DE3918835A1 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung der dynamischen und statischen kenngroessen elastischer werkstoffe - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur ermittlung der dynamischen und statischen kenngroessen elastischer werkstoffeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der
dynamischen und statischen Kenngrößen elastischer
Werkstoffe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie
eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
Aus der DIN 53 440 ist bereits ein Biegeschwingungsver
such zur Bestimmung der dynamisch-elastischen Eigen
schaften stab- oder streifenförmiger Probekörper be
kannt. Bei diesem Verfahren wird der üblicherweise in
einem Schwingungsknoten gehalterte Probekörper mit einer
bestimmten Frequenz f von außen angeregt, die zu einer
gleichbleibenden Erregungsamplitude führt. Durch Ände
rung der Frequenz durchläuft die Schwingungsamplitude
der stehenden Welle bei nicht zu hoher Dämpfung mehr
oder weniger hohe Resonanzmaxima. Die Kurvenstücke in
der Umgebung der Resonanzmaxima werden zur Berechnung
des Verlustfaktors d und der dynamischen Biegesteifig
keit B verwendet. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß
die Werkstoffkennwerte nur für den Bereich der Reso
nanzfrequenz hinreichend genau bestimmbar sind. Es ist
jedoch bereits bekannt, daß diese Werkstoffkennwerte von
der Frequenz abhängig sind, so daß die ermittelten
Werkstoffkennwerte außerhalb des Bereichs der Reso
nanzfrequenz ungenau sind. Ferner können mit diesem
Verfahren keine Fertigteile überprüft werden. Die stab-
oder streifenförmigen Proben bedingen einen anderen
Strömungswiderstand als ein ungleichmäßig geformtes
Fertigteil. Dies bewirkt ein zu niedriges Meßergebnis
für den dynamischen Speichermodul E. Bei der Messung von
Schaumstoffen ist aufgrund der unterschiedlichen Porosi
tät verschiedener Schäume eine einfache Korrektur des
Meßergebnisses nicht möglich. Schließlich muß zur
Probenentnahme ein Fertigteil zerstört werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Ermitt
lung der dynamischen und statischen Kenngrößen elasti
scher Werkstoffe anzugeben, das die Nachteile des
Standes der Technik vermeidet und ferner ist es Aufgabe
der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens zu schaffen.
Diese Aufgabe wird in bezug auf das Verfahren der
eingangs genannten Art durch die Merkmale des kenn
zeichnenden Teils des Anspruchs 1 und in bezug auf die
Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens durch die
Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 14
gelöst.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens ist es möglich, die
dynamischen Kennwerte der Werkstoffe hinreichend genau,
relativ schnell und kontinuierlich über einen großen
Frequenzbereich zu messen. Dabei wird die untere Grenz
frequenz von der Meßtechnik und von der Entkopplung der
Vorrichtung zur Halterung der Materialprobe gegen
tieffrequente Gebäudeschwingungen bestimmt. Die obere
Grenzfrequenz ergibt sich aus der Steifigkeit dieser
Vorrichtung bzw. deren erster Eigenresonanz. Die Messung
der Werkstoffe kann bei realitätsnahen Strömungswider
ständen erfolgen, indem eine unzerschnittene Probe
gemessen wird, deren Maße wesentlich größer als die der
beiden, der Halterung der Probe dienenden Prüfplatten
sind. Ferner kann ein realitätsnaher Strömungswiderstand
bei der Messung dadurch simuliert werden, daß die
Gesamtprobenabmessungen zwar größer als die beiden
Halterungsplatten sind, aber der Probenabschnitt, der
durch die beiden Halterungsplatten beaufschlagt wird,
aus der Gesamtprobe herausgeschnitten ist und der
Mantelbereich durch die Restprobe abgedeckt ist. Dadurch
werden Übergangszonen am Randbereich der beaufschlagten
Problemfläche vermieden. Schließlich ist bei einer
entsprechend großen Ausführung der Vorrichtung eine
Messung von Fertigteilen durchführbar. Ferner ist eine
einfache Probenapplikation möglich, wobei Verfälschungen
des Meßergebnisses durch leichte Unebenheiten der Probe,
schlechte Planlage, leichtes Abheben der Kontaktflächen
oder eine Exzentrizität der Vorspannkraft ausgeschlossen
sind. Außerdem weist das erfindungsgemäße Verfahren und
die dazugehörige Vorrichtung eine Vielzahl von Einsatz
möglichkeiten auf. So können die dynamischen Kennwerte
der Werkstoffe in Abhängigkeit von der Frequenz und
unterschiedlichen statischen Vorspannungen und/oder
unterschiedlichen Erregerwegen und/oder unterschied
lichen Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten und/oder
unter Vakuum bestimmt werden. Ferner können nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren und der dazugehörigen
Vorrichtung statische Kenngrößen der Werkstoffe ermit
telt werden.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend
anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben.
Dabei zeigen:
Fig. 1 den Verlauf von Resonanzkurven bei einem
konstanten Speicher-Modul E und bei einem über
der Frequenz sich ändernden Speichermodul E
(f),
Fig. 2 das Ersatzmodell eines Kunststoffschaumes,
Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung des
erfindungsgemäßen Meßprinzips,
Fig. 4 einen Meßaufbau mit rechnergestützter
Auswertung,
Fig. 5 einen weiteren Meßaufbau mit analoger
Auswertung,
Fig. 6 einen Meßprüfstand mit einer eingespannten
Materialprobe und
Fig. 7 eine schematisierte Darstellung eines
Meßprüfstandes, der mit einer Klima- bzw.
Vakuumkammer versehen ist.
In Versuchen und praktischen Anwendungen hat es sich
gezeigt, daß elastische Werkstoffe mit einer porösen
Struktur, insbesondere Kunststoffschäume, bereits in dem
relativ engen Frequenzbereich, in dem sich Resonanzen
ergeben, meßbare Verhärtungen bilden, d.h. daß sich der
Speicher-Modul E erhöht. Ferner konnte mit dem nachfol
gend beschriebenen Verfahren und der Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens nachgewiesen werden, daß die
Resonanzkurven im Bereich höherer Frequenzen deutliche
Abweichungen zu den Resonanzkurven aufweisen, bei denen
ein konstanter E-Modul angenommen wurde. Dieser Zusam
menhang ist in der Fig. 1 dargestellt, in der über der
Frequenz f der Quotient aus der Schwingungsamplitude A
und der Resonanzamplitude Amax bei der Resonanzfrequenz
fn aufgetragen ist. Ferner ist die Halbwertsbreite Δf
der Resonanzkurve eingezeichnet, die als Maß für die
Dämpfung beim Biegeschwingungsversuch benutzt wird. Die
Halbwertsbreite Δf ist als der Abstand der beiden
Frequenzen oberhalb und unterhalb von fn definiert, bei
denen A2 = 1/2 A2 max ist bzw. bei denen die Amplituden A
3 d B unterhalb von Amax liegen. Aus dem Quotienten d
= Δf/fn ergibt sich der Verlustfaktor d bei der
Frequenz fn beim Biegeschwingungsversuch. Die in einer
strichpunktierten Linie eingezeichnete Resonanzkurve,
bei der die Verhärtung bzw. die Erhöhung des Speicher-
Moduls E über der Frequenz f berücksichtigt wird, weist
eine größere Halbwertsbreite auf, so daß auch der
Verlustfaktor d bei der Berücksichtigung der Veränderung
des E-Moduls über der Frequenz einen größeren Wert
ergibt. Bei Vergleich der beiden Kurven ergibt sich
ferner, daß die wirkliche Dämpfung des untersuchten
Werkstoffes höher ist, als die bei einem konstanten
E-Modul angenommene Dämpfung.
Dieser Unterschied läßt sich anhand eines in der Fig. 2
gezeigten Feder-Dämpfer-Ersatzmodelles für einen unter
suchten Werkstoff, im vorliegenden Fall einem Kunst
stoffschaum, erklären. Die Feder c1 und der Dämpfer k1
stellen das Skelett des Kunststoffschaumes dar. Parallel
dazu liegt eine Reihenschaltung aus einer Feder c2 und
einem Dämpfer k2, die die Feder- und Dämpferwirkung der
sich im Schaum befindlichen Luft abbilden. Dabei ist c2
die Federsteifigkeit der Luft und k2 entspricht dem
Strömungswiderstand zwischen den Poren des Kunststoffes,
der um so höher ist, je schneller die Luft zwischen den
Poren strömt. Je höher die Verformungsfrequenz des
Kunststoffschaumes ist, desto schneller muß die Luft aus
den Poren entweichen. Dadurch erhöht sich der Widerstand
und damit die Federsteifigkeit c2. Die Gesamtfederstei
figkeit cges ergibt sich aus der Summe der Federstei
figkeit c1 des Kunststoffskeletts sowie der Federstei
figkeit c2 der Luft. Aufgrund der unterschiedlichen
Porosität und der daraus resultierenden Größe des
Dämpfers k2 bei verschiedenen Schäumen ist auch deren
Verhärtungsverhalten verschieden. Gleichzeitig geht mit
der Änderung des Speicher-Moduls E auch eine Veränderung
des Dämpfungsverhaltens einher. Dies hat zur Folge, daß
Werkstoffe, beispielsweise Kunststoffschäume, die bei
der Berechnungsmethode mit einem konstanten E-Modul bei
der Resonanzfrequenz fn für einen bestimmten Anwendungs
fall geeignet erscheinen, aufgrund ihres Dämpfungsver
haltens bei höheren Frequenzen ungeeignet sind. Dies
gilt auch für den umgekehrten Fall.
In der Fig. 3 ist ein Meßprinzip als Blockschaltbild
aufgezeichnet. Dabei ist die Materialprobe 1 als ein
Feder-Dämpfer-Ersatzmodell mit den Federsteifigkeiten
c1, c2 und den Dämpfungskonstanten k1, k2 abgebildet.
Die Materialprobe 1 wird zwischen einer Erregerplatte 2
und einer dazu gegenüberliegenden Gegenplatte 3 ange
ordnet. Über die Erregerplatte 2 wird eine dynamische
Verformung eingeleitet. An der Erregerplatte 2 wird eine
Bewegungsgröße, d.h. entweder der Weg oder die Ge
schwindigkeit oder die Beschleunigung über ein Meßgerät
4 gemessen. Die an der Gegenplatte 3 auftretende Kraft F
wird über ein Meßgerät 5 ermittelt. Falls die gemessene
Bewegungsgröße an der Erregerplatte 2 die Beschleunigung
oder die Geschwindigkeit ist, wird diese Größe durch
Integration in eine Weggröße umgewandelt. Für die
ermittelten Kraft- und Wegwerte wird eine Frequenzana
lyse durchgeführt. Durch Division der Kraft F durch den
Weg s für jede Frequenz f wird die Federsteifigkeit c
(f) errechnet. Durch Multiplikation der Federsteifigkeit
c (f) mit dem Quotienten aus der Dicke der Materialprobe
und deren Querschnittsfläche ergibt sich der Speicher
Modul E der Materialprobe 1. Die Darstellung erfolgt auf
einem Bildschirm oder einem Schreiber, wobei der E-Modul
als Funktion über der Frequenz aufgetragen ist. Ebenso
wird für jede Frequenz f die Phasenlage ϕ zwischen der
Kraft F und dem Weg s gemessen. Der Tangens des Phasen
winkels ϕ ergibt den Verlustfaktor d. Dieser wird
graphisch über der Frequenz f aufgetragen.
Die Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Meßaufbaus
für eine analoge Auswertung. Ein Regelgenerator 6 gibt
ein Sinussignal ab, dessen Frequenz f kontinuierlich
variiert wird. Dieses Sinussignal wird an einen Lei
stungsverstärker 8 weitergeleitet, der das Schwingungs
signal verstärkt. An den Leistungsverstärker 8 ist ein
elektromechanischer Schwingungserreger 9 angeschlossen,
der das elektrische Schwingungssignal in eine mechani
sche Schwingung umwandelt. Die Amplitude der Schwingung
wird so geregelt, daß die am Schwingungserreger 9
auftretende Wegamplitude für alle Frequenzen gleich ist.
Dadurch ist die Kraft F, die durch einen dynamischen
Kraftaufnehmer oder einen Dehnungsmeßstreifen 11 gemes
sen wird, der zwischen der Materialprobe 1 und der
Gegenplatte 3 angeordnet ist, direkt proportional zur
Federkonstante c. Ein zwischen der Materialprobe 1 und
der Erregerplatte 2 angeordnetes Weggrößen-Meßgerät,
beispielsweise ein Beschleunigungsaufnehmer 10, wandelt
die erfaßte Weggröße, beispielsweise die Beschleunigung
a, in eine elektronisch verwertbare Größe, beispiels
weise in eine Ladung Q, um. Diese wird in einem Ladungs
verstärker 12 in eine Spannung gewandelt und zweifach zu
einer wegproportionalen Spannung U∼s integriert. Die an
der Gegenfläche 3 auftretende Kraft F wird vom dynami
schen Kraftaufnehmer 11 in eine proportionale Ladung Q
gewandelt. Die Ladung wird in einem Ladungsverstärker 13
in eine Spannung U∼F umgewandelt und verstärkt. Die
beiden dem Weg bzw. der Kraft proportionalen Spannungen
werden einem Phasenmeter 14 zugeführt, der für jede
Frequenz f den Phasenwinkel ϕ zwischen der Kraft F und
dem Weg s mißt. In einem Effektivwertbildner 15 wird der
Effektivwert der Kraft F gebildet, falls diese als
Wechselspannungssignal vorliegt. Dieser Wert wird an
einen X-Y1-Y2-Schreiber abgegeben. Ein zur Frequenz f
proportionales Gleichspannungssignal U∼f wird vom
Regelgenerator 6 an den Schreiber 16 geliefert, das zu
dessen Ansteuerung dient. Ferner wird dem Schreiber 16
der im Phasenmeter 14 ermittelte Phasenwinkel ϕ zuge
leitet. Der Schreiber 16 trägt über der Frequenz f die
Federsteifigkeit c, d. h. den Quotienten F/s sowie den
Phasenwinkel ϕ zwischen F und s auf. Die auf die
Materialprobe 1 wirkende Vorspannkraft wird durch einen
statischen Kraftaufnehmer oder Dehnungsmeßstreifen 19
gemessen, der den Meßwert in eine Spannung wandelt, die
an einen Meßverstärker 20 weitergeleitet wird. Der
Meßverstärker 20 verstärkt das Spannungssignal und gibt
es an ein Spannungsmeßgerät 21 ab, das die wirkende
Vorspannkraft anzeigt.
In der Fig. 5 ist ein Blockschaltbild eines Meßaufbaus
gezeigt, bei dem die Auswertung über einen Rechner 18
erfolgt. Ein Frequenzgenerator 7 erzeugt ein Rausch
signal, welches im Leistungsverstärker 8 zum Betrieb des
elektromechanischen Schwingungserregers 9 verstärkt
wird. Der Schwingungserreger 9 erzeugt aus der elek
trischen Schwingung eine mechanische Schwingung. Das an
der Erregerplatte 2 angeordnete Weggrößen-Meßgerät,
beispielsweise ein Beschleunigungsaufnehmer 10, wandelt
die erfaßte Beschleunigung a in eine elektronisch
verwertbare Größe, beispielsweise in eine Ladung Q, um.
Diese wird im Ladungsverstärker 12 in eine Spannung
umgewandelt und zweifach zu einer wegproportionalen
Spannung U∼s aufintegriert. Die an der gegenüberlie
genden Seite der Materialprobe 1 auftretende Kraft F
wird von einem an der Gegenplatte 3 angeordneten dyna
mischen Kraftaufnehmer 11 in eine proportionale Ladung Q
gewandelt. Diese wird im Ladungsverstärker 13 in eine
Spannung U∼F umgewandelt und verstärkt. Die Spannungen
U∼s und U∼F werden einem Frequenzanalysator 17 zuge
führt, der die beiden Spannungssignale US und UF in die
jeweiligen Frequenzanteile aufspaltet und ferner den
Quotienten F/s, d. h. die Federsteifigkeit c, sowie den
Phasenwinkel ϕ zwischen der Kraft F und dem Weg s
bildet. Die ermittelte Federsteifigkeit c und der
Phasenwinkel ϕ werden an einen Rechner 18 weitergelei
tet, der den Speicher-Modul E = c x (Dicke der Material
probe/Querschnittsfläche der Materialprobe) und den
Verlustfaktor d = tan ϕ für jede Frequenz berechnet und
die ermittelten Werte auf einem Schreiber und/oder einem
Bildschirm darstellt. Wie bei dem in der Fig. 4 gezeig
ten Meßaufbau kann die auf die Materialprobe 1 wirkende
Vorspannung über ein Spannungsmeßgerät 21 angezeigt
werden, wobei die Vorspannungskraft durch einen stati
schen Kraftaufnehmer 19 gemessen wird, der die gemessene
Kraft in eine Spannung umwandelt, die in einem Meßver
stärker 20 verstärkt wird.
Mit dem oben beschriebenen Verfahren und der dazuge
hörigen Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens
können folgende Messungen durchgeführt werden:
Bei einer Durchführung der Messungen bei unterschied
lichen statischen Vorspannungen kann die Abhängigkeit
des Speicher-Moduls E (f) und des Verlustfaktors d (f)
von der statischen Vorspannung untersucht werden.
Bei einer Durchführung der Versuche bei unterschied
lichen Erregerwegen kann die Abhängigkeit des Spei
cher-Moduls E (f) und des Verlustfaktors d (f) vom
Erregerweg ermittelt werden. Dies kann beispielsweise
dadurch erfolgen, daß der Verstärkungsfaktor am Lei
stungsverstärker 8 zur Speisung des Schwingungserregers
9 verändert wird.
Bei Einbau des Meßaufbaus bzw. der zwischen der Erre
gerplatte 2 und der dazugehörigen Gegenplatte 3 einge
spannten Materialprobe 1 in eine Klimakammer 22 können
der Einfluß der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit auf
den Speicher-Modul E (f) und den Verlustfaktor d (f)
bestimmt werden.
Bei Einbau der Meßvorrichtung bzw. der Materialprobe in
eine Vakuumkammer 23 können die dynamischen Kennwerte
der Struktur eines porösen Werkstoffes, beispielsweise
die Kennwerte des Schaumstoffskeletts, bestimmt werden,
da hierbei die Wirkung der Luftfederung und des auf
tretenden Strömungswiderstandes ausgeschaltet sind.
Neben einer Ermittlung der dynamischen Kennwerte ist
auch die Bestimmung statischer Kennwerte, beispielsweise
der Stauchdruckhärte, möglich.
In der Fig. 6 ist ein Prüfstand 23 gezeigt, der aus
einem sehr steifen Gestell 24 besteht. Im mittleren
Bereich des Gestells 24 ist eine Grundplatte 25 ausge
bildet, die eine Aussparung 26 aufweist. Die Form der
Aussparung ergibt sich aus der Form der verwendeten
Platten 2 und 3 zum Festhalten der Materialprobe 1. Auf
der Grundplatte 25 ist ein beispielsweise U-förmiges
Joch 27 montiert, in dem eine senkrecht verlaufende
Säule 28 geführt und mittels einer Klemmvorrichtung 29
in jeder beliebigen Höhe festgestellt werden kann. Am -
unteren Ende der Säule 28 ist über einen dynamischen
Kraftaufnehmer 11 die Gegenplatte 3 angeschraubt, die
die Funktion einer Festfläche übernimmt. An der Unter
seite der Grundplatte 25 ist ein Schwingerreger 9
angebracht, der in seiner Befestigungsvorrichtung 30
justiert werden kann. Auf dem Schwingerreger 9 ist über
einen statischen Kraftaufnehmer 19 die Erregerplatte 2
montiert. Die Erregerplatte 2 ist in der Aussparung 26
der Grundplatte angeordnet, wobei die der Materialprobe
1 zugewandte Oberfläche der Erregerplatte 2 mit der
Oberfläche der Grundplatte 25 bündig abschließt. An der
Unterseite der Erregerplatte 2 sitzt ein Weggrößen-Meß
gerät, beispielsweise ein Beschleunigungsaufnehmer 10,
zur Aufnahme der eingeleiteten dynamischen Verformung.
Die Materialprobe 1 wird über eine Verklebung und/oder
eine statische Vorspannung an die Erreger- und Gegen
platte 2 und 3 angekoppelt. Die Vorspannung wird durch
Verschieben der Säule 28 erreicht und mit dem statischen
Kraftaufnehmer 19 gemessen. Wie aus der Fig. 6 hervor
geht, sind die Abmessungen der Materialprobe 1 in der
horizontalen Ebene wesentlich größer als die der beiden
Platten 2 und 3, so daß die Messung mit einem realitäts
nahen Strömungswiderstand erfolgt. Bei einer entspre
chend großen Ausführung des Jochs 27 ist auch eine
Messung von Formteilen möglich.
In der Fig. 7 ist ein schematisierter Prüfstand 23
dargestellt, der in einer Klima- und/oder Vakuumkammer
32, 33 eingebaut ist. Die in der Fig. 7 gezeigte Mate
rialprobe 1 ist zweiteilig und besteht aus einem durch
die Platten 2 und 3 beaufschlagtes Probenteil 1a sowie
einem das Probenteil 1a an dessen Mantelfläche umgeben
des Probenteil 1b, das auf der Grundplatte 25 aufliegt.
In der Regel wird diese Materialprobe 1 dadurch herge
stellt, daß das Probenteil 1a aus einem Fertigteil oder
einer größeren Materialprobe herausgeschnitten wird, so
daß das das Probenteil 1a umgebende Probenteil 1b
entsteht. Auf diese Weise kann die Messung bei einem
realistischen Strömungswiderstand durchgeführt werden.
In einer anderen Ausführungsform, insbesondere bei der
Messung von Formteilen mit einem Prüfstand mit großen
Abmessungen genügt die Ausbildung einer Klima- und/oder
Vakuumkammer 32, 33, die den durch die Platten 2, 3 und
die dazwischen angeordnete Materialprobe 1 gebildeten
Raum umschließt.
Wird die Erregerplatte 2 in einen unbeweglichen Zustand
gebracht und die Säule 28 über einen nicht abgebildeten
Motor verfahren, dann können mit dem in den Fig. 6 und 7
abgebildeten Prüfstand die statischen Kennwerte eines
Werkstoffes ermittelt werden. Durch die Messung der
Kraft F und des Weges s kann beispielsweise die Stauch
druckhärte der jeweiligen Materialprobe 1 gemessen
werden.
Claims (24)
1. Verfahren zur Ermittlung der dynamischen Kenngrößen
elastischer Werkstoffe, insbesondere von Kunst
stoffschäumen, wobei eine Materialprobe (1) des zu
untersuchenden Werkstoffes mindestens an einer
Stelle in einer Vorrichtung fest angeordnet ist und
wobei eine periodische äußere Erregung auf die
Materialprobe (1) eingeleitet wird, dadurch ge
kennzeichnet,
daß die zur Berechnung der dynamischen Kenngrößen
erforderlichen Meßwerte in Abhängigkeit von der
Frequenz gemessen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die erforderlichen Größen eine Bewegungsgröße
(s, , ) und die an der Materialprobe (1) aus
tretende Kraft F sind.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet,
daß die erfaßten Werte in elektrische Größen
umgewandelt werden.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Frequenzanalyse der gemessenen Werte bzw.
der entsprechenden elektrischen Signale durchge
führt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß in einer Vorrichtung (14, 17) für jede Frequenz
f der Phasenverschiebungswinkel ϕ zwischen der
Kraft F und dem Weg s ermittelt wird und
daß in der Vorrichtung (14, 17) der Quotient F/s, d. h. die Federsteifigkeit c, ermittelt wird.
daß in der Vorrichtung (14, 17) der Quotient F/s, d. h. die Federsteifigkeit c, ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß in einer Vorrichtung (18) der Speicher-Modul E
aus der Federsteifigkeit c und den geometrischen
Größen der Materialprobe (1) und der Verlustfaktor
d = tan ϕ berechnet wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
gemessenen und ermittelten Werte als eine Funktion
über der Frequenz f graphisch dargestellt werden.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
auf die Materialprobe (1) wirkende Vorspannkraft
durch eine manuell oder motorisch verstellbare
Vorrichtung (28, 29, 3, 19, 20, 21) eingestellt
wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
dynamischen Kenngrößen der zu untersuchenden
Materialprobe (1) in Abhängigkeit unterschiedlicher
Vorspannungen untersucht werden.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
dynamischen Kennwerte der zu untersuchenden Mate
rialprobe (1) in Abhängigkeit unterschiedlicher
Erregerwege gemessen werden.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
dynamischen Kennwerte der zu untersuchenden Mate
rialprobe (1) bei unterschiedlichen Temperaturen
und Luftfeuchtigkeiten untersucht werden.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
dynamischen Kennwerte der zu untersuchenden Mate
rialprobe bei Vakuum ermittelt werden.
13. Verfahren zur Ermittlung von statischen Kenngrößen
elastischer Werkstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß
durch Einwirkung eines Stempels oder dgl. (3) auf
die statisch aufliegende Materialprobe (1) die
Stauchdruckhärte bestimmt wird.
14. Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des
Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 13, bestehend
aus einer Vorrichtung (23) zur Halterung einer
Materialprobe (1) sowie einer Vorrichtung (9) zur
Erzeugung eines Erregerweges in der Materialprobe
(1) sowie Meßvorrichtungen für die eingegebenen und
austretenden Größen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Materialprobe (1) zwischen einer während
des Meßversuches stillstehenden ebenen Fläche eines
Halterungsteils (3) und einer während des Versuchs
ablaufs durch eine periodische äußere Erregung
bewegte Fläche eines Halterungskörpers (2) ange
ordnet ist
daß die auf die Materialprobe (1) wirkende Vor spannkraft über eine Vorrichtung (28, 29, 3, 19, 20, 21) einstellbar ist, und
daß Vorrichtungen zur Auswertung bzw. Ermittlung der dynamischen Kennwerte (14, 15, 16; 17, 18) in elektrischer Verbindung mit den Meßvorrichtungen (10, 12; 11, 13) stehen.
daß die auf die Materialprobe (1) wirkende Vor spannkraft über eine Vorrichtung (28, 29, 3, 19, 20, 21) einstellbar ist, und
daß Vorrichtungen zur Auswertung bzw. Ermittlung der dynamischen Kennwerte (14, 15, 16; 17, 18) in elektrischer Verbindung mit den Meßvorrichtungen (10, 12; 11, 13) stehen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Flächen
der Halterungsteile (2, 3) im Vergleich zu den
damit in Kontakt stehenden Flächen der Material
probe (1) in dem Maße kleiner sind, daß die Mes
sung bei einem realitätsnahen Strömungswiderstand
erfolgt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Materialprobe 1
zweiteilig ist und aus einem Probenteil (1a)
besteht, dessen Außenabmessungen mit denen der
Halterungsteile (2, 3) übereinstimmt und ferner ein
Probenteil (1b) aufweist, das das Probenteil (1a)
an dessen Mantelfläche umschließt.
17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß am erregten Halterungsteil (2) ein Weggrößen-
Meßgerät angeordnet ist, das die erfaßte Weggröße
(s, , ) in eine elektronisch verwertbare Größe,
insbesondere eine dem Weg proportionale Spannung,
umwandelt, und daß die zur Umwandlung erforderliche
Vorrichtung (12) an eine Vorrichtung (14, 17) zur
Ermittlung des Phasenwinkels ϕ bzw. der Feder
steifigkeit c angeschlossen ist.
18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß an dem während der Messung nicht bewegten
Halterungsteil (3) eine Vorrichtung (11) zur
Messung der Reaktionskraft F (f) angeordnet ist,
die die erfaßte Kraft F (f) in eine elektronisch
verwertbare Größe, insbesondere in eine der Kraft F
(f) proportionale Spannung, wandelt und daß die zur
Umwandlung erforderliche Vorrichtung (13) an die
Vorrichtung (14, 17) zur Ermittlung des Phasen
winkels ϕ und der Federsteifigkeit c und ggf. an
eine Vorrichtung (15) zur Effektivwertbildung
angeschlossen ist.
19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorrichtung (14, 17) zur Messung des Phasenwin
kels ϕ sowie der Federsteifigkeit c und anderer
Werte mit einer Vorrichtung (16, 18) zur bildlichen
oder graphischen Darstellung der gemessenen und
ermittelten Werte elektrisch verbunden ist.
20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorrichtungen (12, 13) Ladungsverstärker, die
Vorrichtung (14) ein Phasenmeter, die Vorrichtung
(17) ein Frequenzanalysator, die Vorrichtung (16)
ein X-Y-Y-Schreiber und die Vorrichtung (18) ein
Rechner ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich
net,
daß der Rechner (18) so beschaffen ist, daß der
Speicher-Modul E aus der Federsteifigkeit c sowie
den geometrischen Größen der Materialprobe (1) und
der Verlustfaktor d als Tangens des Phasenwin
kels ϕ berechenbar ist.
22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen einem in der Vorrichtung (30) gehalterten
Schwingungserreger (9) und dem Halterungsteil (2)
ein statischer Kraftaufnehmer (19) angeordnet ist,
der die erfaßte Vorspannkraft in eine Spannung
wandelt, daß der statische Kraftaufnehmer (19) mit
einem Meßverstärker (20) elektrisch verbunden ist,
der das Spannungssignal verstärkt und daß der
Meßverstärker (20) an ein Spannungsmeßgerät (21)
angeschlossen ist, das das verstärkte Spannungs
signal in einen Kraftwert umwandelt.
23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorrichtung (23) aus einem steifen Gestell (24)
besteht, das eine mit einer Aussparung (26) ver
sehene Grundplatte (25) aufweist,
daß in der Aussparung (26) das Halterungsteil (2) beweglich geführt ist,
daß das Halterungsteil (2) mit dem justierbaren Schwingungserreger (9) mechanisch verbunden ist und daß auf der Grundplatte (25) ein Joch (27) ange ordnet ist, in der das Halterungsteil (3) ein stellbar angeordnet ist.
daß in der Aussparung (26) das Halterungsteil (2) beweglich geführt ist,
daß das Halterungsteil (2) mit dem justierbaren Schwingungserreger (9) mechanisch verbunden ist und daß auf der Grundplatte (25) ein Joch (27) ange ordnet ist, in der das Halterungsteil (3) ein stellbar angeordnet ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeich
net, daß zumindest die Materialprobe (1) von einer
Klimakammer (32) und/oder einer Vakuumkammer (33)
umgeben ist.
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