DE3819980A1 - Vorrichtung zur pruefung der biegesteifigkeit bzw. -festigkeit und/oder der elastischen rueckfederung von stabmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung der Biegesteifigkeit bzw. -festigkeit und/oder der elastischen Rückfederung von Stabmaterial mit relativ geringen Quer­ schnittsabmessungen, wie Draht, oder hieraus gefertigten Verbindungselementen, bei welcher ein Stabmaterial-Abschnitt auf einem Teil seiner Länge in einem auf einem Unterbau ruhenden Spannfutter festlegbar ist, während der über das Spannfutter vorstehende Teil des Stabmaterial-Abschnitt frei in die Bewegungsbahn eines am Unterbau geführten Biegeele­ mentes hineinragt. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer gattungsgemäßen Vorrichtung zur Prüfung von Nä­ geln, wie sie für die Herstellung der Fügeverbindungen von aus Brettern und Klötzen gebildeten Vierweg-Flachpaletten benötigt werden. Derartige Vierweg-Flachpaletten wie auch die für deren Zusammenbau zum Einsatz gelangenden Befesti­ gungselemente müssen nämlich einer Gütenorm genügen, die in einem vom internationalen Eisenbahnverband (UIC) herausgege­ benen Merkblatt Nr. 435-2/V festgelegt ist. Zusätzlich zu diesem UIC-Merkblatt Nr. 435-2/V befindet sich derzeit eine ISO-Norm in Vorbereitung, die eine Ergänzung zu der All­ zweck-Flachpalette für den durchgehenden Güterverkehr be­ treffenden ISO-Norm 8611 bilden und dabei Methoden für das Prüfen von Nägeln, Drahtklammern, Schrauben und sonstigen Befestigungselementen bilden soll, wie sie für die Herstel­ lung von Paletten verwendet werden. Diese in Vorbereitung befindliche ISO-Norm bestimmt dabei auch die Prüfung der Biegesteifigkeit bzw. -festigkeit für die Verbindungselemen­ te, wie bspw. Nägel oder dergleichen.

Es gehört bereits eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Prü­ fung der Biegesteifigkeit bzw. -festigkeit von Nägeln - der sogenannte Miband-Nagelprüfer - zum Stand der Technik.

Die bekannte Prüfvorrichtung besteht aus einem Ständerfuß, auf dem eine vertikale Führungssäule montiert ist. An dieser Führungssäule ist oberhalb des Ständerfußes ein Spannfutter verankert, in den das zu prüfende Befestigungselement, ins­ besondere ein Nagel, so eingespannt wird, daß er mit seinem Kopf der Führungssäule zugewendet ist und dabei mit einem gewissen Längenabschnitt frei über das Spannfutter vorsteht. Längs der Führungssäule ist ein Fallgewicht beweglich, wel­ ches aus einer vorbestimmten Höhe auf den freien Abschnitt des Befestigungselementes, bspw. Nagels, herabfallen kann und diesen dann verbiegt. Aus dem sich dabei ergebenden Biegewinkel des freien Längenabschnitts gegenüber dem im Spannfutter fixierten Längenabschnitt kann dann jeweils die Biegesteifigkeit bzw. -festigkeit des betreffenden Befesti­ gungselementes abgeleitet werden.

Die bekannte Prüfvorrichtung ist relativ aufwendig und schwergewichtig ausgeführt und daher nicht ohne weiteres für einen mobilen Einsatz geeignet.

Nachteilig ist aber auch, daß nach Durchführung der Fallge­ wichts-Prüfung erst noch der jeweilige Biegewinkel des ge­ prüften Befestigungselementes, insbesondere Nagels, ermit­ telt werden muß, bevor hieraus, bspw. anhand von verfügbaren Tabellen, die Biegesteifigkeit bzw. -festigkeit abgeleitet werden kann.

Zweck der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Prüfvorrichtung mit einfachen Mitteln zu vermeiden. Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Prüfvorrich­ tung der gattungsgemäßen Art so aufzubauen, daß sie mit geringen Abmessungen und niedrigem Gewicht erstellt werden kann und darüber hinaus geeignet ist, unmittelbar Meßwerte aufzuzeigen, aus denen sich dann die Biegesteifigkeit bzw. -festigkeit und/oder die elastische Rückfederung des jeweils geprüften Befestigungselementes ohne weiteres ableiten läßt.

Die Lösung dieser Aufgabe wird - nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 - in erster Linie dadurch gelöst, daß das Biege­ element aus einem auf dem Unterbau um eine etwa normal zur Längsachse des eingespannten Stabmaterial-Abschnittes ver­ laufende Achse verschwenkbar gelagerten, zweiarmigen Hebel besteht, dessen einer Hebelarm als Lasthebelarm mit einer Druckfläche seitlich am freien Stabmaterial-Abschnitt an­ setzbar ist, während der andere Hebelarm einen Drehmoment­ messer enthält und den durch eine Stellkraft betätigbaren Krafthebelarm bildet.

Eine Prüfvorrichtung mit diesen Merkmalen kann mit relativ kleinen Abmessungen und verhältnismäßig geringem Gewicht gebaut werden. Sie ist daher leicht transportfähig und folg­ lich auch für den mobilen Prüfeinsatz bestens geeignet.

Die Prüfeinwirkung des zweiarmigen Hebels auf den jeweiligen Stabmaterial-Abschnitt findet so lange statt, bis die Druck­ fläche des Lasthebelarms mit dem Stabmaterial-Abschnitt außer Wirkeingriff gelangt. Aus dem dann am Drehmomentmesser anstehenden - höchsten - Meßwert läßt sich dann unmittelbar, d.h. ohne weitere Manipulationen am Prüfling, dessen Biege­ steifigkeit bzw. -festigkeit ableiten.

Eine besonders einfache und zweckmäßige Bauart der erfin­ dungsgemäßen Prüfvorrichtung wird - gemäß Anspruch 2 - da­ durch geschaffen, daß der Krafthebelarm des zweiarmigen Hebels einen Handgriff zur manuellen Betätigung aufweist. Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn - nach Anspruch 3 - der das Spannfutter tragende und den zweiarmigen Hebel lagernde Unterbau aus einer mit Stützfüßen oder dergleichen versehenen Platte besteht, die ebenfalls mit einem Handgriff zur manuellen Betätigung versehen ist.

Auch die Maßnahmen der Ansprüche 2 und 3 tragen also in vorteilhafter Weise zu einer mobilen Einsatzfähigkeit der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung bei.

Bewährt hat es sich nach der Erfindung in besonderer Weise, wenn - gemäß Anspruch 4 - der den Drehmomentmesser enthal­ tende Krafthebelarm lösbar, z.B. über eine Mehrkantnuß mit dem Lasthebelarm gekuppelt ist und dabei die Kupplungsstelle mit der Lagerachse für den zweiarmigen Hebel am Unterbau fluchtet. In diesem Falle besteht die besonders vorteilhafte Möglichkeit darin, zur Bedienung der Prüfvorrichtung einen handelsüblichen Drehmomentschlüssel in Gebrauch zu nehmen.

Damit eine einwandfreie Ermittlung der jeweiligen Meßwerte gewährleistet ist, wird erfindungsgemäß - nach Anspruch 5 - vorgesehen, daß der Drehmomentmesser ein Schleppzeiger-An­ zeigeinstrument aufweist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird - gemäß An­ spruch 6 - vorgeschlagen, daß der Krafthebelarm zum Lasthe­ belarm des zweiarmigen Hebels eine von 180° abweichende Winkellage aufweist, wobei er sich vorzugsweise unter einem Winkel von 135° hierzu erstrecken sollte. Die manuelle Be­ dienbarkeit der Prüfvorrichtung wird hierdurch erleichtert, weil nämlich bei der manuellen Durchführung des Prüfvorgangs der Handgriff des zweiarmigen Hebels und der Handgriff des Unterbaus gewissermaßen zangenartig aufeinander zu bewegt werden können.

Als besonders vorteilhaft hat es sich darüber hinaus aber auch erwiesen, wenn - nach Anspruch 7 - die Druckfläche am Lasthebelarm von einer frei drehbar in diesem gelagerten Rolle gebildet ist, die während der Verbiegung des frei auskragenden Stabmaterial-Abschnittes an diesem abgewälzt wird, bis sie hiermit außer Wirkeingriff gelangt. Es hat sich herausgestellt, daß besonders exakte Meßergebnisse erzielt werden können, wenn erfindungsgemäß - nach Anspruch 8 - der Lasthebelarm in seiner Ausgangslage bei noch geradem Stabmaterial-Abschnitt wenigstens annähernd parallel zur Stabmaterialachse ausgerichtet ist.

Als wichtig hat es sich aber auch gezeigt, daß - gemäß An­ spruch 8 - das freie Ende des Lasthebelarms in dessen Aus­ gangslage einen vorbestimmten Abstand von denjenigen Endflä­ chen des Spannfutters hat, über die das freie Teilstück des Stabmaterial-Abschnitts hinausragt. Das Biegeverhalten des Stabmaterial-Abschnittes in dem unmittelbar an das Spannfut­ ter anschließenden Bereich ist hierdurch optimal, so daß Beeinträchtigungen der Meßergebnisse des Drehmomentmessers nicht auftreten können.

Eine für den praktischen Einsatz bevorzugte Ausführung der gattungsgemäßen Prüfvorrichtung wird erhalten, wenn erfin­ dungsgemäß - nach Anspruch 10 - die Druckfläche des Lasthe­ belarms aus einer seitwärts vorspringenden Drucknase am Armende besteht, die mit einer bogenförmigen Begrenzungs­ fläche versehen ist und dabei einen Bogenradius hat, welcher im Verhältnis zur Wirklänge des Lasthebelarms relativ klein bemessen ist, z.B. bei 1 : 30 bis 1 : 40 liegt.

Durch diese Maßnahmen wird der Vorteil erreicht, daß die größte Kraft nur zu Beginn der Prüfung wirkt, während sie mit zunehmendem Schwenkwinkel des Lasthebelarms abnimmt, weil der Lastangriffspunkt am Prüfgegenstand, also dem ein­ gespannten Stabmaterial-Abschnitt bzw. Nagel, zur Drehachse hin wandert.

Damit der Lasthebelarm während des Prüfvorgangs immer nur durch seine Drucknase auf den eingespannten Stabmaterial- Abschnitt einwirken kann, also keine anderen Berührungsflä­ chen hiermit bildet, welche das Meßergebnis beeinträchtigen könnten, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung - gemäß Anspruch 11 - vorgesehen, daß die freie Endfläche des Last­ hebelarms sich von der Drucknase aus in einer Richtung er­ streckt, die sich stetig der Achse des zweiarmigen Hebels nähert.

Ein anderes, wichtiges Auslegungsmerkmal der erfindungsge­ mäßen Prüfvorrichtung wird - nach Anspruch 12 - auch noch darin gesehen, daß die ortsfeste Spannbacke des Spannfutters mit ihrer Spannfläche bzw. ihrem Prismeneinschnitt auf einer Ebene liegt, die in der Grund- bzw. Ausgangsstellung des Lasthebelarms von dessen Drucknase tangiert ist. Hierdurch wird erreicht, daß der Ausgangs-Lastangriffspunkt am Prüf­ gegenstand, also am eingespannten Stabmaterial-Abschnitt bzw. Nagel auch bei unterschiedlichen Materialquerschnitten wenigstens annähernd gleich bleibt. Selbstverständlich ist hierfür Voraussetzung, daß die zugehörige, verstellbare Spannbacke des Spannfutters eine exakte Führung an der Plat­ te des Unterbaus der Prüfvorrichtung erhält.

Nach der Erfindung ist - gemäß Anspruch 13 - noch vorgese­ hen, daß zumindest dem Lasthebelarm ein Winkelmesser zuge­ ordnet ist, der aus einer Winkelgrad-Skala und einem Zeiger besteht, wobei die Winkelgrad-Skala konzentrisch zur Achse des zweiarmigen Hebels, z.B. ortsfest auf dem Unterbau, angeordnet ist und der Zeiger, vorzugsweise mit dem Lasthe­ belarm, entlang der Peripherie der Winkelgrad-Skala verla­ gerbar ist.

Vielfach kann es sich nach der Erfindung auch als vorteil­ haft erweisen, wenn - gemäß Anspruch 14 - mehrere, und zwar mindestens zwei Lasthebelarme vorgesehen sowie relativ zum Krafthebelarm umsteckbar angeordnet sind, wobei jeder dieser Lasthebelarme wahlweise um die Achse in die dem Spannfutter benachbarte Arbeitsposition stellbar ist.

Nach Anspruch 15 schlägt die Erfindung schließlich vor, daß die verschiedenen Lasthebelarme mit unterschiedlichen Druck­ flächen versehen sind.

Nach einer bevorzugten Weiterbildungsmöglichkeit der Erfin­ dung ist - gemäß Anspruch 16 - noch vorgeschlagen, daß dem Lasthebelarm ein Winkelmesser zugeordnet und dieser oberhalb des Spannfutters für den Stabmaterialabschnitt vorgesehen ist, daß dieser Winkelmesser aus einer Winkelgradskala und einem relativ zu diesem verschwenkbaren Zeiger besteht, daß die Schwenkachse des Zeigers mit dem Zentrum der Winkelgrad­ skala die Knickstelle des Stabmaterialabschnitts vor den Endflächen des Spannfutters schneidet, und daß der Zeiger des Winkelmessers über einen Auslegerarm mit Abstand von der Knickstelle mit dem Umfang des Stabmaterialabschnitts in Mitnehmer-Kontaktberührung bringbar ist.

Dabei ist es - nach Anspruch 17 - zweckmäßig, wenn der Zei­ ger als bremsbarer Schleppzeiger ausgebildet wird, dem - gemäß Anspruch 18 - mindestens eine durch eine Klemmutter auf der Schwenkachse verspannbare Bremsscheibe zugeordnet ist.

Eine andere wichtige Ausgestaltungsmaßnahme dieser Vorrich­ tung wird - gemäß Anspruch 18 - darin gesehen, daß der Aus­ legerarm eine Justierschraube trägt, über die der Abstand zwischen der Zeiger-Längsmittelebene und dem Umfang des zu prüfenden Stabmaterialabschnitts einstellbar und überbrück­ bar ist. Eine exakte Abstimmung des in seiner Nullage be­ findlichen Zeigers auf unterschiedliche Durchmesser der zu prüfenden Stabmaterialabschnitte ist hierdurch gewährlei­ stet.

Es hat sich erfindungsgemäß bewährt, wenn - nach Anspruch 20 - der Winkelmesser an der ortsfesten Spannbacke und/oder dem ortsfesten Widerlager des Spannfutters montiert wird.

Schließlich liegt ein Merkmal der Erfindung - nach Anspruch 21 - auch noch darin, daß der Unterbau der Prüfvorrichtung durch eine Klemmzwinge an einer Stützauflage, bspw. einer Tischplatte, festlegbar ist.

Anhand der Zeichnung wird der Gegenstand der Erfindung nach­ folgend als Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Prüfvorrichtung in räumlicher Ansichtsdar­ stellung und

Fig. 2 die Prüfvorrichtung in der Draufsicht, während

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Draufsicht auf eine besonders bevorzugte Ausführungsform einer Prüf­ vorrichtung wiedergibt, und in

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Draufsicht auf eine weiter abgewandelte Ausführungsform einer Prüfvor­ richtung dargestellt ist, darüber hinaus ist in

Fig. 5 eine den Fig. 2 bis 4 entsprechende Draufsicht einer noch anderen Ausführungsform für eine Prüf­ vorrichtung aufgezeigt und in

Fig. 6 ein Schnitt entlang der Linie VI-VI durch die Prüfvorrichtung nach Fig. 5.

Die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele der Prüfvorrichtung haben als Unterbau eine relativ flache Plat­ te, die an ihren beiden Enden jeweils einen quer verlaufen­ den, leistenartigen Stützfuß aufweist.

Auf der Oberseite der Platte 1 ist, nahe einem Ende dersel­ ben, ein Spannfutter 3 montiert, das eine ortsfeste Spann­ backe 4, eine verstellbare Spannbacke 5 und ein ortsfestes Widerlager 6 umfaßt, in dem die mit Gewinde 7 versehene Spannspindel 8 für die verstellbare Spannbacke 5 gehalten ist. Zur manuellen Betätigung der Spannspindel 8 ist diese an ihrem freien Ende mit einem Drehknebel 9 versehen, der vorzugsweise über die Längsseite der Platte 1 des Unterbaus vorsteht, wie das ohne weiteres aus der Zeichnung ersicht­ lich ist.

Die einander zugewendeten Spannflächen der beiden Spannbac­ ken 4 und 5 sind jeweils mit prismenförmigen Einschnitten 10 und 11 versehen, in denen ein zu prüfender Stabmaterial-Ab­ schnitt, gemäß den Fig. 1 und 2 bspw. ein Nagel 12 ausge­ richtet und festgespannt werden kann.

Der Stabmaterial-Abschnitt bzw. Nagel 12 wird dabei so im Spannfutter 3 angeordnet, daß ein bestimmtes Teilstück 13 desselben frei über die Endflächen 14 und 15 der beiden Spannbacken hinausragt, wie das deutlich in Fig. 2 zu sehen ist.

Mit bestimmtem Abstand 16 vor den Endflächen 14 und 15 des Spannfutters 3 ist auf der Platte 1 des Unterbaus um eine ortsfeste Achse 17, die sich rechtwinklig zur Längsachse des Stabmaterial-Abschnitts bzw. Nagels 12 erstreckt, ein zweiar­ miger Hebel 18 verschwenkbar gelagert. Dabei weist dieser zweiarmige Hebel 18 einen kurzen Hebelarm 19 und einen lan­ gen Hebelarm 20 auf.

Der kurze Hebelarm 19 hat dabei eine Länge 21, die kleiner bemessen ist als der Abstand 16 der Achse 17 von den Endflä­ chen 14 und 15 der beiden Spannbacken 4 und 5. Deshalb hat der kurze Hebelarm 19 immer, d.h. in jeder möglichen Schwenklage, einen gewissen Mindestabstand von den Endflä­ chen 14 und 15 der beiden Spannbacken 4 und 5.

Im kurzen Hebelarm 19 ist innerhalb eines Gabelschlitzes 22 am freien Ende eine Rolle 23 frei drehbar gelagert, und zwar so, daß sie mit dem kurzen Hebelarm 19 auf einer Ebene ver­ schwenkt wird, die sich ständig mit der Einspannebene des Stabmaterial-Abschnittes bzw. Nagels 12 deckt. Der Umfang der Rolle 23 kann dabei als Druckfläche mit dem frei auskra­ genden Teilstück 13 des Stabmaterial-Abschnittes bzw. Nagels 12 zusammenwirken.

In der Grundstellung der Prüfvorrichtung ist der kurze He­ belarm 19 des zweiarmigen Hebels 18 wenigstens annähernd parallel zur Längsachse des Stabmaterial-Abschnitts bzw. Nagels 12 ausgerichetet, wie das die Fig. 2 der Zeichnung deutlich zeigt. Dabei liegt der die Druckfläche bildende Umfang der Rolle 23 seitlich neben dem kurzen Hebelarm 19 am Umfang des Stabmaterial-Abschnittes bzw. Nagels 12 an. Der lange Hebelarm 20 schließt sich unter einem von 180° abwei­ chenden Winkel, bspw. unter 135°, an den kurzen Hebelarm 19 an, wie das besonders deutlich aus Fig. 2 hervorgeht. Das freie Ende des langen Hebelarms 20 ist mit einem Handgriff 24 ausgestattet und ein ähnlicher Handgriff 25 greift über eine Verbindungsstange 26 an dem dem Spannfutter 3 abgewen­ deten Ende der Platte an, wie das die Fig. 1 erkennen läßt.

Der lange Hebelarm 20 wird von einem Drehmomentmesser gebil­ det, welcher u.a. auch ein Schleppzeiger-Anzeigeinstrument 27 umfaßt, welches in Fig. 1 der Zeichnung zu sehen ist.

Der auch als Drehmomentmesser ausgelegte Hebelarm 20 des zweiarmigen Hebels 18 bildet den Krafthebelarm, durch wel­ chen der als Lasthebelarm wirkende kurze Hebelarm 19 um die ortsfeste Lagerachse 17 der Platte 1 verschwenkt werden kann, und zwar in der Regel aus der in Fig. 2 durch voll ausgezogene Linien angedeuteten Grund- bzw. Ausgangsstellung in die dort durch strichpunktierte Linien angedeutete End­ stellung. Bei dieser Schwenkbewegung des zweiarmigen Hebels 18 findet eine Biegeverformung des frei auskragenden Längen­ abschnitts 13 am Stabmaterial-Abschnitt bzw. Nagel 12 statt. Dieser wird dabei aus der durch voll ausgezogene Linien angedeuteten Strecklage in die durch strichpunktierte Linien wiedergegebene Winkellage unmittelbar hinter den Endflächen 14 und 15 der Spannbacken 4 und 5 abgebogen. Während des Abbiegens wälzt sich dabei die vom Umfang der Rolle 23 ge­ bildete Druckfläche entlang dem Stabmaterial-Abschnitt bzw. Nagel 12 ab, bis die Berührungsfläche zwischen der Rolle 23 und dem Stabmaterial-Abschnitt bzw. Nagel 12 vor dem freien Ende des als Lasthebelarm wirkenden kurzen Hebelarms 19 liegt.

Das während des Biegevorgangs am Drehmomentmesser des Kraft­ hebelarms 20 wirksam werdende, höchste Drehmoment wird von dessen Schleppzeiger-Anzeigeinstrument 27 angezeigt und durch den Schleppzeiger so fixiert, daß es auch noch nach Beendigung des Prüfvorgangs sicher abgelesen werden kann. Das vom Schleppzeiger des Schleppzeiger-Anzeigeinstrumentes 27 angezeigte Drehmoment ist dabei ein Maß für die Biege­ steifigkeit bzw. -festigkeit des jeweils geprüften Stabma­ terial-Abschnittes bzw. Nagels 12.

Es liegt auf der Hand, den kurzen bzw. Lasthebelarm 19 und den langen bzw. Krafthebelarm des zweiarmigen Hebels 18 zweiteilig auszuführen und dabei den mit dem Drehmomentmes­ ser vereinigten Krafthebelarm 20, bspw. über eine Mehrkant­ nuß mit dem kurzen Lasthebelarm 19 lösbar zu kuppeln. Dabei kann die Kupplungsstelle ohne weiteres mit der Lagerachse 17 für den zweiarmigen Hebel 18 fluchten. Es ist dann nämlich auf einfache Art und Weise möglich, als langen Krafthebelarm 20 einen handelsüblichen Drehmomentschlüssel in Benutzung zu nehmen.

Wenn besonders exakte Prüfergebnisse gefordert werden, emp­ fiehlt es sich, die Prüfvorrichtung nach den Fig. 1 und 2 in der Art und Weise weiterzubilden, wie das in Fig. 3 zu sehen ist.

Dort hat der den Lasthebelarm bildende kurze Hebelarm 19 des zweiarmigen Hebels 18 als Druckfläche anstelle der Rolle 23 eine seitwärts vorspringende Drucknase 28, die sich am äu­ ßersten Armende befindet und dabei mit einer bogenförmigen Begrenzungsfläche 29 versehen ist. Der Bogenradius dieser bogenförmigen Begrenzungsfläche 29 ist dabei im Verhältnis zur Wirklänge 30 des den Lasthebelarm bildenden kurzen He­ belarms 19 relativ klein bemessen. Als besonders brauchbar hat sich herausgestellt, wenn dieses Verhältnis in einem Bereich zwischen 1 : 30 und 1 : 40 liegt.

Durch die in Fig. 3 der Zeichnung gezeigte Ausbildung der Prüfvorrichtung wird erreicht, daß die größte Kraft nur zu Beginn des Prüfvorgangs wirkt, daß sie aber mit zunehmendem Schwenkwinkel des den Lasthebelarm bildenden kurzen Hebel­ arms 19 abnimmt, weil der Lastangriffspunkt an dem zu prü­ fenden Stabmaterial-Abschnitt bzw. Nagel 12 zur Lagerachse 17 des zweiarmigen Hebels 18 hin wandert.

Damit während des Prüfvorgangs immer nur die Drucknase 28 Kontaktberührung mit dem zu prüfenden Stabmaterial-Abschnitt bzw. Nagel 12 hat, ist die freie Endfläche 31 des kurzen Hebelarms 19 besonders ausgestaltet. Sie erstreckt sich nämlich von der Drucknase 28 aus in einer Richtung, die ihren Abstand von der Achse 17 des zweiarmigen Hebels 18 ständig verringert. Durch den gegenüber dem Drehkreis der Drucknase 28 zurückspringenden Verlauf der Endfläche 31 wird dabei gewährleistet, daß diese zu keinem Zeitpunkt während der Biegeverformung des Stabmaterial-Abschnitts bzw. Nagels 12 mit diesem in Reibungskontakt kommt.

Gegenüber dem Ausführungsbeispiel einer Prüfvorrichtung nach Fig. 1 und 2 ist bei der Prüfvorrichtung nach Fig. 3 auch noch das Spannfutter 3 auf der Oberseite der Platte 1 in einer um 180° verdrehten Lage montiert. Dort wo sich also beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 die verstell­ bare Spannbacke 5 befindet, ist bei der Bauart nach Fig. 3 die ortsfeste Spannbacke 4 montiert. Umgekehrt liegt dort also die verstellbare Spannbacke 5 an derjenigen Stelle, wo sich nach den Fig. 1 und 2 die ortsfeste Spannbacke 4 be­ findet.

Wichtig bei dieser geänderten Anordnung für das Spannfutter 3 ist dabei, daß die Spannfläche bzw. der Prismeneinschnitt 10 der ortsfesten Spannbacke 4 relativ zum zweiarmigen Hebel 18 bzw. dessen ortsfester Achse 17 auf einer Ebene liegt, welche in der in Fig. 3 durch voll ausgezogene Linien ange­ deuteten Grund- bzw. Ausgangsstellung des als Lasthebelarm wirkenden kurzen Hebelarms 19 von dessen Drucknase 28 tan­ giert wird, wie das deutlich der Fig. 3 zu entnehmen ist.

Da bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform einer Prüf­ vorrichtung der Radius für die bogenförmige Begrenzungs­ fläche 29 der Drucknase 28 am kurzen Hebelarm 19 sehr klein gewählt ist, wird bei kleinem Biegewinkel die Betätigungs­ kraft an dem als Krafthebelarm wirkenden langen Hebelarm 20 nur wenig größer, weil auch die Gleitstrecke der Drucknase 28 entlang dem sich verbiegenden Teil des Stabmaterial-Ab­ schnitts bzw. Nagels 12 ungefähr Null ist. Damit wird das größte Kraftmoment bei der Betätigung des zweiarmigen Hebels in der Grund- bzw. Ausgangsstellung des Lasthebelarms ge­ messen, wie dies auch in Fig. 3 durch voll ausgezogene Li­ nien angedeutet ist.

Durch die gegenüber den Fig. 1 und 2 um 180° gewendete An­ ordnung des Spannfutters 3 auf der Platte 1 wird sicherge­ stellt, daß der Ausgangs-Lastangriffspunkt für die Drucknase 28 des kurzen Hebelarms 19 auch bei unterschiedlichen Quer­ schnittsabmessungen des Stabmaterial-Abschnitts bzw. Nagels 12 praktisch immer der gleiche ist.

Die Arbeitsweise der Prüfvorrichtung nach Fig. 3 arbeitet für kleine Biegewinkel nach der Beziehung

F _L · l _N = F _L · l _L = F _K · l _K

bzw. nach der Formel

F _L · (l _L + r _D) = F _K · l _K.

Dabei entspricht

F _L der vom kurzen Hebelarm 19 auf dem Stabmaterial-Abschnitt bzw. Nagel 12 einwirkenden Biegekraft;
l _N dem Abstand zwischen den Endflächen 14 und 15 der beiden Spannbacken 4 und 5 und dem Lastangriffspunkt der Drucknase 28 am Stabmaterial-Abschnitt bzw. Nagel 12 der Grund- bzw. Ausgangsstellung;
l _L der Wirklänge 30 des kurzen Hebelarms 19;
l _K der Wirklänge des langen Hebelarms 20;
F _K der Betätigungskraft am langen Hebelarm 20 und
r _D dem Krümmungsradius der bogenförmigen Begrenzungsfläche 29 der Drucknase.

Es liegt natürlich auch im Rahmen der technischen Möglich­ keiten, die Prüfvorrichtung gegebenenfalls auch mit einer kraftangetriebenen Betätigungsvorrichtung auszustatten, die auch bei mobilem Einsatz problemlos an allen Einsatzorten mit der nötigen Antriebsenergie versorgt werden kann. Dabei wäre es möglich, diesen Kraftantrieb bspw. zwischen die Verbindungsstange 26 der Platte und den langen Hebelarm 20 des zweiarmigen Hebels 18 einzuschalten. Als Kraftantrieb wäre dabei besonders ein Elektroantrieb geeignet. Gegebenen­ falls könnte aber auch ein Druckluftantrieb in Benutzung genommen werden.

Die in Fig. 4 dargestellte Prüfvorrichtung hat grundsätzlich die gleiche Ausgestaltung wie die Prüfvorrichtung nach Fig. 3. Sie ist jedoch zusätzlich noch mit einem Winkelmesser 32 ausgerüstet, der aus einer konzentrisch zur Achse 17 auf der Platte 1 ortsfest angebrachten Winkelgrad-Skala 33 und einem dieser zugeordneten Zeiger 34 besteht, welcher mit dem zwei­ armigen Hebel 18 starr verbunden und demzufolge entsprechend dem Schwenkwinkel des den Lasthebelarm bildenden kurzen Hebelarms 19 um die Achse 17 verlagerbar ist. Hierdurch ist es dann möglich, den Biegewinkel für den jeweils geprüften Stabmaterial-Abschnitt bzw. Nagel 12 abzulesen bzw. zu be­ grenzen. Vielfach muß nämlich dafür Sorge getragen werden, daß der Prüfvorgang auf Biegesteifigkeit bzw. -festigkeit abgebrochen bzw. beendet wird, wenn der jeweilige Prüfling einen vorgegebenen Biegewinkel erreicht hat.

In Fig. 4 der Zeichnung ist darüber hinaus aber auch noch eine andere Ausgestaltungsmöglichkeit der Prüfvorrichtung zu sehen. Hiernach ist nämlich der das Biegeelement bildende zweiarmige Hebel 18 mit mehreren, nämlich zumindest zwei, Lasthebelarmen 19 bzw. 19′, 19′′ ausgestattet, die bauein­ heitlich, insbesondere einstückig ausgeführt sind.

Die beiden Lasthebelarme 19, 19′ und 19, 19′′ sind relativ zum Krafthebelarm 20 des zweiarmigen Hebels 18 umsteckbar angeordnet, so daß jeder derselben sich um die Achse 17 wahlweise in die dem Spannfutter 3 zugewendeten bzw. benach­ barten Arbeitspositionen voreinstellen läßt. Im Falle der Fig. 3 nimmt bspw. der Lasthebelarm 19, 19′ seine Arbeitspo­ sition relativ zum Stabmaterialabschnitt bzw. Nagel 12 ein, während demgegenüber der Lasthebelarm 19, 19′′ sich in sei­ ner unwirksamen Lage befindet.

Jeder der als Lasthebelarm 19 zur Wirkung bringbaren kurzen Hebelarme 19′ bzw. 19′′ hat bezüglich seiner Druckfläche eine andere Ausbildung. So ist nach Fig. 4 der kurze Hebel­ arm 19′ in der der Fig. 3 entsprechenden Art und Weise mit einer seitwärts vorspringenden Drucknase 28 versehen, welche eine bogenförmige Begrenzungsfläche 29 hat. Demgegenüber wird am kurzen Hebelarm 19′′ die Druckfläche vom Umfang einer Rolle 23 gebildet, wie das auch beim Ausführungsbei­ spiel der Prüfvorrichtung nach Fig. 2 der Fall ist.

Gemäß Fig. 4 ist also vorteilhaft, daß die beiden kurzen Hebelarme 19′ und 19′′ bedarfsweise als Lasthebelarm 19 in Arbeitsposition gebracht werden können und damit die Nutzung unterschiedlicher Druckflächen ermöglicht wird. So ist es bspw. denkbar, auf Stabmaterial-Abschnitte bzw. Nägel 12 von unterschiedlichem Durchmesser auch unterschiedliche Druck­ flächen einwirken zu lassen und damit optimale Prüfergebnis­ se herbeizuführen bzw. zu gewährleisten.

Die vorstehend beschriebenen Prüfvorrichtungen sollen haupt­ sächlich zur Brauchbarkeitsprüfung für Nägel benutzt werden, die bei der Herstellung der Gefügeverbindungen von aus Brettern und Klötzen gebildeten Vierweg-Flachpaletten zum Einsatz gelangen und einer Gütenorm des internationalen Eisenbahnverbandes (UIC) zu entsprechen haben. Bei dieser Brauchbarkeitsprüfung kommt es darauf an, zu ermitteln, welchen Bedingungen die Nägel bezüglich ihres Durchmessers, ihrer Festigkeit und ihrer Dehnung erfüllen müssen, damit im Bereich der Gefügeverbindung die geforderte Festigkeit von 3,0 kN sicher erreicht wird.

Selbstverständlich ist die Benutzung der Prüfvorrichtung auch überall dort möglich, wo es darauf ankommt, die Biege­ festigkeit oder -steifigkeit anderer Stabmaterial-Abschnit­ te, bspw. von Draht, Profilmaterial oder dergleichen zu messen.

Die Fig. 5 und 6 der Zeichnung zeigen eine Prüfvorrich­ tung, die aus derjenigen nach Fig. 4 weitergebildet ist.

Diese unterscheidet sich von jener grundsätzlich durch eine andere Zuordnung eines Winkelmessers 35.

Der Winkelmesser 35 besteht dabei ebenfalls aus einer Win­ kelgradskala 36 und einem relativ zu dieser verschwenkbar gelagerten Zeiger 37.

Dabei ist der Winkelmesser 35 einem Lasthebelarm 19 bzw. 19′, 19′′ des zweiarmigen Hebels 18 zugeordnet, und zwar derart, daß er insgesamt oberhalb des Spannfutters 3 für den Stabmaterialabschnitt bzw. Nagel 12 liegt.

Die Anordnung des Winkelmessers 35 ist so getroffen, daß die Schwenkachse 38 des Zeigers 37 zusammen mit dem Zentrum der Winkelgradskala 36 die Knickstelle für den Stabmaterialab­ schnitt bzw. Nagel 12 vor den Endflächen 14 und 15 der bei­ den Spannbacken 4 und 5 des Spannfutters schneidet.

Abweichend vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 fällt also die Schwenkachse 38 des Zeigers 37 nicht mit der Achse 17 des zweiarmigen Hebels 18 zusammen, sondern sie ist unmit­ telbar auf die Knickstelle des Stabmaterialabschnitts bzw. Nagels 12 bezogen.

An seinem von der Winkelgradskala 36 weg über die Schwenk­ achse 38 hinaus verlängerten Abschnitt trägt der Zeiger 37 einen seitwärts auskragenden Auslegerarm 39 mit zwei im rechten Winkel zueinander gerichteten Schenkeln 39 a und 39 b, wobei der Schenkel 39 b aus der Schwenkebene des Zeigers 37 nach unten auf die Platte 1 zu gerichtet ist.

Auf der Höhe der Einspannebene für den Stabmaterialabschnitt bzw. Nagel 12, und zwar in einem Abstand 40 von der Schwenk­ achse 38 sitzt im Schenkel 39 b eine Justierschraube 41, die in einer zur Schwenkebene des Zeigers 37 parallelen Ebene verstellbar ist. Diese Justierschraube 41 ist dabei vorge­ sehen, damit in der Nullstellung des Zeigers 37 unterschied­ liche Abstände 44 zwischen dessen Längsmittelebene und dem Umfang des zu prüfenden Stabmaterialabschnitts bzw. Nagels 12 anpassend eingestellt werden können.

Bevorzugt wird die Justierschraube 41 dabei so angeordnet, daß sie mit dem zu prüfenden Stabmaterialabschnitt bzw. Nagel 12 an derjenigen Umfangsstelle in Kontaktberührung kommt, die derjenigen Umfangsstelle gegenüberliegt, an wel­ cher jeweils die Druckfläche 23 bzw. 28 des Lasthebelarms 19 bzw. 19′, 19′′ angreift.

Der Zeiger 37 des Winkelmessers 35 kann als bremsbarer Schleppzeiger ausgebildet werden, indem ihm mindestens eine durch eine Klemmutter 42 auf der Schwenkachse 38 verspann­ bare Bremsscheibe 43 zugeordnet wird.

Da bei der Biegeverformung des Stabmaterialabschnitts bzw. Nagels 12 die Justierschraube 41 des Zeigers 37 nur in ein­ seitigem Berührungskontakt mit dem Umfang dieses Stabmate­ rialabschnitts bzw. Nagels 12 steht, wird durch die Kraft­ einwirkung des Lasthebelarms 19 bzw. 19′, 19′′ der Zeiger 37 exakt um den jeweiligen Biegewinkel relativ zur Winkelgrad­ skala 36 verlagert und bleibt dann in dieser Stellung ste­ hen, so daß der Biegewinkel exakt abgelesen werden kann. Eine eventuelle Rückfederung des am Stabmaterialabschnitt bzw. Nagel 12 abgebogenen Längenteilstücks beeinflußt also diese Zeigerstellung nicht.

Indem anschließend der Zeiger 37 von Hand so weit zurückge­ schwenkt wird, bis die Justierschraube 41 wieder am abgebo­ genen Teilstück des Stabmaterialabschnitts bzw. Nagels 12 zur Anlage kommt, läßt sich auch das Ausmaß der elastischen Rückfederung über den Winkelmesser 35 ermitteln.

Ein besonders einfacher Aufbau der Prüfvorrichtung ergibt sich, wenn der Winkelmesser 35 an der ortsfesten Spannbacke 4 und/oder am ortsfesten Widerlager 6 des Spannfutters 3 montiert wird und daher ständig eine exakte Relativlage zu diesen Funktionsteilen beibehält.

In Fig. 6 ist noch zu sehen, daß die gesamte Prüfvorrichtung über ihren aus der Platte 1 und den Stützfüßen 2 bestehenden Unterbau mit Hilfe einer Klemmzwinge 45 an einer Tischplatte festgelegt werden kann. Die Klemmzwinge 45 kann dabei mit der Platte 1 des Unterbaues in lösbare Steckverbindung ge­ bracht werden.

Claims (21)

1. Vorrichtung zur Prüfung der Biegesteifigkeit bzw. -fe­ stigkeit und/oder der elastischen Rückfederung von Stab­ material mit relativ geringen Querschnittsabmessungen, wie Draht oder hieraus gefertigten Verbindungselementen, insbesondere von Nägeln für die Herstellung der Fugenver­ bindungen von aus Brettern und Klötzen gebildeten Vier­ weg-Flachpaletten, bei welcher ein Stabmaterial-Abschnitt auf einem Teil seiner Länge in einem auf einem Unterbau ruhenden Spannfutter festlegbar ist, während der über das Spannfutter vorstehende Teil des Stabmaterial-Abschnitts frei in die Bewegungsbahn eines am Unterbau geführten Biegeelementes hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß das Biegeelement aus einem auf dem Unterbau (1, 2) um eine etwa normal zur Längsachse des eingespannten Stabma­ terial-Abschnittes (Nagel 12) verlaufende Achse (17) verschwenkbar gelagerten, zweiarmigen Hebel (18) besteht, dessen einer Hebelarm (19) als Lasthebelarm mit einer Druckfläche (23) seitlich am freien Stabmaterial-Ab­ schnitt (Nagel 12) ansetzbar ist (Fig. 2), während der andere Hebelarm einen Drehmomentmesser enthält und den durch eine Stellkraft betätigbaren Krafthebelarm bildet (Fig. 1).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krafthebelarm (20) des zweiarmigen Hebels (18) einen Handgriff (24) zur manuellen Betätigung aufweist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der das Spannfutter (3) tragende und den zweiarmigen Hebel (18) lagernde Unterbau aus einer mit Stützfüßen (2) oder dergleichen versehenen Platte (1) besteht, die eben­ falls mit einem Handgriff (25) zur manuellen Betätigung versehen ist (Fig. 1).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Drehmomentmesser enthaltende Krafthebelarm (20) lösbar, z.B. über eine Mehrkantnuß, mit dem Lasthe­ belarm (19) gekuppelt ist, und daß dabei die Kupplungs­ stelle mit der Lagerachse (17) für den zweiarmigen Hebel (18) am Unterbau (1, 2) fluchtet.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentmesser ein Schleppzeiger-Anzeigeinstru­ ment (27) aufweist (Fig. 1).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Krafthebelarm (20) zum Lasthebelarm (19) des zweiarmigen Hebels (18) eine von 180° abweichende Winkel­ lage aufweist, wobei er sich vorzugsweise unter einem Winkel von 135° hierzu erstreckt (Fig. 2).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfläche am Lasthebelarm (19) von einer frei drehbar in diesem gelagerten Rolle (23) gebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lasthebelarm (19) in seiner Ausgangslage bei noch geradem Stabmaterial-Abschnitt (Nagel 12) wenigstens annähernd parallel zur Stabmaterialachse ausgerichtet ist (Fig. 2).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Lasthebelarms (19) in dessen Aus­ gangslage einen vorbestimmten Abstand von denjenigen Endflächen (14, 15) des Spannfutters (3) hat, über die das freie Teilstück (13) des Stabmaterial-Abschnitts (Nagel 12) hinausragt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 sowie 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfläche (23) des Lasthebelarms (19) aus einer seitwärts vorspringenden Drucknase (28) am Armende be­ steht, die mit einer bogenförmigen Begrenzungsfläche (29) versehen ist und einen Bogenradius hat, welcher im Ver­ hältnis zur Wirklänge (30) des Lasthebelarms (19) relativ klein bemessen ist, bspw. bei 1 : 30 bis 1 : 40 liegt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Endfläche (31) des Lasthebelarms (19) sich von der Drucknase (28) aus in einer Richtung erstreckt, die sich stetig der Achse (17) des zweiarmigen Hebels (18) nähert.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfeste Spannbacke (4) des Spannfutters (3) mit ihrer Spannfläche bzw. ihrem Prismeneinschnitt (10) auf einer Ebene liegt, die in der Grund- bzw. Ausgangsstel­ lung des Lasthebelarms (19) von dessen Drucknase (28) tangiert ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest dem Lasthebelarm (19 bzw. 19′ oder 19′′) ein Winkelmesser (32) zugeordnet ist, der aus einer Win­ kelgrad-Skala (33) und einem Zeiger (34) besteht, wobei die Winkelgrad-Skala konzentrisch zur Achse (17) des zweiarmigen Hebels (18), z.B. ortsfest auf dem Unterbau (1), angeordnet ist und der Zeiger (34), vorzugsweise mit dem Lasthebelarm (19 bzw. 19′ und 19′′) entlang der Peri­ pherie der Winkelgrad-Skala (33) verlagerbar ist (Fig. 4).

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, und zwar mindestens zwei, Lasthebelarme (19; 19′, 19′′) vorgesehen sowie relativ zum Krafthebelarm (20) umsteckbar angeordnet sind, wobei jeder dieser Last­ hebelarme (19, 19′ und 19, 19′′) wahlweise um die Achse (17) in die dem Spannfutter (3) benachbarte Arbeitsposi­ tion stellbar ist (Fig. 4).

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Lasthebelarme (19, 19′ und 19, 19′′) mit unterschiedlichen Druckflächen (28 und 23) versehen sind (Fig. 4).

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 sowie 14 und 15 dadurch gekennzeichnet,
daß dem Lasthebelarm (19 bzw. 19′, 19′′) ein Winkelmesser (35) zugeordnet und dieser oberhalb des Spannfutters (3) für den Stabmaterialabschnitt (Nagel 12) vorgesehen ist,
daß dieser Winkelmesser (35) aus einer Winkelgradskala (36) und einem relativ zu diesem verschwenkbaren Zeiger (37) besteht,
daß die Schwenkachse (38) des Zeigers (37) mit dem Zen­ trum der Winkelgradskala (36) die Knickstelle des Stab­ materialabschnitts (Nagel 12) vor den Endflächen (14, 15) des Spannfutters (3) schneidet,
und daß der Zeiger (37) des Winkelmessers (35) über einen Auslegerarm (39) mit Abstand (40) von der Knickstelle mit dem Umfang des Stabmaterialabschnitts (Nagel 12) in Mit­ nehmer-Kontaktberührung bringbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeiger (37) als bremsbarer Schleppzeiger ausge­ bildet ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zeiger (37) mindestens eine durch eine Klemmutter (42) auf der Schwenkachse (38) verspannbare Bremsscheibe (43) zugeordnet ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslegerarm (39) eine Justierschraube (41) trägt, über die der Abstand (44) zwischen der Zeiger-Längsmit­ telebene und dem Umfang des zu prüfenden Stabmaterialab­ schnitts (Nagel 12) einstellbar und überbrückbar ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelmesser (35) an der ortsfesten Spannbacke (4) und/oder dem ortsfesten Widerlager (6) des Spannfut­ ters (3) montiert ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbau (1, 2) über eine Klemmzwinge (45) an einer Stützbasis, bspw. einer Tischplatte, festlegbar ist.