DE3735484A1 - Stabilisatoraufbau fuer eine kompressionsdruck-pruefvorrichtung - Google Patents
Stabilisatoraufbau fuer eine kompressionsdruck-pruefvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung befaßt sich mit einer Kompressionsdruck-Prüfung von
Materialien und insbesondere mit der Prüfung von Schichtenkörpern.
Es ist bekannt, Materialien im Hinblick auf ihre Kompressions- und
Scherparameter dadurch zu überprüfen, daß Prüflinge aus diesem
Material in eine Presse eingespannt werden, wobei der Druck erhöht
wird bis sie brechen. Ein übliches Verfahren der Prüfung von Schich
tenkörpern aus Verbundmaterial besteht darin, Dehnungsmeßstreifen
und Klemmoberflächen an der Oberseite festzulegen und dann in einer
Presse einzuklemmen. Der Prüfling wird dann einer Belastung unter
worfen und komprimiert bis er bricht. Die Deformation des Prüflings
wird durch die Dehnungsmeßstreifen festgestellt und relativ zur
Belastung aufgezeichnet, so daß das Verhalten des Materials unter
unterschiedlichen Belastungen analysiert werden kann. Die Enden der
Prüflinge besitzen gewöhnlich ein Plastikmaterial, welches daran
festgeklebt ist, um zu verhindern, daß der Prüfling an jenen Stellen
bricht, wo er durch die Presse erfaßt wird. Unregelmäßigkeiten der
Eingriffsflächen der Presse verursachen oft lokale Bean
spruchungspunkte, wodurch die Enden des Prüflings eingedrückt werden,
was die Ursache eines Zusammenbruchs ist. Plastikkissen glätten diese
Unregelmäßigkeiten, und sie verteilen die Last gleichmäßig über
jedes Ende des Prüflings.
Dieses Verfahren der Prüfung ist zeitaufwendig und kostspielig. Weil
die Meßstreifen an dem Prüfling festgeklebt werden müssen ist es
nicht zweckmäßig, sie für eine Wiederbenutzung zu entfernen. Infolge
dessen muß eine neue Gruppe von Dehnungsmeßstreifen bei jedem Prüfling
vorgesehen werden, und diese Dehnungsmeßstreifen werden nach der
Prüfung mit dem Prüfling weggeworfen. Ebenso ist das Aufbringen
gleichförmiger Schichten aus Plastik auf den Enden des Prüflings
zeitaufwendig und kostspielig.
Ein weiteres Problem tritt bei der Analyse von Prüflingen auf, deren
Schichten im Winkel zueinander angestellt sind und die bis zu einem
beträchtlichen Ausmaß zusammengepreßt werden können, bevor sie zu
brechen beginnen. Infolgedessen werden sehr lange Prüflinge für
Kompressionsprüfverfahren benötigt. Das Problem besteht darin, daß
lange Streifen flexibel sind und zum Ausknicken neigen und abbrechen,
bevor sie sehr weit komprimiert sind. Ein Verfahren zur Verhinderung
des Ausknickens besteht darin, einen Stabilisator um den Prüfling
herum anzuordnen, um ein Ausbiegen und Abbrechen zu verhindern.
Gemäß einer Ausführungsform besteht der Stabilisator aus einer
massiven Stange mit einem in einer Seite angebrachten Schlitz. Der
Prüfling wird mit einem Rand in den Schlitz eingelegt und dann zu
sammengepreßt. Ein Ausknicken des Prüflings wird auf die Schlitz
breite begrenzt, und dies reicht gerade aus um ein Brechen des
Prüflings unter Kompression zu vermeiden.
Ein Nachteil derartiger Stabilisatoren besteht darin, daß sie eine
feste Schlitzbreite aufweisen und auf eine bestimmte Dicke einge
stellt sind, so daß unterschiedliche Stabilisatoren für verschieden
breite Prüflinge erforderlich sind. Ein weiteres Problem, welches
in Verbindung mit fixen Stabilisatoranordnungen besteht liegt darin,
daß die Prüflinge häufig im Stabilisator verklemmen, nachdem sie
gebrochen sind, wobei es schwierig ist, diese Prüflinge vor dem
Einsatz eines neuen Prüflings zu entfernen. Der Stabilisator bildet
seinerseits gelegentlich die Ursache eines Bruchs, wenn beispielsweise
der Stabilisator sich seitlich während der Kompression des Prüflings
bewegt, so daß der Prüfling ausknicken und an den Enden des Stabili
sators abscheren kann.
Gewöhnlich ist eine große Zahl speziell präparierter Prüflinge erfor
derlich, um das Kompressionsverhalten zu überprüfen, weil viele Prüf
linge infolge eines Abbiegens, eines Abknickens oder eines Ausknickens
brechen, bevor sie ihre Kompressionsgrenze erreicht haben, und dies
erhöht den Kostenaufwand der Prüfung. Es wäre daher vorteilhaft,
Brüche infolge den Ausknickungen zu verhindern, so daß die Prüflinge
ständig nur unter der Kompressionskraft brechen.
Der Erfindung liegt
daher die Aufgabe zugrunde, dieses Abknicken zu verhindern und Zeit
und Kosten zur Behandlung eines jeden Prüflings zu vermindern.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen,
die das Ausknicken des Prüflings während eines Kompressions-Prüf
vorganges verhindert, wobei die Vorrichtung einen Stabilisator auf
weist, um den Prüfling während der Kompression abzustützen. Dieser
Stabilisator umfaßt zusammenwirkende Arme, die gleitbar in einer
Kompressionsdruck-Prüfmaschine gelagert sind und relativ zueinander
einstellbar sind, um Prüflinge unterschiedlicher Dicke aufzunehmen.
Zweckmäßigerweise sind die Enden der Stabilisatorarme so gestaltet,
daß sie mit Eingriffseinsätzen der Maschine zusammenwirken, wobei
die das Ausknicken verhindernden Oberflächen der Stabilisatorarme
immer in einem vorbestimmten Abstand zu dem Prüfling verbleiben.
Vorzugsweise sind die Stabilisatorarme so angeordnet, daß sie mit
Eingriffseinsätzen einer Kompressionsmaschine zusammenwirken und
eine seitliche Bewegung des Stabilisators gegenüber der Kompressions
maschine verhindern.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine wiederverwendbare
Extensometerbrücke, d. h. eine Dehnungsstreifenmeßbrücke vorgesehen,
die am Prüfling befestigbar ist, um die Deformation des Prüflings
in wenigstens einer Richtung zu messen.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind durch Funkenerosion
geformte Eingriffseinsätze vorgesehen, um den Prüfling in einer
Kompressionsdruckmaschine zu erfassen.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Kompressionsdruck-Prüfvorrichtung mit einem geschichteten Prüfling
und einem Stabilisator;
Fig. 2 in größerem Maßstab eine Einzelheit der Anordnung nach Fig. 1;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Stabilisators mit einem
innen gelagerten Prüfling;
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie A-A gemäß Fig. 1;
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie B-B gemäß Fig. 1.
Die in den verschiedenen Figuren einander entsprechenden Teile sind
mit gleichen Bezugszeichen versehen. Gemäß Fig. 1 und 3 umfaßt der
Stabilisator zwei Gruppen von Armen, d. h. zwei äußere Arme (1), die
einen Tragkörper bilden und zwei Paar von inneren Armen (2 und 3),
die Stabilisatorglieder bilden. Die Arme werden in einem festen
Abstand zueinander durch Abstandshalter (4) gehalten. Ein Paar von
Armen (2) ist an den äußeren Armen (1) fixiert, und das andere Arm
paar ist gleitbar innerhalb der Arme (1) gelagert und durch Einstell
bolzen (5) einstellbar. Das Armpaar (2) ist innerhalb der Arme (1)
an Ort und Stelle fixiert. Das andere Armpaar (3) besitzt Langloch
schlitze in den Seiten, durch die die Abstandshalter (4) hindurch
treten. Die Langlochschlitze lassen die inneren Arme (3) um die
Abstandshalter gleiten, und sie können in Eingriff mit Eingriffs
einsätzen (11) unter der Wirkung der Einstellbolzen (5) gelangen,
wie dies später beschrieben wird.
Eine Extensometerbrücke (7) ist am Prüfling mittels einer kleinen
Madenschraube (8) befestigt. Die Brücke besitzt Dehnungsmeßstreifen
(9 und 10), die darauf festgelegt sind, welche die Deformation des
Prüflings messen. Der Stabilisator wird von den Eingriffseinsätzen
(11) getragen und greift an diesen an, und der Prüfling (6) wird
an beiden Enden durch die Eingriffseinsätze (11) und Hydraulikkolben
(12 ) der nicht dargestellten Kompressionsdruck-Prüfvorrichtung
erfaßt.
Ursprünglich wird der Stabilisator für einen breiten Spalt zwischen
den Armen (2 und 3) eingestellt, so daß ein Prüfling (6) leicht in
den Stabilisator eingeführt werden kann. Der Prüfling und der
Stabilisator werden dann in die Kompressionsdruck-Prüfvorrichtung
eingesetzt.
Im Betrieb wird der Materialprüfling (6), in diesem Fall ein Mehr
schichten-Kohlenstoffaserlaminat mit im Winkel zueinander ange
stellten Fasern zwischen die Eingriffseinsätze (11) eingefügt und
zwischen den Kolben (12) der Kompressionsdruck-Prüfvorrichtung
festgelegt. Die Eingriffseinsätze und die Enden des Prüflings werden
dann durch zwei gegenüberliegende hydraulische Kolben (12) mit Druck
beaufschlagt, so daß sie den Prüfling erfassen. Ein Merkmal der Ein
griffseinsätze besteht darin, daß sie durch Funkenerosion behandelte
Flächen besitzen, so daß sie in direkter Berührung mit dem Prüfling
gebracht werden können, und dies steht im Gegensatz zu bekannten
Verfahren, bei denen ein Plastik-Schutzüberzug auf die Enden des
Prüflings aufgeklebt werden muß, um zu verhindern, daß der Prüfling
durch die Eingriffseinsätze eingedrückt wird und Fehler infolge der
örtlichen, von den Eingriffseinsätzen herrührenden Drücken auftreten.
Die neuartigen Funken erodierten Eingriffseinsätze schaffen die
Möglichkeit, derartige Schutzzwischenlagen wegfallen zu lassen,
wodurch Zeit und Kosten zur Vorbereitung der Prüflinge eingespart
werden.
Wenn der Prüfling an Ort und Stelle befindlich ist, wird der
Stabilisator so eingestellt, daß die abgestuften Ränder der inneren
Arme (2 und 3) in Berührung mit den Eingriffseinsätzen (11) stehen.
Die Einstellbolzen (5) werden angezogen, so daß die inneren Arme (3)
in enge Berührung mit den Eingriffseinsätzen (11) gleiten und der
gesamte Stabilisatoraufbau fest getragen, aber durch die Eingriffs
einsätze nicht festgeklemmt ist, so daß die Einsätze innerhalb der
Arme (3) gleiten können, wenn der Kompressionsversuch fortschreitet.
Fig. 2 zeigt in größerem Maßstab eine Einzelheit der Fig. 1, und
sie zeigt wie ein Ende des Armes (2 ) in Berührung mit dem Eingriffs
einsatz (11) gelangt. Es ist ersichtlich, daß obgleich der Eingriffs
einsatz (11) mit dem Prüfling in Berührung kommt, der Arm (2) einen
kleinen vorbestimmten Abstand (D) gegenüber dem Prüfling besitzt,
und zwar infolge der relativen Proportionen der gestuften Ränder des
Armes (2). Der Spalt (D) ist sorgfältig so gewählt, daß der Prüfling
sich genügend ausbiegen kann, um unter Druck zusammenzubrechen, jedoch
nicht genug um sich so auszubiegen, daß der Fehler infolge der Aus
biegung erfolgt. Der Spalt (D) bleibt konstant, unabhängig davon wie
dick der Prüfling ist, und wenn beispielsweise ein dickerer Prüfling
benutzt wird, dann werden sowohl Eingriffseinsatz als auch Arm (2)
um den gleichen Abstand nach außen versetzt und der relative Spalt
zwischen den beiden bleibt konstant. So kann der Stabilisator für
unterschiedliche Prüflingsdicken benutzt werden, ohne daß es notwendig
wäre, den Mantel unterschiedlich dick zu gestalten und ohne Nachteile
im Hinblick auf die oben diskutierten Stabilisatoren mit festem Spalt.
Ein weiterer Vorteil der gestuften Enden des Stabilisators besteht
darin, daß der Stabilisator eine Verriegelung mit den Eingriffs
einsätzen in der Weise durchführt, daß eine seitliche Bewegung von
Prüfling und Stabilisator gegenüber den Eingriffseinsätzen verhindert
wird, und dadurch wird vermieden, daß der Prüfling unter einer Knick
last bricht. Herkömmliche Stabilisatoren haben gewöhnlich flache
Enden, die nicht an den Eingriffseinsätzen angreifen, und infolge
dessen können sich Prüfling und Stabilisator während der Kompression
des Prüflings bewegen. Wenn die Bewegung groß genug ist, knickt der
Prüfling und bricht an einem Ende zwischen Stabilisator und Eingriffs
einsätzen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel stehen die Seiten des
Prüflings etwas über die inneren Arme (2 und 3) vor, und die
Extensometerbrücke (7) ist an den Seiten des Prüflings durch kleine
Madenschrauben befestigt, die eine Punktberührung mit der Oberfläche
des Prüflings herstellen. Die Extensometerbrücke besitzt drei Extenso
meter, die daran befestigt sind, um die Deformation des Prüflings
während der Kompression zu messen. Zwei Dehnungswiderstände (9) messen
die Deformation des Prüflings entlang jeder Seite, und ein weiterer
Dehnungswiderstand (10) mißt Änderungen über die Breite des Prüflings
(Kontraktionskoeffizient, Poisson'sche Zahl). Die Extensometerbrücke
schafft die Möglichkeit, die gleiche Gruppe von Dehnungsmeßstreifen
an verschiedenen Prüflingen wieder zu benutzen, wodurch Dehnungs
streifen eingespart werden. Die Prüflinge können schnell in die
erfindungsgemäße Anordnung eingefügt werden, ohne daß es erforderlich
wäre, die Prüflinge vorzubereiten, wodurch Zeit und Kosten für die
Vorbereitung eingespart werden.
Claims (6)
1. Stabilisatoraufbau für eine Kompressionsdruck-Prüfvorrichtung
(1, 2, 3, 4, 5) zur Verhinderung eines vorzeitigen Bruchs eines lang
gestreckten Kompressionsprüflings (6) durch Ausknicken,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger (1, 4) einen Kanalbereich
definiert, durch den ein Prüfling (6) eingeführt wird, daß wenigstens
zwei Stabilisatorkörper (2, 3) vom Träger abgestützt werden, daß die
Stabilisatorkörper (2, 3) auf jeder Seite des eingefügten Prüflings
(6) montiert sind, daß jeder Stabilisatorkörper einen langgestreckten
Randbereich besitzt, der benachbart zu einer Länge des eingesetzten
Prüflings derart liegt, daß bei Beginn einer Ausknickung der Rand
bereich durch den Prüfling berührt wird, wodurch ein weiteres Aus
knicken verhindert ist, daß jeder Stabilisator eine solche Quer
schnittsgestalt hat, daß den Knicklasten entgegengewirkt wird, und daß
wenigstens eines der Stabilisatorpaare gegenüber dem anderen so ein
stellbar ist, daß Prüflinge unterschiedlicher Dicke aufgenommen werden
können.
2. Stabilisatoraufbau nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Träger zwei allgemein parallel im
Abstand zueinander angeordnete U-förmige Arme (1) aufweist, wobei
die Arme des U starr durch Abstandshalter (4) mit den Armen des
anderen U-Körpers verbunden sind, wobei die Basisteile der U-förmigen
Körper benachbart zueinander liegen, daß zwei allgemein parallele,
im Abstand zueinander angeordnete Paare von Stabilisierungskörpern
(2, 3) zwischen den Armen der U-Körper getragen werden, und daß ein
Stabilisatorkörper eines jeden Paares starr gegenüber dem Trägeraufbau
fixiert ist, während der andere Stabilisierungskörper jedes Paares
einstellbar ist.
3. Stabilisatoraufbau nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbaren Stabilisierungskörper
benachbart zur Basis der U-förmigen Körper liegen, und daß die Basen
mit Einstellmitteln versehen sind, um eine Einstellung zu ermöglichen.
4. Kompressionsdruck-Prüfvorrichtung für langgestreckte Prüflinge (6),
dadurch gekennzeichnet, daß zwei Paare von Eingriffsblockeinsätzen
(11) vorgesehen sind, die benachbart zu gegenüberliegenden Enden des
Prüflings (6) zu liegen kommen und in einer Prüfvorrichtung (nicht
Gegenstand der Erfindung) die Blöcke jedes Paares so anordnen, daß
sie von der Vorrichtung erfaßt und zusammengedrückt werden, wobei
die Eingriffsblöcke eines jeden Paares parallele, aber gegenüber
liegende Oberflächen aufweisen, die sich nach den Greifblöcken des
anderen Paares erstrecken, daß ein Stabilisatoraufbau gemäß einem
der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist, wobei der Randbereich
der Stabilisierungskörper eines jeden Paares (2, 3) über den Träger
aufbau vorsteht und die Vorsprünge parallele, aber entgegengesetzt
weisende Oberflächen aufweisen, die nach den Eingriffsblöcken (11)
hin verlaufen, aber entgegengesetzt nach den parallelen Oberflächen
weisen, die darauf angeordnet sind, so daß die Oberflächen der Ein
griffsblöcke und die Oberflächen der Stabilisierungskörper gleitbar
aneinander angreifen, wodurch eine Abstützung für den Stabilisator
aufbau und den Prüfling während der Kompressionsprüfung bewirkt wird,
ohne daß eine gegenseitige Störung eintritt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die gleitbar miteinander zusammenwirken
den Oberflächen der Greifblöcke (11) und der Stabilisierungskörper
(2, 3) derart bezüglich der Randbereiche der Stabilisierungskörper
angeordnet sind, daß die Stabilisierungsrandbereiche in einem gewählten
Abstand zu dem nicht beanspruchten Prüfling stehen, und zwar unab
hängig von der Dicke des Prüflings.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Eingriffsblöcke (11),
die am Prüfling angreifen, eine aufgerauhte, durch Funkenerosion
gebildete Oberfläche aufweisen, um den Griff zu verbessern.
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