DE3741429A1

DE3741429A1 - Vorrichtung zur durchfuehrung von werkstoffpruefungen

Info

Publication number: DE3741429A1
Application number: DE19873741429
Authority: DE
Inventors: Guenter Mueller
Original assignee: Zwick GmbH and Co
Current assignee: Zwick GmbH and Co
Priority date: 1987-12-08
Filing date: 1987-12-08
Publication date: 1989-06-22

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Werkstoffprüfungen, insbesondere zur Messung von Längen- und/oder Breitenänderungen bzw. von ein- oder mehrdimensionalen Verformungen an in einer Spann- oder Haltevorrichtung eingespannten Werkstoffproben, die dazu mit der Längen- und/oder Breitenbestimmung dienenden, durch optische Meßaufnehmer abtastbaren Markierungen versehen sein können.

Derartige Vorrichtungen sind insbes. als Universal-Prüfmaschinen bekannt, die die Untersuchung praktisch aller festen Werkstoffe in Zug-, Druck-, Biege und Wechsellast-Beanspruchung ermöglichen. Die Erfassung der Dimensionsänderungen auf optischem Wege bringt dabei den Vorteil mit sich, auf das Ansetzen von mit Probenklemmen versehenen, mechanisch arbeitenden Wegaufnehmern verzichten zu können, so daß eine berührungslose und somit absolut rückwirkungsfreie Messung der Längen- bzw. Breitenänderung an der Probe möglich ist.

Häufig sind jedoch auch Untersuchungen der Materialeigenschaften bei gegenüber der Raumtemperatur höheren oder tieferen Temperaturen erforderlich. Dann ist es notwendig, die Werkstoffprobe selbst und darüber hinaus in der Regel auch die Spann- oder Haltevorrichtung entsprechend der gewünschten Temperatur zu kühlen bzw. zu erwärmen, wobei die Meßaufnehmer diesen Temperatureinflüssen möglichst nicht ausgesetzt sein sollten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Werkstoffproben entsprechend den geforderten Meßbedingungen insbes. homogen aufgeheizt bzw. abgekühlt werden können, ohne daß die Werkstoffproben dadurch zusätzlichen Einflüssen unterworfen werden, und daß ferner hierdurch die Längen- und/oder Breitenbestimmung über die optischen Meßaufnehmer nicht beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Spann- oder Haltevorrichtung in einer heiz- und/oder kühlbaren Klimakammer angeordnet ist, die zur Längen- bzw. Breitenmessung der Werkstoffprobe durch die außerhalb der Klimakammer angeordneten Meßaufnehmer mit einem optisch transparenten Fenster versehen ist, das bei Kühlung der Klimakammer bedarfsweise beheizbar ist.

In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht das Fenster aus zwei im wesentlichen planparallel angeordneten Scheiben, die zwischen sich einen geschlossenen Strömungskanal für ein gasförmiges oder flüssiges Heizmedium bilden, der über Verbindungsleitungen an ein Heiz- und Umwälzaggregat für das Heizmedium angeschlossen ist.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster von einer Infrarotstrahlung absorbierenden Scheibenanordnung gebildet ist, die von einem oder mehreren, außerhalb der Klimakammer angeordneten Infrarot-Strahlungsheizelementen angestrahlt wird.

Schließlich kann im Rahmen der Erfindung eine solche Ausbildung von Vorteil sein, bei der das Fenster von einer Scheibenanordnung gebildet ist, die mit einer optisch transparenten, sich im wesentlichen über die gesamte Fensterfläche erstreckenden elektrischen Widerstandsschicht versehen ist, die von einer geregelten Stromversorgung gespeist wird.

Dabei kann die Widerstandsschicht die Scheibenanordnung ganzflächig bedecken, wobei an zwei sich gegenüberstehenden Rändern der Widerstandsschicht Anschlußleisten für die Stromversorgung vorgesehen sind.

Ebenso ist es jedoch möglich, daß die Widerstandsschicht in Form von Widerstandsbahnen auf die Scheibenanordnung aufgebracht ist, wobei die Widerstandsbahnen als parallele Leiterstreifen oder mäanderförmig angeordnet sein können.

In jedem Fall empfiehlt es sich, daß die Widerstandsschicht aus der flüssigen oder gasförmigen Phase (CVD/PVD-Verfahren), durch Dickfilm- oder Dünnfilmtechnologie oder im Vakuum-Verfahren (Aufdampfen, Kathodenzerstäubung) aufgebracht ist, da hierdurch besonders gleichmäßige Widerstandsschichten erzielt werden.

Es hat sich ferner im Hinblick auf die gewünschte optische Transparenz als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Widerstandsschicht von einem Metalloxid oder einem Gemisch von Metalloxiden gebildet ist.

Hierbei kann die Widerstandsschicht vorzugsweise von Indium-Zinn-Oxid gebildet sein, das durch Kathodenzerstäubung auf die Scheibenanordnung aufgesputtert ist.

Im folgenden wird die Erfindung an in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 die Vorrichtung nach der Erfindung in nur teilwei ser und schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung in der Fig. 1 entsprechender Darstellung.

Die in der Zeichnung nur teilweise dargestellte Vorrichtung dient zur Durchführung von Werkstoffprüfungen, insbesondere zur Messung von Längen- und/oder Breitenänderungen an in einer Spann- oder Haltevorrichtung eingespannten Werkstoffproben 1. Dazu ist die Vorrichtung mit zwei in der Zeichnung nur angedeuteten Spannköpfen 2 versehen, die in nicht näher dargestellter Weise an auf Führungssäulen geführten und durch Antriebsspindeln verstellbaren Traversen angeschlossen sein können. Solche Vorrichtungen ermöglichen die Untersuchung von festen Werkstoffen unter Beanspruchung der Proben 1 auf Zug, Druck, Biege- und Wechsellast und sind in der Regel als Universal-Prüfmaschinen bekannt.

Um die Dimensionsänderungen der Werkstoffproben 1 unter Belastung berührungslos und somit absolut rückwirkungsfrei durchführen zu können, werden bedarfsweise statt der mechanisch arbeitenden, an die Probe 1 anzusetzenden Wegaufnehmer neuerdings optische Meßaufnehmer 4 eingesetzt, die an der Probe angebrachte Markierungen kontinuierlich optisch abtasten und aus deren Abstand die Dimensionsänderungen ermitteln.

Zur Durchführung von solchen Messungen bei gegenüber Raumbedingungen erhöhten oder verringerten Temperaturen ist die Spann- oder Haltevorrichtung in einer heizund/oder kühlbaren, in der Zeichnung ebenfalls nicht im einzelnen wiedergegebenen Klimakammer 3 angeordnet, die zur Längen- bzw. Breitenmessung der Werkstoffprobe 1 durch die außerhalb der Klimakammer 3 angeordneten Meßaufnehmer 4 mit einem optisch transparenten Fenster 5 versehen ist. Auf diese Weise wird der Vorteil erreicht, daß der optische Meßaufnehmer 4 keiner die Meßgenauigkeit u. U. beeinflussenden thermischen Wechsellast ausgesetzt wird.

Um beim Abkühlen der Klimakammer 3 ein Beschlagen des optisch transparenten Fensters 5 zu verhindern, wodurch die Abtastung der Markierungen an der Probe 1 erschwert oder sogar unmöglich würde, kann das Fenster 5 bedarfsweise beheizbar sein.

In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform besteht das Fenster 5 aus zwei im wesentlichen planparallel angeordneten Scheiben 5.1, 5.2, die zwischen sich einen geschlossenen Strömungskanal 6 für ein gasförmiges oder flüssiges Heizmedium bilden, der über Verbindungsleitungen 7 an ein Heiz-, und Umwälzaggregat 7.1 für das Heizmedium angeschlossen ist.

In Fig. 2 ist dagegen das Fenster 5 von einer Infrarotstrahlung absorbierenden Scheibenanordnung gebildet, die von einem oder mehreren, außerhalb der Klimakammer 3 angeordneten Infrarot-Strahlungsheizelementen 10 angestrahlt wird.

Eine weitere sehr vorteilhafte Möglichkeit ist in Fig. 3 dargestellt, bei der das Fenster 5 von einer Scheibenanordnung gebildet ist, die mit einer optisch transparenten, sich im wesentlichen über die gesamte Fensterfläche erstreckenden elektrischen Widerstandsschicht 8 versehen ist. Zur Speisung der Widerstandsschicht 8 kann eine übliche geregelte Stromversorgung 9 dienen.

Die Widerstandsschicht 8 kann die Scheibenanordnung entweder ganzflächig bedecken, wobei dann an zwei sich gegenüber stehenden Rändern 8.1 der Widerstandsschicht 8 Anschlußleisten für die Stromversorgung vorgesehen sind. Ebenso kann die Widerstandsschicht 8 aber auch in Form von Widerstandsbahnen auf die Scheibenanordnung angebracht sein, wobei dann die Widerstandsbahnen entweder als parallele Leiterstreifen oder aber auch mäanderförmig angeordnet sein können.

Die Widerstandsschicht 8 kann aus der flüssigen oder gasförmigen Phase (CVD/PVD-Verfahren), durch Dickfilm oder Dünnfilmtechnologie oder im Vakuumverfahren (Aufdampfen, Kathodenzerstäubung) aufgebracht und zwischen zwei Scheiben geschützt angeordnet sein.

Als optisch transparente, zugleich elektrisch leitende Materialien empfehlen sich hierfür insbesondere Metalloxide. Als vorteilhaft haben sich hierbei Widerstandsschichten von Indium-Zinn-Oxid herausgestellt, die durch Kathodenzerstäubung auf die Scheibenanordnung aufgesputtert sind.

Claims

1. Vorrichtung zur Durchführung von Werkstoffprüfungen, insbesondere zur Messung von Längen- und/oder Breitenänderungen bzw. von ein- oder mehrdimensionalen Verformungen an in einer Spann- oder Haltevorrichtung eingespannten Werkstoffproben, die dazu mit der Längen und/oder Breitenbestimmung dienenden, durch optische Meßaufnehmer abtastbaren Markierungen versehen sein können, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannoder Haltevorrichtung in einer heiz- und/oder kühlbaren Klimakammer (3) angeordnet ist, die zur Längen- bzw. Breitenmessung der Werkstoffprobe (1) durch die außerhalb der Klimakammer (3) angeordneten Meßaufnehmer (4) mit einem optisch transparenten Fenster (5) versehen ist, das bei Kühlung der Klimakammer (3) bedarfsweise beheizbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (5) aus zwei im wesentlichen planparallel angeordneten Scheiben (5.1, 5.2) besteht, die zwischen sich einen geschlossenen Strömungskanal (6) für ein gasförmiges oder flüssiges Heizmedium bilden, der über Verbindungsleitungen (7) an ein Heiz- und Umwälzaggregat (7.1) für das Heizmedium angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (5) von einer Infrarotstrahlung absorbierenden Scheibenanordnung gebildet ist, die von einem oder mehreren, außerhalb der Klimakammer (3) angeordneten Infrarot-Strahlungsheizelementen (10) angestrahlt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (5) von einer Scheibenanordnung gebildet ist, die mit einer optisch transparenten, sich im wesentlichen über die gesamte Fensterfläche erstreckenden elektrischen Widerstandsschicht (8) versehen ist, die von einer geregelten Stromversorgung (9) gespeist wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (8) die Scheibenanordnung ganzflächig bedeckt, wobei an zwei sich gegenüberstehenden Rändern (8.1) der Widerstandsschicht (8) Anschlußleisten für die Stromversorgung (9) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (8) in Form von Widerstandsbahnen auf die Scheibenanordnung aufgebracht ist, wobei die Widerstandsbahnen als parallele Leiterstreifen oder mäanderförmig angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (8) aus der flüssigen oder gasförmigen Phase (CVD/PVD-Verfahren), durch Dickfilm- oder Dünnfilmtechnologie oder im Vakuum-Verfahren (Aufdampfen oder Kathodenzerstäubung) aufgebracht ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (8) von einem Metalloxid oder einem Gemisch von Metalloxiden gebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (8) von Indium-Zinn-Oxid gebildet ist, das durch Kathodenzerstäubung auf die Scheibenanordnung aufgesputtert ist.