DE3735484A1 - Stabilisatoraufbau fuer eine kompressionsdruck-pruefvorrichtung - Google Patents

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.