DE3537248A1

DE3537248A1 - Einspannvorrichtung einer materialpruefmaschine

Info

Publication number: DE3537248A1
Application number: DE19853537248
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr Ing Priemer; Bernd Dipl Ing Keller; Gerd Deimel
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Polystal Composites 39340 Haldensleben De GmbH
Priority date: 1985-10-19
Filing date: 1985-10-19
Publication date: 1987-04-23
Also published as: DE3537248C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einspannvorrichtung einer Materialprüfmaschine zur Halterung von Prüfkörpern, die quer zur Zugrichtung druckempfindlich sind, bestehend aus einer langgestreckten Klemme für den Prüfkörper, welcher an einem Ende mit der Materialprüfmaschine verbunden ist.

Bei der Entwicklung und Verbesserung von Werkstoffen als Baumaterial für technische Konstruktionen sind u.a. Festigkeit und Dehnungsverhalten grundlegende Material eigenschaften. Die Messung dieser Werkstoffeigenschaften erfolgt z.B. in Zugprüfmaschinen unterschiedlicher Bauar ten. Dabei wird der zu prüfende Körper an seinen Enden in Spannwerkzeuge eingespannt. Die Spannwerkzeuge werden beim Prüfvorgang voneinander fortbewegt und somit der Prüf körper einer Zugbelastung ausgesetzt. Weg und Kraft zur Werkzeugbewegung werden gemessen. Die Zugbelastung kann bis zum Riß des Prüfkörpers gesteigert werden.

In der Prüftechnik für metallische Werkstoffe werden genormte Schulterstäbe als Prüfkörper eingesetzt. Die Kraft wird von gleichmäßig drückenden metallenen Spann backen über die vorhandenen Schultern in den eigentlichen Prüfstab eingeleitet. Die formschlüssige Krafteinleitung ist unproblematisch, da metallische Werkstoffe den erfor derlichen seitlichen Druck ohne Zerstörung aufnehmen können und eine geringe Kontraktion an der Einspannstelle besitzen.

Es gibt aber Prüfkörper, bei denen die zum Einspannen erforderlichen Schultern aus gleichem Material mechanisch nachträglich nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand herge stellt werden können.

Deshalb wurde versucht, beispielsweise am Ende von Rund stäben spezielle Zughülsen über Gießharz zu befestigen, oder die Enden der Rundstäbe in Prepregmatten einzubetten und durch Erwärmen unter Druck diese auszuhärten, wodurch dann eine Einspannmöglichkeit geschaffen wurde. Neben der aufwendigen Vorbereitung haben solche Prüfkörper oft den Nachteil, daß die Prüfergebnisse wegen der Eingriffe am Ende der Rundstäbe verfälscht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wirtschaft liche einfache Lösung zu finden, mit der druckempfindliche Werkstoffe, die insbesondere einen hohen Dehnungskoeffi zienten (3-8%) besitzen, unbearbeitet in Spannbacken durch Kraftschluß so einzuspannen sind, daß die Prüfkörper mit vollen Zugkräften bis zum Bruch belastet werden können.

Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die in der metallenen Klemme, entlang der Einspannlänge, unterschiedlich nachführbare Spannbacken angeordnet sind.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wurde erreicht, daß trotz der aufgrund der Druckempfindlichkeit benötigten großen Einspannlänge, auch bei starker Dehnung und damit Ein schnürung des Prüfkörpers eine gleichmäßige Übertragung der Kräfte durch Reibschluß zu erreichen ist, da durch die Nachführung an jeder Stelle der Spannbacken die je weils vorhandene Formänderung ausgeglichen werden kann. So ist es möglich, die Kräfte aus der Klemme nach und nach in den Prüfkörper zu übertragen, wodurch örtliche Span nungsspitzen vermieden werden, die bei festen Spannbacken zum Abreißen des Prüfkörpers unmittelbar im Übergangs bereich der Klemme führen würden. Der Anpreßdruck kann entlang der Einspannlänge progressiv, degressiv oder linear verlaufen.

In einer besonderen Ausführungsform sind entlang der Einspannlänge mindestens zwei seitlich angebrachte, über unterschiedliche Wege steuerbare Anpreßvorrichtungen angebracht.

Durch eventuell entlang der Einspannlänge geteilte oder flexible Spannbacken ist es möglich, die Querpressung über seitlich angebrachte pneumatische oder hydraulische Zylin der so einzustellen, daß eine Beschädigung des Materials vermieden wird und trotzdem die Kräfte in den sich dehnen den Zugstab nach und nach übertragen werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind in die Spann backen Nuten eingearbeitet, die mit elastischem Material, eventuell mit reibungserhöhenden Zusätzen, gefüllt sind.

Das elastische Material mit einer Shore Härte A30-100 vorzugsweise 92-98 hat den Vorteil, daß es sich auto matisch der Kraftübertragung anpaßt. Bei Formänderung des Prüfkörpers macht das elastische Material die Bewegungen zu einem Teil mit und entlastet daher die Stelle, so daß die Kraft in anschließende steifere Bereiche übertragen wird. Gleichzeitig paßt sich ein elastisches Material bes ser den Unebenheiten des Prüfkörpers an. Bei sehr glatten Oberflächen ist es oft vorteilhaft, Sand oder andere scharfkantige Teilchen dem elastischen Material beizufü gen, um den Reibschluß zu erhöhen.

In einer anderen Ausführungsform nimmt die Tiefe der Nut in der Spannbacke in Richtung des Endes der Klemme, das mit der Materialprüfmaschine verbunden ist, ab.

Durch Verringerung der Dicke des elastischen Materials in der Nut entlang der Einspannlänge wird die Steifigkeit allmählich erhöht, so daß ein vergleichmäßigter Übergang von Kräften entlang der Einspannlänge auch bei Einspannung von Prüfkörpern erfolgt, die infolge der starken Dehnung unter Kraft eingeschnürt werden. Diese Bewegung kann mit der Zunahme der Dicke der Elastomereinlage in der Nut bes ser ausgeglichen werden.

In einer anderen Ausführungsform ist die Anlagefläche der Spannbacken am Prüfkörper in Richtung des Endes der Klemme, das mit der Materialprüfmaschine verbunden ist, größer.

Durch Änderung der Anlagefläche kann die Kraftübernahme zwischen Stab und Spannbacken variiert werden. Bei Rund stäben ist es vorteilhaft, entsprechende Rillen vorzu sehen.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1: Längsschnitt durch die Einspannvorrichtung

Fig. 2; Querschnitt durch die Einspannvorrichtung

In Fig. 1 und 2 ist eine Einspannvorrichtung 1 darge stellt. An einem Zuganker 2 einer nicht gezeichneten Materialprüfmaschine ist eine Klemme 3 befestigt, die in einem Schlitz 4 zwei Spannbacken 5 enthält. In einer Nut der Spannbacken ist eine Elastomereinlage 8 eingebracht. Diese nehmen wiederum den zylindrischen Prüfkörper 7 auf. Die Spannbacke wird durch eine Anpreßvorrichtung 8, zwei Zylinder 9 mit Kolben 10 hydraulisch 11 angedrückt.

Als elastisches Material können Elastomere auf Polyure than- oder Kautschukbasis eingesetzt werden. Zur Erhöhung der Rauhigkeit sind körnige Stoffe mit einer Körnung von 10-500 µm, insbesondere 40-200 µm geeignet. Die Shore- Härte D sollte bei elastischem Material mit Zusatz von körnigen Stoffen zwischen 10-90, vorzugsweise 30-80 liegen.

Beispiel 1

Es wurde die Zugfestigkeit von einem mit unidirektionalen Glasfasern ausgerüsteten Rundstab aus Polystal® Typ V48U (E-Glas mit Polyesterharz; 1,9 mm Durchmesser) geprüft. Die freie Prüflänge betrug 240 mm und die Spannbackenlänge 200 mm. Die mit elastischem Material ausgefüllte Nut hatte eine Tiefe von 5 mm am Spannbackenanfang und 10 mm am Spannbackenende. Die Überhöhung des elastischen Materials über die Spannbackenoberfläche betrug 0,5 mm. Die in das Elastomer zur Zentrierung des Prüfkörpers eingearbeitete Nut wies eine Tiefe von 0,7 mm mit einem Radius von 0,7 mm auf. Als reibungserhöhender Stoff war Quarzsand der Körnung 60 in das Elastomer eingearbeitet. Der Hydraulik druck im Schließzylinder betrug 450 bar. Die Prüfkörper sind bei einer Zugbelastung von 4460/4560/4410/4300 Newton gerissen. Die Rißstelle lag jeweils etwa in der Mitte der freien Prüflänge und war somit nicht durch die Einspannung beeinflußt. Es wurde kein Rutschen der Probe in der Klemme beobachtet. Die gemessenen Zugfestigkeiten entsprechen den erwarteten Werten.

Beispiel 2

Profiltyp  V 120 U (3,0 Durchmesser)
Spannbackenlänge  300 mm
freie Prüflänge  200 mm
Hydraulikdruck  500 bar
Nutschräge  5 auf 10 mm
Zentriernuttiefe  0,7 mm
Zentriernutradius  0,7 mm
Elastomerüberhöhung  1,0 mm
maximale Zugfestigkeit  10080/10100 Newton
(bei einem anderen Muster  9500/9850 Newton)

Claims

1. Einspannvorrichtung einer Materialprüfmaschine zur Halterung von Prüfkörpern, die quer zur Zugrichtung druckempfindlich sind, bestehend aus einer langge streckten Klemme für den Prüfkörper, welche an einem Ende mit der Materialprüfmaschine verbunden ist, da durch gekennzeichnet, daß in der metallenen Klemme (3) entlang einer Einspannlänge unterschiedlich nachführ bare Spannbacken (5) angeordnet sind.

2. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß entlang der Einspannlänge mindestens zwei seitlich angebrachte, über unterschiedliche Wege steuerbare Anpressvorrichtungen (8) angebracht sind.

3. Einspannvorrichtung nach Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Spannbacken (5) eine mit elastischem Material ausgefüllte Nut, eventuell mit reibungserhöhenden Zusätzen, eingearbeitet ist.

4. Einspannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Tiefe der Nut in den Spannbacken (5) in Richtung des Endes der Klemme (3), das mit der Materialprüfmaschine verbunden ist, kleiner ist.

5. Einspannvorrichtung nach Ansprüchen 3-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche der Spannbacken (5) am Prüfkörper (7) in Richtung des Endes der Klemme (3), das mit der Materialprüfmaschine verbunden ist, größer ist.