DE3828324C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung der Scherbelastbarkeit eines Probekörpers, mit zwei den Probekörper zwi­ schen sich aufnehmenden, starren Druckkörpern, deren Be­ rührungsflächen mit dem Probekörper achsenparallel zueinander ausgebildete Zylindermantelflächen sind, und wobei die Druckkörper um die Zylinderachse zumindest einer der Berührungsflächen relativ zueinander verschwenkbar sind, und somit entlang ihrer Berührungsflächen mit dem Probekörper relativ zueinander bewegbar sind sowie ein Ver­ fahren zur Püfung der Scherbelastbarkeit eines Probekörpers, mit zwei den Probekörper zwischen sich aufnehmenden, starren Druckkörpern, deren Berührungsflächen mit dem Probekörper ach­ senparallel zueinander ausgebildete Zylindermantelflä­ chen sind, und wobei die Druckkörper um die Zylinder­ achse zumindestens einer der Berührungsflächen relativ zueinander verschwenkbar sind, und somit entlang ihrer Berührungsflächen mit dem Probekörper relativ zueinander bewegbar sind.

Es ist bekannt, einen zu untersuchenden Probekörper bzw. Prüfkörper, ins­ besondere aus festem deformierbarem Material oder Werk­ stoff, wie Kunststoff, Schaumstoff oder dergleichen zwi­ schen zwei ebenen Druckplatten anzuordnen, die gegenein­ ander gedrückt und relativ zueinander entlang ihrer Be­ rührungsflächen mit dem Prüfkörper bewegt werden, bei­ spielsweise hin und her bewegt werden, um so den Prüf­ körper einer dauernden dynamischen Scherbelastung aus­ zusetzen, um die Beeinflussung dieser Belastung auf den Prüfkörper zu untersuchen. Bei diesem bekannten Vorgehen wirken auf sämtliche Stellen des Prüfkörpers die gleichen Belastungen, so daß beispielsweise, wenn das Verhalten des Prüfkörpers unter unterschiedlichen Druck- und Scher­ belastungen untersucht werden soll, verschiedene Ver­ suchsreihen gefahren werden müssen, die, da hier Dauer­ belastungen untersucht werden, erhebliche Zeit in An­ spruch nehmen können.

Aus der DD-PS 1 52 004 sind Druckringe für ein Kreisring­ schergerät bekannt, bei denen zwischen zwei konzentrisch angeordneten Ringen eine verdichtete Bodenprobe einge­ bracht wird, die die Ringe bzw. deren Teile so stabil verbindet, daß die Prüfung durch Gegeneinanderverdrehen der Außen- und der Innenringe bzw. deren Teile durchge­ führt werden kann. Die Bodenprobe ist bestenfalls im In­ neren einem gleichmäßigen allseitigen Druck ausgesetzt, der durch die Haftkräfte der Bodenteilchen aneinander und an den Wänden der Ringe kompensiert wird, damit die Probe nicht aus der Einheit herausfällt. Es mag die ge­ wünschte Prüfung der Scherbefestigung solchen Bodenmate­ rials erreicht werden, wobei allerdings keinerlei Aussa­ gen gemacht werden, unter welchen Bedingungen eine Scher­ festigkeit überhaupt geprüft werden soll oder wie eine reproduzierbare Verdichtung der Bodenprobe erfolgen soll, die notwendig für reproduzierbare Scherfestigkeitsprü­ fungen wären. Ziel des Gegenstands dieser Druckschrift ist lediglich eine irgendwie verdichtete Bodenprobe bis zu einer Scherfestigkeitsgrenze zu belasten.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, die Scherbelastungen eines Probekörpers oder eines Prüfkörpers un­ ter verschiedenen Bedingungen in einfacher, aber repro­ duzierbarer Weise ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe bei einer Vor­ richtung der eingang genannten Art dadurch gelöst, daß die Druckkörper zusätzlich durch eine Normalkraft in be­ zug auf beide Zylinderachsen gegeneinander andrückbar sind. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zeichnet sich da­ durch aus, daß die Druckkörper während des Verschwenkens zusätzlich mit einer Normalkraft in bezug auf beide Zy­ linderachsen gegeneinander gedrückt werden.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Druckkörper und deren relative Beweglichkeit bzw. deren Bewegung re­ lativ zueinander wird erreicht, daß die Andruckkraft der Druckkörper gegen den zwischen ihnen befindlichen Prüf­ körper zwischen einem Minimalwert, der in der Regel null sein kann, und einem Maximalwert, und damit auch die auf den Prüfkörper ausgeübte Scherkraft bei relativem Verschwenken der Druckkörper gegeneinander vom jeweiligen Ort auf der Oberfläche des Prüfkörpers abhängig und mit diesem verän­ derbar ist. Hierdurch kann im Rahmen einer Versuchsserie die Auswirkung von unterschiedlichen Scherbelastungen an einem Prüfkörper an verschiedenen Stellen desselben un­ tersucht werden, so daß die Durchführung einer Vielzahl von Versuchsreihen mit unterschiedlichen Belastungsbe­ dingungen erspart wird, da die unterschiedlichen Bela­ stungsbedingungen schon an verschiedenen Orten des Prüf­ körpers bei einer einzigen Versuchsserie gegeben sind.

Durch die Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Ort höchster Belastung der Probe in den Schnitt­ punkt des einwirkenden Kraftvektors mit der Probe gelegt, während die Belastung Null in einer hierzu unter einem Winkel von 90° um die Schwenkachse liegenden Richtung gegeben ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die die Druckkörper gegeneinanderdrückende Normal­ kraft periodisch veränderlich ist. Hierdurch kann die Scherbelastung der Probe bei dynamischer Normalbelastung geprüft werden. Insbesondere in diesem Falle kann auch vorgesehen sein, daß die Druckkörper um einen Winkel ge­ geneinander hin und her verschwenkbar sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in bevorzugter Weise entsprechend dadurch ausgebildet sein, daß die Druckkörper periodisch hin und her verschwenkt werden und/oder daß die Andruckkraft zwischen den beiden Druckkörpern periodisch verändert wird.

Weitere Vorteile und Nachteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel unter Bezug auf die Zeich­ nungen im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:

Fig. 1 Eine Schnittdarstellung der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung senkrecht zur Drehachse A; und

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Aus­ schnitts II der Fig. 1 mit einem Prüf­ körperteilabschnitt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zwei Druckkörper 1, 2 mit einander zugewandten Berührungsflächen 1a, 2a auf, zwischen denen ein Prüfkörper 3, beispielsweise aus Kunststoff, Schaum­ stoff oder dergleichen angeordnet ist. Wenn der Prüfkörper 3 flexibel ist, so kann er in die durch die Berührungsflächen 1a, 2a der Druckkörper 1, 2 für ihn bestimmte Form gebogen sein; er kann auch in geeigneter Form hergestellt, beispielsweise vorgeformt sein. Die Druckkörper werden mittels einer durch den Doppelpfeil 5 angedeuteten Radialkraft 5 gegeneinander gedrückt, wodurch im Bereich des Radiusvektors der einwirkenden Kraft 5 die Belastung des Prüfkörpers 3 maximal ist, während die An­ preßkraft unter einem Winkel von 90 Grad hierzu um die Schwenk­ achse A - bei "6" der Zeichnung - null ist, während im Über­ gangsbereich die Anpreßkraft zunächst vom jeweiligen Ort stetig abhängig ist. Die einwirkende Andruckkraft 5 kann statisch aber auch dynamisch sein, indem sie sich periodisch ändert.

Die Scherung des Prüfkörpers 3 mit einer Scherkraft wel­ che zur Scherung des Prüfkörpers 3 führt, ist in der Fig. 2 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Aufprägung der Scher­ kraft nur von der Reibkraft zwischen dem Prüfkörper 3 und den beiden ihn einschließenden Druckkörpern 1, 2 und damit von der Normalkraft 5 (N) abhängt.

Damit ist die Scherkraft im Bereich der Schnittlinie der ein­ wirkenden Normalkraft 5 mit dem Prüfkörper 3 maximal, während sie unter einem Winkel von 90 Grad hierzu, also in der Fig. 1 bei 6, minimal ist.

Wenn die beiden Druckkörper 1, 2 mit dem zwischen ihnen angeord­ neten Prüfkörper 3 also relativ zueinander um die Achse A verschwenkt werden, so wird die Belastung des Prüfkörpers 3 im mit II bezeichneten Bereich der Fig. 1 maximal, bei 6 minimal sein und in Übergangsbereichen zwischen diesen Extremlagen Zwischenwerte einnehmen. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann so die Wirkung wachsender Scherbeanspruchung bei einer Versuchsdurchführung auf einen Prüfkörper erfaßt werden, ohne daß mehrere Versuchsreihen mit unterschiedlich einwirkenden Normalkräften durchgeführt werden müssen. Die Relativbewegung der beiden Druckkörper 1, 2 erfolgt vorzugsweise dynamisch, in­ dem sie periodisch gegeneinander um einen geringen Winkel, bei­ spielsweise einen Winkel α (Fig. 1) hin und her verschwenkt werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Prüfung der Scherbelastbarkeit ei­ nes Probekörpers, mit zwei den Probekörper zwischen sich aufneh­ menden, starren Druckkörpern, die entlang ihrer Berührungsflächen (1a, 2a) mit dem Probekörper (3) achsenparallel zueinander ausgebildeten Zylindermantelflächen sind, und wobei die Druckkörper (1, 2) um die Zylinderachse zumin­ dest einer der Berührungsflächen (1a, 2a) rela­ tiv zueinander verschwenkbar sind, und somit ent­ lang ihrer Berührungsflächen mit dem Probekörper relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckkörper zusätzlich durch ei­ ne Normalkraft in bezug auf beide Zylinderachsen gegeneinander angedrückt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die die Druckkörper (1, 2a) gegeneinander­ drückende Normalkraft (5) periodisch veränderlich ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckkörper (1, 2) um einen Winkel (α) gegeneinander hin und her verschwenkbar sind.

4. Verfahren zur Prüfung der Scherbelastbarkeit eines Probekörpers mit zwei den Probekörper zwischen sich aufnehmen­ den, starren Druckkörpern, deren Berührungsflächen (1a, 2a) mit dem Probekörper (3) achsenparallel zueinan­ der ausgebildete Zylindermantelflächen sind, und wobei die Druckkörper (1, 2) um die Zylinderachse zumindest einer der Berührungsflächen (1a, 2a) relativ zueinander verschwenkbar sind, und somit entlang ihrer Berührungsflächen mit dem Probekörper relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckkörper während des Ver­ schwenkens zusätzlich mit einer Normalkraft in bezug auf beide Zylinderachsen gegeneinander ge­ drückt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkörper periodisch hin und her ver­ schwenkt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Andruckkraft zwischen den beiden Druckkörpern periodisch verändert wird.