörpers (2) mit Gewindelöchern zur Aufnahme von durch einen Flansch an der Kolben-Zylinder- Einheit bzw. an dem ggf. verwendeten Gegenlager hindurchgehenden Gewindebolzen versehen ist.

13. Spannkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite des Grundkörpers (2) durch eine Rückwand (64) geschlossen ist.

14. Spannkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Grundkörper (2) aus Vergütungsstahl besteht.

15. Spannkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der für den Spannkopf jeder Kolben-Zylinder-Einheit bzw. des ggf. verwendeten Gegenlagers erforderlichen Höhlung ein Schlitz (60) zur Aufnahme eines Anschlages (61) angebracht ist.

16. Spannkopf nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (61) im wesentlichen U-förmig ausgebildet ist und innerhalb des Schlitzes (60) feststellbar ist.

17. Spannkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbecken (10) kreisförmig ausgebildet sind und auf der Spannfläche mit konzentrischen Rillen bzw. Vorsprüngen versehen sind.

18. Spannkopf nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spannbacke (10) eine oder mehrere Kerben zum Spannen von Rundproben trägt und frei drehbar ist, und daß deren jeweils vertikale Stellung durch eine Kugelrastung festgelegt ist.

19. Spannkopf nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken jeder Kerbe mit einer Riffelung (67) versehen sind, und daß vorzugsweise zwischen den Flanken ein Winkel von 90° oder von 130° vorgesehen ist.

20. Spannkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung an der Prüfmaschine mit Hilfe eines kreisringförmigen Bundes (57) erfolgt, über den ein spannkopfseitig befestigter und lösbarer Flansch (56) greift.