DE3924345A1 - Einspannvorrichtung fuer die zugpruefung von proben bei hohen temperaturen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die konstruktive Gestaltung einer Probeneinspanneinrichtung für die Verwendung in üblichen Zugprüfvorrichtungen bei hohen Temperaturen (bis 2000°C).

Ein Problem bei der Entwicklung von Prüfvorrichtungen für hochfeste Werkstoffe stellt nicht nur die Probengeometrie dar, sondern auch die konstruktive Gestaltung der Einspann­ vorrichtungen. Bei Zugfestigkeitsprüfungen muß gewährleistet sein, daß ein Versagen der Probe in der Probenmitte und nicht im Einspannbereich erfolgt. Die Krafteinleitung in die Probe bereitet dabei die größten Schwierigkeiten.

Verfahren der statischen Zugprüfung sind in den Normen DIN 29 971, DIN 53 455, DIN 57 914, DIN EN 61 und DIN 53 457 beschrieben. Im allgemeinen können Probenkörper mit mehreren geometrischen Formen verwendet werden, nämlich Flachproben und Rundproben, wobei deren Enden ggf. keilförmig bzw. kegelstumpfförmig aufgeweitet sein können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine konstruktive Gestaltung einer Einspannvorrichtung für die Hochtemperaturzugprüfung zu schaffen, die in Universalprüfmaschinen mit Materialprüf­ ofen verwendet werden kann und das Einspannen von Proben unterschiedlicher geometrischer Form durch Austausch von Einzelteilen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Einspannvorrichtung für die Zugprüfung von Proben bei hohen Temperaturen mittels einer Zugprüfeinrichtung mit zwei einander gegenüberliegen­ den Zugstangen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die aus Kohlenstoff, Graphit oder mit Kohlenstoffasern verstärktem Kohlenstoff bestehende Einspannvorrichtung aufweist, zwei an den Enden der Zugstangen außerhalb des Hoch­ temperaturbereiches befestigbare rohrförmige Aufnahmeköpfe deren Länge auf die Länge des Hochtemperaturprüfraumes und die maximale Probenlänge abgestimmt ist und in jedem der Aufnahmeköpfe mittels in eine Bohrung im Auf­ nahmekopf eingreifenden Bolzens befestigbare Paare von Halteteilen, die eine mit der Bohrung im Aufnahmekopf korrespondierende und fluchtende Bohrung aufweisen, wobei jeweils das Halteteilepaar in zusammengefügtem Zustand ein in Längsrichtung geteilter Zylinder ist und mindestens an einer der gegenseitigen Kontaktflächen der Halteteile eine Nut oder Aussparung ausgebildet ist, deren Tiefe der halben oder der ganzen Dicke des einzuspannenden Probenendes entspricht und deren Form der Form des Probenendes ent­ spricht und ein Formschluß zwischen Probenende und Halte­ teilen ermöglicht.

Um eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Zugstangen einer üblichen Materialprüfvorrichtung und der erfindungsge­ mäßen Einspannvorrichtung auszubilden, ist der Innendurch­ messer der rohrförmigen Aufnahmeköpfe an einem Ende gering­ förmig größer ausgebildet, als der Außendurchmesser der Zug­ stange der Zugprüfeinrichtung. Der Toleranzbereich ent­ spricht DIN 71 68/m. In Abstand von dem Ende der Aufnahme­ köpfe ist jeweils eine Bohrung zur Aufnahme eines Befesti­ gungsbolzens vorhanden, der sich durch eine entsprechende Bohrung in den Zugstangen und die Bohrung im Aufnahmekopf erstreckt, so daß eine auf Zug belastbare Verbindung zwischen den Zugstangen und den Aufnahmeköpfen ausgebildet ist, wenn die Enden der Zugspannungen in die rohrförmigen Aufnahmeköpfe aufgeschoben und die Haltebolzen in die durch­ gehende Bohrung eingeführt sind.

Die Aufnahmeköpfe sind unter Anpassung an den Hochtempera­ turbereich so lang ausgebildet, daß sie aus dem hochtempera­ turbereich in einen gekühlten Abschnitt reichen, so daß die kraftflüssige Verbindung zwischen den als Gelenkbolzen ausgebildeten Zugstangen und den Aufnahmeköpfen unter Raumtemperaturbedingungen oder leicht erhöhter Temperatur ausgebildet werden kann.

Das andere Ende der rohrförmigen Aufnahmeköpfe reicht in den Hochtemperaturprüfraum hinein. In dieses Ende werden jeweils Halteteilepaare, die ein in Längsrichtung geteilter Zylinder sind, eingeschoben und eine kraftflüssige Verbindung mittels eines Haltebolzens, der in entsprechende fluchtende Bohrun­ gen in den Halteteilen und den Aufnahmeköpfen eingreift. Diese Bohrung ist in Abstand von dem Ende der Aufnahmeköpfe angeordnet. Um Flachproben mit keilförmigen Ende, d. h. geschulterte Flachproben mittig einspannen zu können, muß das einen Zylinder bildende Halteteilpaar, das in Längs­ richtung getrennt ist, eine symmetrisch zur Längsachse ver­ laufende Aussparung zur Aufnahme des Probenendes aufweisen. Bei Aufteilung des Zylinders in zwei gleich ausgebildete Halteteilepaare durch eine in der Längsachse und in ihrer Richtung mittig verlaufende Längstrennaht weisen beide Halteteile eine Aussparung auf, deren Tiefe der halben Probendicke entspricht und die keilförmig sich zum offenen Ende verjüngend ausgebildet ist.

Besonders bevorzugt ist es jedoch, für diese Probenform eine asymmetrische Aufteilung des das Halteteilepaar bildenden Zylinders vorzunehmen. Dieser Zylinder weist einen gering­ fügig geringeren Durchmesser auf, als der Innendurchmesser des Aufnahmekopfes, so daß ein Einbringen des Halteteile­ paares in den Aufnahmekopf nötig ist. Die Längstrennaht ist außerhalb der Längsachse mittig versetzt und die Aussparung ist im dickeren Halteteil mit einer Tiefe ausgebildet, die der Probendicke entspricht und ist keilförmig mit sich zum offenen Ende hin verjüngend. Die Keilform entspricht der Keilform des Flachprobenendes. Die Maßtoleranzen entsprechen der bereits genannten DIN-Vorschrift und ergeben bei Prüf­ temperaturen einen formschlüssigen Kontakt zwischen den Halteteilen und dem Aufnahmekopf bzw. zwischen den Halte­ teilen und dem Probenende.

Zum Einspannen geschulterter Rundproben mit kegelstumpfför­ migem Ende weist der das Halteteilepaar bildende Zylinder mit einem Durchmesser der geringförmig kleiner ist als der Innendurchmesser des Aufnahmekopfes, eine in der Längsachse mittig verlaufende Längstrennaht auf. Während bei der Flach­ probe eine keilförmige Aussparung zur Aufnahme des Proben­ endes ausgebildet ist, weisen die Halteteile zur Aufnahme einer geschulterten Rundprobe eine kegelstumpfförmige Aus­ sparung mit engerem Durchmesser am offenen Ende auf. In jedem der Halteteile ist eine Hälfte der kegelstumpfförmigen Ausnehmung ausgebildet, wobei der größere Durchmesser der Aussparung und die Steigung des Kegels der Form des Proben­ endes entsprechen, so daß beim Zusammenfügen ein Formschluß zwischen Halteteilen und Probenende möglich ist.

Bei Zugbelastung ergeben die unter einem Winkel zur Zugrich­ tung verlaufenden Kontaktflächen zwischen Probenende und Halteteilen eine mit zunehmender Zugspannung auch zunehmende quer zur Zugrichtung verlaufende Kraftkomponente, die das Probenende zwischen den Halteteilen einspannt.

Bei nicht-geschulterten Flachproben oder Rundstabproben erweist sich eine modifizierte Ausbildung der Halteteile als brauchbar, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Spann­ wirkung auf das Probenende nicht unmittelbar von den Halte­ teilen ausgeübt wird, sondern von dem in den Aufnahmeraum der Halteteile eingefügten Einsatzpaar, dessen Außenfläche unter einem Winkel zur Längsachse in Richtung der Zugbela­ stung verläuft und in dessen Zentraum symmetrisch zur Längs­ achse eine der Probenform entsprechende Aussparung für die Aufnahme des Probenendes vorhanden ist.

Der das Halteteilepaar bildende Zylinder mit einem Durch­ messer, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Aufnahmekopfes, hat eine in der Längsachse mittig ver­ laufende Längstrennaht und eine kegelstumpfförmige Aus­ sparung um die Längsachse mit abnehmendem Durchmesser zum offenen Ende hin in den Halteteilen für die Aufnahme eines kegelstumpfförmigen Einsatzpaares. Das Einsatzpaar seiner­ seits weist eine mittig zur Längsachse verlaufende Längs­ trennaht auf. Beide Einsätze haben an ihren gegenseitigen Kontaktflächen eine in Längsrichtung verlaufende Nut mit jeweils halbkreisförmigem Querschnitt, deren Tiefe dem Radius des aufzunehmenden Endes einer Rundstabprobe ent­ spricht, um einen Formschluß zwischen dem Probenende und den Einsätzen des Einsatzpaares zu ermöglichen. Im Falle von prismatischen Flachproben ist die Nut nicht mit halbkreis­ förmigem Querschnitt, sondern mit rechteckigem Querschnitt in den gegenseitigen Kontaktflächen der Einsätze ausgebil­ det. Die in Längsrichtung verlaufende Nut hat eine Tiefe, die der halben Dicke, und eine Breite, die der halben Breite des Endes der aufzunehmenden prismatischen Flachprobe ent­ spricht. Dies ermöglicht einen Formschluß zwischen Einsätzen und Probenende. Bei Zugbelastung in Längsrichtung bewirkt die unter einem Winkel zur Zugrichtung verlaufende Kontakt­ fläche dann, wenn deren Abstand von der Achse mit Abstand von der nicht-eingespannten Probenmitte zunimmt, eine quer zur Zugrichtung wirkende Kraftkomponente, die mit steigender Zugbelastung die Halteteile und die eingebrachten Einsätze stärker zusammenpreßt, so daß das Probenende zwischen den Einsätzen während der Zugprüfung fixiert ist.

Vorzugsweise sind in den Kontaktflächen der Halteteile mit den Einsätzen einander gegenüberliegend Bolzen eingefügt, deren Enden über die Flächen hinausragen und in Längsrich­ tung vorlaufende Nuten auf der Außenfläche der Einsätze ein­ greifen. Wenn zwei derartiger Bolzen vorhanden ist, lassen sich die Einsätze nur in einer durch die in der Nut geführ­ ten Bolzen definierten Stellung in die Halteteile einbrin­ gen, so daß keine Torsionsspannungen von den Halteteilen bzw. Einsätzen auf die Probe übertragen werden bzw. auftre­ ten können. Um die Einsätze leichter in die Halteteile ein­ fügen zu können, ist es bevorzugt, diese länger auszubilden, so daß sie über die Halteteile hinausragen. Dieser Abschnitt wird zylindrisch ausgebildet und weist auf dem Teilstück ein Außengewinde zur Aufnahme einer Mutter auf, so daß das Probenende zunächst zwischen den Einsätzen durch das Auf­ bringen der Mutter festgelegt werden. Anschließend werden die Halteteile um die Einsätze eingeordnet und in den Auf­ nahmekopf eingebracht und mit dem Haltebolzen befestigt.

Alle Teile der Einspannvorrichtung, d. h. Aufnahmeköpfe, Hal­ teteile, Einsätze und Haltebolzen sind aus Kohlenstoff, Graphit oder mit Kohlenstoffasern verstärktem Kohlenstoff hergestellt, wobei das Material eine Zugfestigkeit von min­ destens 80 MPa aufweist. Vorzugsweise beträgt die Zugfestig­ keit von 80 bis 250 Mpa. Die Aufnahmeköpfe und Haltebolzen sind vorzugsweise aus mit Kohlenstoffasern verstärktem Kohlenstoff hergestellt.

Dies wird erreicht durch Verwendung eines Kohlenstoffaseran­ teils von bis zu 60 Vol.-% des Materials und der Belastungs­ richtung entsprechende Anordnung der Kohlenstoffasern in der Kohlenstoffmatrix.

Um Kerbwirkungen auszuschließen, ist es bevorzugt, die Kan­ ten der Einsatzteile, Halteteile und Aufnahmeköpfe an Stellen, an denen Kerbwirkung unerwünscht ist, anzufasen.

Die erfindungsgemäße konstruktive Gestaltung wird nun anhand der Zeichnungen noch näher beschrieben.

Abb. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Hochtemperatur­ prüfeinrichtung.

Abb. 2a und 2 zeigen die erfindungsgemäße konstruk­ tive Ausbildung der Einspannvorrichtung in Längsschnitten jeweils um 90° gedreht für die Halterung von geschulterten Flachproben.

Abb. 3a, b und c zeigen in Längsschnitten und Auf­ sicht eine Ausführungsform der Halteteile zum Einspannen von geschulterten Rundproben, wobei die Längsschnitte jeweils um 90° versetzt sind.

Abb. 4a und b zeigen eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen konstruktiven Gestaltung zum Ein­ spannen von prismatischen Flachproben.

In Abb. 1 ist im Längsschnitt schematisch die Anordnung von Proben und Zuggestänge bei Hochtemperaturzugprüfung wie­ dergegeben. Mit 1 ist die Heizung des Prüfraumes bezeichnet, mit dem dieser auf Temperaturen von 1600°C bis 2000°C aufgeheizt werden kann. An den Enden der Zugstangen 2 einer üblichen Zugprüfmaschine ist die erfindungsgemäße Einspann­ vorrichtung 3 befestigt. Im Anschlußbereich der Vorrichtung 3 an das Zuggestänge 2 ist ein Mantelkühler 4 vorhanden, um eine unerwünschte Erwärmung der Zugstangen 2 der Material­ prüfeinrichtung zu verhindern. Zwischen den beiden Teilen der Spannvorrichtung 3 ist schematisch ein Probekörper 5 wiedergegeben, dessen Dehnungsverhalten mit Dehnungsaufneh­ mern 6 erfaßt werden kann. Die Dehnungsaufnehmer 6 stehen auf über Dehnungsmeßgestänge 7 mit geeigneten nicht gezeig­ ten Aufzeichnungseinrichtungen in Verbindung. Dehnungsauf­ nehmer und Meßgestänge können ebenfalls aus Kohlenstoff, Graphit oder mit Kohlenstoffasern verstärktem Kohlenstoff bestehen. Sie sind so ausgebildet, daß sie an kommerziell erhältliche Vorrichtungen anschließbar sind.

Abb. 2a und 2b zeigen einen der beiden Aufnahmeköpfe 8 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3, die aus mit Kohlen­ stoffasern verstärktem Kohlenstoff (CFC) hergestellt ist. Die Abb. 2a und 2b sind Längsschnitte in zwei Ebenen, jeweils um 90° versetzt.

Als Material für die rohrförmigen Aufnahmeköpfe 8 hat sich Kohlenstoff mit einem verstärkenden Fasergehalt von 60 Vol.-% erwiesen. Die Fasern sind kreuzend mit einer Orientierung von 45° plus/minus 20° zur Zugrichtung angeordnet. Die Zugfestigkeit des Materials beträgt mindestens 80 MPa. Die Wandstärke des Aufnahmekopfes ist an eine maximal zu errei­ chende Zugbelastung von 10 kN/mm² angepaßt und beträgt beispielsweise 8 bis 15 mm. Die Länge des Aufnahmekopfes wird auf den Probenraum und maximale Probenlänge so abgestimmt, daß das Ende zum Anschluß an die Zugstange 2 der Zugprüfmaschine sich mindestens in den in Abb. 1 wiedergegebenen gekühlten Bereich erstreckt. Der Durchmesser der Aufnahmeköpfe 8 kann, wie in den Abb. 2 gezeigt, an beiden Enden unterschiedlich sein, es ist aber auch eine hohlzylindrische Form möglich.

Der rohrförmige Aufnahmekopf 8 weist jeweils in Abstand von den Enden Bohrungen 9, 10 zur Aufnahme von Haltebolzen 11, 12 aus CFC-Material auf. Ein durch die Bohrung 9 im Aufnahme­ kopf 8 und eine korrespondierende Bohrung durch die Zugstan­ ge 2 der Prüfmaschine geführte Haltebolzen 11 dient zur Befestigung des in den Aufnahmekopf eingeführten Endes der Zugstange 2. Vorzugsweise ist das Ende der Zugstange als Gelenkbolzen ausgebildet. Durch die in Abstand von dem ande­ ren Ende des Aufnahmekopfes 8 angeordnete Bohrung 10 und eine korrespondierende Bohrung 26 in den eigentlichen Probe­ halteteilen 13, 14 erstreckt sich ein Haltebolzen 12, um die Probenhalteteile im Aufnahmekopf zu befestigen. Die Halte­ bolzen 11, 12 werden bei der Zugprüfung auf Scherung und Biegung beansprucht, wobei die Biegung eine untergeordnete Rolle spielt. Um Scherbeanspruchungen π_a von 25 N/mm² zu widerstehen, hat sich für Bolzen aus mit Kohlenstoffasern verstärktem Kohlenstoff ein Durchmesser von beispielsweise 14 bis 17 mm als geeignet erwiesen. Die Bohrungen 9, 10 zur Aufnahme der Bolzen 11, 12 sind so dimensioniert, daß zur Vermeidung von Wärmespannungen eine unbehinderte Dehnung erfolgen kann. Eine brauchbare Passung wird erreicht, wenn die Bohrung 9, 10 beispielsweise einen gegenüber den Bolzen 11, 12 um 0,2 mm größeren Durchmesser aufweisen.

In den Fig. 2a und b ist die Anordnung von Halteteilen 13, 14 und ihre Befestigung im Aufnahmekopf 8 gezeigt. Als geeignete Dimensionierung des Innendurchmessers des Auf­ nahmekopfes am Ende, an dem die Proben eingespannt werden sollen, haben sich beispielsweise 30 mm erwiesen.

Die Halteteile 13, 14 dienen zum Einspannen und Halten von geschulterten Flachproben 5, deren Enden keilförmig ausge­ bildet sind, wobei das Probenende jeweils die größte Breite aufweist. Die Halteteile 13 und 14 wirken zusammen und bil­ den ein Paar, das in den Innenraum des Aufnahmekopfes 8 ein­ geschoben werden kann. Die Halteteile 13, 14 ergeben im zusammengefügten Zustand einen Zylinder, der in Längsrich­ tung geteilt ist. Abb. 2a und b sind Längsschnitte, jeweils um 90° versetzt, so daß in Abb. 2b die Längs­ trennaht des Zylinders zwischen den beiden Halteteilen 13, 14 erkennbar ist. Die beiden Halteteile 13, 14 bilden zusammen einen Zylinder mit einem im Inneren angeordneten Hohlraum zur Aufnahme der Probe, dessen Längstrennaht außer­ halb der Längsachse verläuft. Um ein zentrisches Einspannen der Probe 5 zu ermöglichen, ist die Längstrennaht um die halbe Probendicke aus dem Zentrum versetzt, wie es in Abb. 2b gezeigt ist. Das erste Halteteil 13 weist eine glatte Trennfläche auf. Im zweiten dickeren Halteteil 14 ist eine Aussparung 15 in der Kontaktfläche ausgebildet, deren Tiefe der Probendicke entspricht, so daß ein Formschluß zwischen Probenende und Halteteilen im symmetrisch zur Längsachse ausgebildeten Probenaufnahmeraum 15 gewährleistet is. Die Aussparung 15 im Halteteil 14 ist, die in Abb. 2a gezeigt, keilförmig und verengt sich zu ihrem offenen Ende.

Zur Befestigung der Halteteile 13, 14 im Aufnahmekopf 8 dient ein Bolzen 12, der sich durch die Bohrung 10 und korrespondierende Bohrungen 26 in den Halteteilen 13, 14 erstreckt. Die Bohrungen 26 fluchten mit der Bohrung 10 des Aufnahmekopfes, wenn die Halteteile 13, 14 in den Aufnahme­ kopf 8 in der vorgesehenen Position eingeschoben sind. Bei Zugbelastung beträgt das keilförmige Probenende die Krafteinwirkung, auf die Halteteile 13, 14.

Um Kerbwirkung der Halteteile 13, 14 auf die Probe 5 zu ver­ meiden, ist der Rand der Ausnehmung 15 des Halteteils 14 und der der Probe zugewandte Rand des Halteteils 13 jeweils an­ gefast.

Fig. 3a, b und c zeigen eine andere Ausbildung der Halte­ teile 16, 17 im Längsschnitt für die Aufnahme und Haltung von geschulterten Rundproben. Die Längstrennaht des zylin­ drischen Halteteilepaares 16, 17 verläuft in der Längsachse mittig, so daß die Halteteile 16, 17 symmetrisch ausgebildet sind. Anstelle einer Ausnehmung in nur einem der beiden Teile 16, 17 für geschulterte Flachproben, weisen bei dieser Ausführungsform 16, 17 eine Ausnehmung 20 auf, die jeweils die Form einer Kegelstumpfhälfte hat, so daß die nebenein­ ander zusammengefügten Halteteile 16, 17 eine kegelstumpf­ förmige Aufnahme 20 für das Probenende haben. Der Durch­ messer des kegelstumpfförmigen Raumes 20 erweitert sich nach innen. In diesen Hohlraum 20 kann das Probenende form­ schlüssig eingebracht werden. Der Durchmesser des Probenauf­ nahmeraumes 20 und die Steigung des Kegels entspricht der Form des Probenendes. Die Halteteile 16, 17 werden nach Ein­ bringen des Probenendes in den Raum 20 in den Aufnahmekopf 8 eingeführt und mittels eines nicht gezeigten Bolzens, der sich durch die Bohrung 26 erstreckt, befestigt. Zu diesem Zweck haben die Halteteile 16, 17 wie in Fig. 3a und 3b gezeigt, eine durchgehende Bohrung 26, die im eingeschobenen Zustand mit der korrespondierenden Bohrung durch den Auf­ nahmekopf fluchtet. Fig. 3c zeigt das Aufnahmeteilepaar 16, 17 von oben und läßt die mittige Lage der Trennfläche erkennen. Die unteren Kanten der Halteteile 16, 17 am Rand des Aufnahmeraumes 20 sind angefast, um an dieser Stelle jegliche Kerbwirkung der Halteteile 16, 17 auf die nicht gezeigte Probe auszuschließen. Bei Zugbelastung der Probe wird die Krafteinwirkung auf die Halteteile 16, 17 übertra­ gen und diese werden durch eine sich ausbildende horizontale Kraftkomponente zusammengepreßt. Diese Übertragungs- und Preßwirkung ist bei geschulterten Proben, sowohl Flachproben als auch bei Rundproben durch die Keil- bzw. Kegelstumpfform der Probenenden möglich. Die unter einem Winkel zur Richtung der Zugbelastung verlaufenden Kontaktflächen der Halteteile 16, 17 und der Probenenden ergeben eine senkrecht zur Zug­ richtung wirkende Kraftkomponente aus der die Preßwirkung zum Einspannen des Probenendes resultiert.

Um eine solche Preßwirkung auch bei prismatischen Proben oder stabförmigen Rundproben zu erreichen, hat sich eine Modifikation der Halteteile bewährt. Die konstruktive Gestaltung dieser Halteteile 18, 19 für Flachproben ist in Abb. 4a und 4b wiedergegeben, die diese Ausbildung und Anordnung im Aufnahmekopf 8 in Längsschnitten, jeweils um 90° versetzt, zeigen. Das zum Einspannen der Probe 5 vorgesehene Ende des Aufnahmekopfes 8 weist eine Bohrung 10 zur Aufnahme des Bolzens 12 auf, der bei Eingriff in die korrespondierende und fluchtende Bohrung in den Halteteilen 18, 19 diese in der Aufnahme 8 befestigt. Die in einem zusammengefügten Zustand einen Zylinder ausbildenden Halte­ teile 18, 19 weisen eine Trennfläche in der Längsachse auf und sind symmetrisch ausgebildet. Der Zylinder aus den Halteteilen 18, 19 weist im Inneren um die Längsachse einen kegelstumpfförmigen Hohlraum 20 auf, dessen Durchmesser am der Bohrung 10 zugewandten Ende größer ist, als am mit dem Aufnahmekopf 8 fluchtenden Ende. Das heißt jedes der beiden Halteteile 18, 19 hat eine halbe kegelstumpfförmige Ausneh­ mung 20 auf der Innenseite. Die Tiefe der Ausnehmung ist an dem der Bohrung 10 zugewandten Ende größer als am anderen Ende. In diesem in den Halteteilen 18, 19 ausgebildeten kegelstumpfförmigen Aufnahmeraum werden zum Einspannen des Probenendes keilförmige Einsätze 21, 22 eingebracht, die als ein Paar die Form des Kegelstumpfes haben, der mit dem inne­ ren Hohlraum in den Halteteilen 18, 19 korrespondiert, so daß ein Formschluß zwischen den Einsätzen 21, 22 und den Halteteilen 18, 19 gewährleistet ist. Die Berührungsflächen der Einsätze 21, 22 mit den Halteteilen 18, 19 verlaufen unter einem Winkel zur Längsachse, in der die Zugbelastung wirkt. Dies hat zur Folge, daß bei Zugbelastung sich eine erwünschte Kraftkomponente quer zur Zugrichtung ausbildet und die Halteteile 18, 19 und die Einsätze 21, 22 gegenein­ ander gepreßt werden. Diese Preßwirkung reicht aus, um pris­ matische oder stabförmige Probenenden zwischen den Einsätzen 21, 22 einzuspannen und zu halten, da die Preßwirkung mit steigender Zugbelastung sich erhöht.

Um die Probenenden zwischen den Einsätzen 21, 22 anordnen und einspannen zu können, ist ein mit den Probenformen korrespondierender Hohlraum symmetrisch um die Längsachse angeordnet, erforderlich. Im Falle einer zylindrischen stab­ förmigen Probe ist eine zentrisch verlaufende Nut mit halb­ kreisförmigen Querschnitt in jedem der Einsätze 21, 22 aus­ gebildet, deren Tiefe jeweils dem Radius des Probenrund­ stabes entspricht, um einen Formschluß zwischen Probe und Einsätzen 21 und 22 zu gewährleisten. Diese Ausführungsform ist in Abb. 4 nicht gezeigt, sondern die Ausführungs­ form für prismatische Flachproben. Die Einsätze 21, 22 für prismatische Flachproben weisen jeweils eine sich in Längs­ richtung symmetrisch zur Längsachse erstreckende Nut 23 an ihren gegenseitigen Kontaktflächen zur Ausbildung eines Raumes für das einzuspannende Probenende auf. Die Nut 23 mit rechteckigem Querschnitt ist jeweils halb so tief wie die Probendicke und halb so breit wie die Probenbreite. Dies ermöglicht einen Formschluß und Einspannen des Probenendes zwischen den Einsätzen 21, 22. Der Rand der Einsätze 21 an der Nut 23 ist zur Vermeidung von Kerbwirkung auf die Probe angefast.

Um das Zusammenfügen der Halteteile 18, 19 und der Einsätze 21, 22 mit dem Probenende zu erleichtern, sind die Einsätze 21, 22 länger ausgebildet und tragen über die Halteteile 18, 19 und den Aufnahmekopf 8 hinaus. Dieser Abschnitt der Ein­ sätze ist jeweils ein halber in Längsrichtung geteilter Zylinder, auf dem ein Außengewinde ausgebildet ist. Vorzugs­ weise beginnt der zylindrische Abschnitt bereits im letzten Teilabschnitt zwischen den Halteteilen 18 und 19. Mittels einer auf das Außengewinde aufgedrehten Mutter 27 lassen sich die Einsätze 21, 22 zusammenhalten, wie es in Abb. 4a gezeigt ist. Um das paßgerechte Zusammenfügen von Halte­ teilen 18 und 19, Einsätzen 21, 22 zu erleichtern, weisen die Halteteile 18, 19 vorzugsweise an den unter einem Winkel zur Längsachse verlaufenden Kontaktflächen mit den Einsätzen 21, 22 zwei einander gegenüberliegende in die Halteteile 18, 19 eingefügte Bolzen 24 auf, deren Enden über die Kontakt­ fläche hinausragen und den Nuten 25 in den Außenflächen 21, 22 eingreifen. Die in Längsrichtung der Einsätze 21, 22 ver­ laufende Nuten 25 ermöglichen geringfügige Verschiebungen der Teile gegeneinander und ungehinderte Kraftübertragung von den Einsätzen 21, 22 auf die Halteteile 18, 19. Die in die Nuten 25 ragenden Enden der Bolzen 24 verhindern eine ungewollte Drehung der Einsätze um ihre Längsachse und sichern die korrekte Anordnung der Einsätze 21, 22 in den Halteteilen 18, 19, so daß das Auftreten von Torsions­ spannungen an die Probe 5 vermieden wird.

Bolzen 12 und Aufnahmeköpfe 8 sind aus mit Kohlenstoffasern verstärktem Kohlenstoff hergestellt, wobei die Faserorien­ tierung und -anordnung derart ist, daß die gewünschten erforderlichen Zugfestigkeiten auch bei hohen Temperaturen gewährleistet sind. Sowohl die Halteteile als auch die Ein­ sätze sind aus Kohlenstoff, Graphit oder mit anderen Kohlen­ stoffasern verstärktem Kohlenstoff hergestellt.

Claims (9)

1. Einspannvorrichtung für die Zugprüfung von Proben (5) bei hohen Temperaturen mittels einer Zugprüfeinrichtung mit zwei einander gegenüberliegenden Zugstangen (2), dadurch gekennzeichnet, daß die aus mit Kohlenstoff, Graphit oder Kohlenstoffasern verstärktem Kohlenstoff bestehende Einspannvorrichtung (3) aufweist,

• (a) zwei an den Enden der Zugstangen (2) außerhalb des Hoch­ temperaturbereiches befestigbare rohrförmige Aufnahme­ köpfe (8), deren Länge auf die Länge des Hochtemperatur­ prüfraumes und die maximale Probenlänge abgestimmt ist und
• (b) in jedem der Aufnahmeköpfe (8) mittels in eine Bohrung (10) im Aufnahmekopf (8) eingreifenden Bolzens (12) befestigbare Paare von Halteteilen (13, 14; 16, 17; 18, 19), die eine mit der Bohrung (10) im Aufnahmekopf (8) korrespondierende und fluchtende Bohrung (26) auf­ weisen,
• (c) wobei jeweils das Halteteilepaar (13, 14; 16, 17; 18, 19) in zusammengefügtem Zustand ein in Längsrichtung geteilter Zylinder ist und mindestens an einer der gegenseitigen Kontaktflächen der Halteteile (13, 14, 16, 17, 18, 19) eine Nut oder Aussparung (15, 20) ausgebil­ det ist, deren Tiefe der halben oder der ganzen Dicke des einzuspannenden Probenendes entspricht und deren Form der Form des Probenendes entspricht und ein Form­ schluß zwischen Probenende und Halteteilen (13, 14, 16, 17) ermöglicht.

2. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der rohrförmigen Aufnahmeköpfe (8) an einem Ende geringfügig größer ist als der Außendurch­ messer der Zugstange (2) der Zugprüfeinrichtung und in Ab­ stand von dem Ende der Aufnahmeköpfe (8) jeweils eine Boh­ rung (9) zur Aufnahme eines Befestigungsbolzens (11) vorhan­ den ist, der sich durch eine entsprechende Bohrung in der Zugstange (2) und die Bohrung (9) im Aufnahmekopf (8) erstreckt, so daß eine auf Zug belastbare Verbindung zwischen den Zugstangen (2) und den Aufnahmeköpfen (8) aus­ gebildet ist.

3. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das Halteteilepaar (13, 14) bildende Zylinder mit einem Durchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Aufnahmekopfes (8) eine außerhalb der Längsachse mittig versetzte Längstrennaht aufweist und die Aussparung (15) zur Aufnahme einer Flachprobe (5) mit keil­ förmigem Ende im dickeren Halteteil (14) mit einer Tiefe ausgebildet ist, die der Probendicke entspricht und die Aus­ sparung (15) keilförmig sich zum offenen Ende verengend aus­ gebildet ist.

4. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das Halteteilepaar (16, 17) bildende Zylinder mit einem Durchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Aufnahmekopfes (8) eine in der Längs­ achse mittig verlaufende Längstrennaht aufweist und die Aus­ sparung (20) für die Aufnahme einer Rundprobe mit kegel­ stumpfförmigem Ende kegelstumpfförmig mit engerem Durch­ messer am offenen Ende ist und in jedem Halteteil (16, 17) eine Hälfte der kegelstumpfförmigen Ausnehmung (20) ausge­ bildet ist, wobei der größere Durchmesser der Aussparung (20) und die Steigung des Kegels der Form des Probenendes entsprechen, um einen Formschluß zwischen Halteteilen (16, 17) und Probenende zu ermöglichen.

5. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das Halteteilepaar (18, 19) bildende Zylinder mit einem Durchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Aufnahmekopfes (8) eine in der Längs­ achse mittig verlaufende Längstrennaht aufweist und eine kegelstumpfförmige Aussparung (20) um die Längsachse mit abnehmenden Durchmesser zum offenen Ende hin in den Halte­ teilen (18, 19) für die Aufnahme eines kegelstumpfförmigen Einsatzpaares vorhanden ist, das eine in der Längsachse mittig verlaufende Längstrennaht aufweist und beide Ein­ sätze an ihren gegenseitigen Kontaktflächen eine in Längs­ richtung verlaufende Nut mit jeweils halbkreisförmigem Quer­ schnitt aufweisen, deren Tiefe dem Radius des Endes einer aufzunehmenden Rundstabprobe entspricht, um einen Formschluß zwischen den Einsätzen und dem Probenende zu ermöglichen.

6. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das Halteteilepaar (18, 19) bildende Zylinder mit einem Durchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Aufnahmekopfes (8) eine in der Längs­ achse mittig verlaufende Längstrennaht aufweist und eine kegelstumpfförmige Aussparung (20) um die Längsachse mit abnehmenden Durchmesser zum offenen Ende hin in den Halte­ teilen (18, 19) für die Aufnahme eines kegelstumpfförmigen Einsatzpaares (21, 22) vorhanden ist, daß eine in der Längs­ achse mittig verlaufende Längstrennaht aufweist und beide Einsätze (21, 22) an ihren gegenseitigen Kontaktflächen eine in Längsrichtung verlaufende Nut (23) aufweisen, deren Tiefe der halben Dicke und deren Breite der halben Breite des Endes einer aufzunehmenden prismatischen Flachprobe ent­ spricht, um einen Formschluß zwischen den Einsätzen (21, 22) und dem Probenende zu ermöglichen.

7. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kontaktflächen der Halteteile (18, 19) mit den Einsätzen (21, 22) einandergegenüberliegend Bolzen (24) ein­ gefügt sind, deren Enden über die Fläche hinausragen und in Längsrichtung verlaufende Nuten (25) auf der Außenfläche der Einsätze (21, 22) eingreifen.

8. Einspannvorrichtung nach Ansprüchen 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze (21, 22) über die Halteteile (18, 19) hin­ ausragen und auf diesem zylindrisch ausgebildeten Teilstück ein Außengewinde zur Aufnahme einer Mutter (27) vorhanden ist.

9. Einspannvorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugfestigkeit des für die Spannvorrichtung (3) und ihre Einzelteile verwendeten Kohlenstoffs, Graphits oder mit Kohlenstoffasern verstärkten Kohlenstoffs mindestens 80 MPa beträgt.