DE4131670C2 - Zugprüfgerät sowie Verfahren zum Durchführen von Zugversuchen an verdrallten Prüfmaterialien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zugprüfgerät zur Durchfüh­ rung von Zugversuchen an Prüfmaterialien nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Durch­ führung von Zugversuchen an verdrallten Prüfmaterialien nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7 bzw. 8.

Derartige Zugprüfgeräte werden beispielsweise benötigt, um faden- oder bandförmige Materialien einer Zugspan­ nung auszusetzen, indem über die beiden Spannklemmen des Zugprüfgerätes durch Bewegen der einen Spannklemme relativ zu der anderen eine Längenänderung des zwischen zwei Einspannstellen verlaufenden Materialabschnittes und dadurch bedingt eine Zugspannung erzeugt wird.

Ein wichtiges Einsatzgebiet derartiger Spannvorrichtun­ gen sind Zugversuche an faden- oder bandförmigen, z. B. textilen Materialien, zur Feststellung der Höchstzug­ kraft, der Höchstzugkraftdehnung sowie des Verlaufs der Kraft-/Dehnungskurve.

Für diese Zugversuche werden bevorzugt automatische mikroprozessor-gesteuerte Prüfgeräte eingesetzt (siehe Firmenprospekt der Firma Textechno: "Automatisches Zug­ prüfgerät STATIMAT M").

Derartige Zugprüfgeräte werden auch zur Durchführung von Zugversuchen an textilen Reifenkorden verwendet, die vor dem Zugversuch einer Verdrallung, z. B. 100 Dre­ hungen pro Meter, ausgesetzt sind. Hierzu ist der Rei­ fenkord beispielsweise auf einer externen Maschine ver­ drallt worden und anschließend im verdrallten Zustand in das Zugprüfgerät eingespannt worden. Abgesehen da­ von, daß diese Vorgehensweise sehr zeitraubend ist, hat sie auch den Nachteil, daß nicht sichergestellt ist, daß beim Übertragen des Prüfmaterials auf das Zugprüf­ gerät eine teilweise Entdrallung des Prüfmaterials er­ folgt.

Eine aus dem DE-GM 19 73 178 bekannte Prüfmaschine für die Einzeldrahtprüfung besteht aus einer Kombination einer Vielzahl von separaten Prüfvorrichtungen, z. B. einer Zugprüfeinrichtung, einer Biegeprüfeinrichtung und einer Verwindungsprüfeinrichtung. Des weiteren er­ laubt die Prüfmaschine ein Richten ungerichteter Einzel­ drähte. Die Zugprüfeinrichtung besteht aus einem oberen beweglichen Spannfutter und einem unteren stationären Abfangfutter. Ein unteres drehbares und stationäres, nicht der Zugprüfeinrichtung zugeordnetes Spannfutter wird in Verbindung mit dem oberen Spannfutter der Zug­ prüfeinrichtung nur zum Richten verformter Einzeldrähte bzw. für die separate Verwindungsprüfeinrichtung, nicht jedoch in Verbindung mit der Zugprüfeinrichtung selbst verwendet. Die Anordnung des drehbaren Spannfutters auf der Seite der unbeweglichen Spannklemme hat den Nach­ teil, daß während der Verdrallung des Prüfmaterials der zwischen den Spannfuttern durch das sich verkürzende Prüfmaterial entstehende Kraft- bzw. Spannungsaufbau weder gemessen noch gesteuert werden kann.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Zugprüfgerät zum Durchführen von Zugversuchen an verdrallten Prüfmaterialien zu schaffen, mit denen eine automatisierte, schnelle und in hohem Maße reproduzierbare Zugprüfung an verdrallten Prüfmate­ rialien erfolgen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Anspruchs 1, 7 bzw. 8.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß die erste Spann­ klemme mit einer Kraft-Meßeinrichtung in Verbindung steht, und daß die Hilfsklemme an der in Zugrichtung beweglichen, als Abzugsklemme dienenden Spannklemme auf der der Spann­ klemme abgewandten Seite angeordnet ist und mit der Abzugs­ klemme mitbewegbar ist.

Die Anordnung der Hilfsklemme relativ zu der als Abzugs­ klemme dienenden Spannklemme und der mit der Kraft-Meßein­ richtung verbundenen Spannklemme ist von wesentlicher Bedeutung, da während des Verdrallvorgangs das Prüfmaterial zwischen der ersten Spannklemme und der Hilfsklemme eingespannt ist, während die Abzugsklemme offen ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt, während des Verdrallens des Prüfmaterials, den Kraft- und Spannungsaufbau in der Prüfstrecke zu messen und beispielsweise durch Bewegung der mit der Abzugsklemme verbundenen Hilfsklemme für einen gesteuerten Spannungsabbau während des Verdrallens zu sorgen, oder bestimmte Grenzwerte für die höchstmögliche Spannung vorzugeben. Auf diese Weise ist es in einem auto­ matisierten Prozeß möglich, dem Prüfmaterial die erforderliche Anzahl von Drehungen zu erteilen und den Zugversuch mit einer definierten reproduzierbaren Vorspannung bei dann geschlossener Abzugsklemme zu be­ ginnen. Die Erfindung schafft ein Zugprüfgerät mit dem sich automatisierte und in hohem Maße reproduzierbare Zugprüfungen an verdrallten Prüfmaterialien durchführen lassen. Des weiteren ist ein Zugversuch mit verdralltem Prüfmaterial in kurzer Zeit durchführbar, da der verdrallte Prüfmaterialabschnitt durch die Anordnung der Hilfsklemme gemeinsam mit der Abzugsklemme auf einem Schlitten nur unwesentlich größer ist als die tatsächliche Prüfstrecke.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die Längskontraktionskraft während der Verdrallung auch bei konstanter Einspannlänge kon­ tinuierlich gemessen werden kann. Dies ermöglicht eine neuartige Messung des Torsionsverhaltens fadenförmiger Prüfmaterialien.

Die um die Längsachse des Materialabschnitts in der Prüfstrecke gesteuert drehbare Hilfsklemme, die außer­ halb der Prüfstrecke angeordnet ist, erlaubt in vor­ teilhafter Weise eine Verdrallung des Prüfmaterials in der Prüfstrecke mit hoher Genauigkeit, d. h. mit exakt vorgegebener Umdrehungszahl pro Meter Materialmenge. Die Zugprüfungen können mit exakter Reproduzierbarkeit der Meßwerte und in kurzem Zeittakt erfolgen, da die Hilfsklemme eine Automatisierung des gesamten Einspann- und Verdrallungsvorgangs ermöglicht.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß eine zweite Hilfsklemme außerhalb der Prüfstrecke, auf der der ersten drehbaren Hilfsklemme entgegenge­ setzten Seite der Prüfstrecke angeordnet ist. Die zweite Hilfsklemme ermöglicht es, den Materialabschnitt in der Prüfstrecke vollständig, d. h. auch im Bereich beider Spannklemmen, zu verdrallen, so daß sich das Prüfmate­ rial auch im Bereich der Klemmflächen beider Spann­ klemmen im verdrallten Zustand befindet. Auf diese Weise werden Brüche an der ersten Spannklemme vermieden, die bei bestimmten empfindlichen Materialien an der Klemmenkante aufgrund des Übergangs von dem verdrallten in den unverdrallten Zustand des Prüfmaterials auf­ treten können.

Der Drehantrieb der ersten Hilfsklemme führt über die Steuerung mit einer die Umdrehungen der Hilfsklemme erfassenden Meßeinrichtung eine vorgegebene Umdrehungs­ zahl aus. Dabei ist der Drehantrieb, z. B. ein Schritt­ motor, derart genau gesteuert, daß weitestgehend exakt ganzzahlige Umdrehungen ausführbar sind.

Die erste Hilfsklemme kann eine Zentriereinrichtung aufweisen, die die Hilfsklemme in einer vorbestimmten Drehposition arretiert. Die Zentriereinrichtung stellt sicher, daß vor und auch nach dem Ausführen der vor­ gegebenen Umdrehungszahl die erste Hilfsklemme in einer bestimmten vorgegebenen Drehposition arretiert ist. Dabei können Positionierfehler bis zu ca. 15° korri­ giert werden. Die exakte Position ist einerseits von Bedeutung, um die Ausführung ganzzahliger Umdrehungen sicherzustellen und andererseits, um Kollisionen mit einer automatischen Fadenzuführeinrichtung zu vermei­ den. Eine Weiterbildung sieht vor, daß die Zentrier­ einrichtung zugleich den Öffnungsvorgang der Hilfsklem­ me auslöst. Dies ist beim Einführen des Prüfmaterials von Bedeutung, da mit dem öffnen der ersten Hilfsklemme ihre exakte Ausrichtung sichergestellt ist.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindungen näher erläu­ tert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Spannvorrichtung einer automatischen Zugprüfmaschine,

Fig. 2 die Abzugsklemme der Spannvorrichtung mit drehbarer Hilfsklemme,

Fig. 3 ein Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 ein Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2,

Fig. 5 eine Darstellung gemäß Fig. 4 mit geöffneter Hilfsklemme.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des in Fig. 1 gezeig­ ten automatischen Zugprüfgerätes sind Zugversuche, in denen faden- oder drahtförmige, aber auch bandförmige Materialien hinsichtlich Höchstzugkraft, Höchstzug­ kraftdehnung usw. untersucht werden können.

Die Spannvorrichtung 1 des Zugprüfgerätes besteht im wesentlichen aus einer oberen Spannklemme 2 und einer unteren Spannklemme 4, von denen mindestens eine zur Durchführung des Zugversuches beweglich ist. Im Aus­ führungsbeispiel der Fig. 1 ist dies die untere Spannklemme, die als Abzugsklemme 4 verwendet wird. Die obere Spannklemme 2 steht in Verbindung mit einer Kraft- Meßeinrichtung.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Spannvorrichtung 1 wird das Prüfmaterial 6 mit Hilfe einer geeigneten Zuführein­ richtung 7 in die von den Spannklemmen 2, 4 definierte Einspannebene in eine Prüfstrecke 5 vertikal eingeführt. Die im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 gezeigte Zuführ­ einrichtung 7 besteht aus einem um eine horizontale Achse 9 schwenkbaren Greifer 15, der in einer vertika­ len Führung im Bereich der Spannvorrichtung 1 auf- und abbewegbar ist und einen horizontal zu dem Prüfmaterial vorstehenden Arm 17 aufweist. Der Arm 17 weist an seinem freien Ende eine ansteuerbare Spannklemme auf, die das Greifen des Prüfmaterials 6 erlaubt. Durch Verschwenken des Greifers 15 in Richtung auf das Prüfmaterial 6 kann in der in Fig. 1 gezeigten Position des Greifers das Prüfmaterial erfaßt werden und durch Zurückschwenken und anschließendes Abwärtsbewegen des Greifers in die Prüfstrecke 5 bis unterhalb der Abzugsklemme 4 einge­ zogen werden.

Durch erneutes Verschwenken des Greifers 15 in Richtung auf die Abzugsklemme 4 kann das Prüfmaterial in die vorbestimmte Lage zwischen den Spannklemmen 2, 4 posi­ tioniert werden.

Zwischen den Spannklemmen 2, 4 kann der zu prüfende Materialabschnitt 8 des Prüfmaterials 6 während des Zugversuches über die Spannklemmen 2, 4 zunehmend gedehnt werden, wodurch entsprechend der Kraft-Deh­ nungscharakteristik eine anwachsende Zugkraft entsteht.

Zum Aufbringen einer Verdrallung auf das Prüfmaterial 6, und zwar auf den zu prüfenden Materialabschnitt 8, ist unterhalb der unteren Spannklemme bzw. Abzugsklemme 4 eine mit der unteren Spannklemme 4 mitbewegte dreh­ bare Hilfsklemme 10 angeordnet, wobei die Zuführein­ richtung 7 das Prüfmaterial 6 über die Abzugsklemme 4 hinaus bis in die drehbare Hilfsklemme 10 hinein ein­ führt.

Die Abzugsklemme 4 mit der außerhalb der Prüfstrecke 5 angeordneten Hilfsklemme 10 ist am besten aus den Figu­ ren 2 und 3 ersichtlich.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Hilfsklemme 10 unmittelbar unterhalb der Abzugsklemme 4 in einem Dreh­ körper 22 angeordnet, der um die Achse des in der Prüf­ strecke 5 befindlichen Materialabschnitts 8 drehbar gelagert ist.

Der Drehkörper 22 ist unterhalb der Hilfsklemme 10 als Hohlkörper gestaltet, der zur einen Seite ausgespart ist, damit die Zuführeinrichtung 7 das Prüfmaterial 6 in den Drehkörper 22 hinein, in die Prüfstrecke 5, in die Abzugsklemme 4 und in die Hilfklemme 10 einbringen kann.

Unterhalb des Drehkörpers 22 ist ebenfalls koaxial zu der Achse des Materialabschnittes 8 eine Absaug­ einrichtung 20 angeordnet, über die nach dem Zugversuch der abgetrennte Teil des Materialabschnittes 8 abge­ saugt und damit automatisch entsorgt werden kann. Der Materialabschnitt 8 wird dabei durch eine kreisförmige Öffnung 28 am unteren Ende des Drehkörpers 22 in die nicht mitrotierende Absaugeinrichtung 20 abgesaugt. Der erforderliche Unterdruck kann beispielsweise mit Hilfe eines Injektors 26 erzeugt werden.

Die Spannklemme 10 ist, wie am besten aus den Fig. 4 und 5 entnehmbar ist, federbetätigt, und zwar derart, daß die Feder 30 die Hilfsklemme 10 normalerweise mit einer vorbestimmten Vorspannkraft geschlossen hält. Das Prüfmaterial 6 ist dabei exakt in der Drehachse des Drehkörpers 22 und damit auch der Hilfsklemme 10 einge­ spannt. Der Drehantrieb 12 wird von der Steuerung des automatischen Zugprüfgerätes angesteuert und kann z. B. als Schrittmotor eine exakte Anzahl von vollständigen Drehungen ausführen. Der Drehantrieb 12 ist hierzu bei­ spielsweise mit einem Riementrieb 30 mit dem Drehkörper 22 gekoppelt. Zur Steuerung des Drehantriebs 12 erhält die Steuerung Umdrehungsmeßsignale einer Umdrehungsmeß­ einrichtung 14, die je Umdrehung des Drehkörpers 22 einen oder mehrere Impulse erzeugt.

Die Genauigkeit der Steuerung des Drehantriebs 12 er­ möglicht die Ausführung und exakte Einhaltung einer vorbestimmten Anzahl von Umdrehungen, so daß der Dreh­ körper 22 exakt positioniert werden kann.

Kleinere Positionierfehler bis zu 15° können, sofern sie überhaupt auftreten, mit Hilfe einer Zentrierein­ richtung 16 korrigiert werden. Die Zentriereinrichtung 16 weist einen pneumatisch betätigbaren Kolben 19 mit einer konischen Spitze 21 auf, die in eine entsprechende konische Aussparung 23 des Drehkörpers 22 eingreifen kann und damit die fehlerfreie Ausrichtung des Drehkörpers 22 mit der Hilfsklemme 10 sicherstellt.

Die Zentriereinrichtung 16 dient gleichzeitig dazu, die Spannklemme 10 vor dem Einführen eines neuen Material­ abschnitts in die Prüfstrecke 5 bzw. nach Durchführung des Zugversuchs zum Entsorgen des abgetrennten Material­ abschnitts 8 zu öffnen. Hierzu drückt der Kolben 19 mit der konischen Spitze 21 durch die konische Aussparung 23 hindurch auf einen beweglichen Klemmenteil 32 der gegen die Federkraft der Feder 30 in Bewegungsrichtung des Kolbens 19 zurückgedrückt wird und dadurch das Prüf­ material 6 in der Hilfsklemme 10 freigibt. Beim Zurück­ fahren des Kolbens 19 der Zentriereinrichtung 16 drückt die Feder 30 das bewegliche Klemmteil 32 gegen ein star­ res Klemmteil 34 und klemmt auf diese Weise das Prüfma­ terial 6 ein. Für diesen Einspannvorgang genügt allein die Federkraft der Feder 30, so daß die Klemmenspannung auch während der Rotation des Drehkörpers 22 ohne Ener­ giezufuhr von außen aufrechterhalten bleibt.

Oberhalb der oberen Spannklemme 2 kann eine weitere stationäre Hilfsklemme 11 angeordnet sein, die bei ge­ öffneten Spannklemmen 2, 4 allein mit der drehbaren Hilfsklemme 10 zusammenwirkt, um das Prüfmaterial 6 zu verdrallen.

Die Durchführung eines Zugversuches an einem verdrall­ ten Textilmaterial erfolgt in folgenden Schritten:

Zunächst wird mit Hilfe der Zuführeinrichtung 7 das Prüfmaterial 6 oberhalb der oberen Spannklemme 2 bzw. der Hilfsklemme 11 in bereits beschriebener Weise ab­ geholt und durch Herunterfahren der Zuführeinrichtung 7 in die Prüfstrecke 5 eingelegt. Hierbei sind sowohl die Spannklemmen 2, 4 als auch die Hilfsklemme 10, und so­ fern vorhanden, die zweite Hilfsklemme 11 geöffnet. Nach Einführung des Prüfmaterials 6 in die Prüfstrecke 5 schließt zunächst die Hilfsklemme 10 und gleichzei­ tig, oder auch nacheinander, entweder die obere Spann­ klemme 2 oder die obere stationäre Hilfsklemme 11. Da­ raufhin wird das Prüfmaterial 6 mit z. B. 100 Umdrehun­ gen pro Meter zwischen den Einspannstellen verdrallt. Wenn die exakte Umdrehungszahl erreicht ist, schließen die Spannklemmen 2, 4, woraufhin die Hilfsklemmen 10, 11 geöffnet werden können, aber auch geschlossen blei­ ben können. Nach Schließung der Spannklemmen 2, 4 kann der Zugversuch in für sich bekannter Weise durchgeführt werden. Nach dem Zerreißen des Materialabschnitts 8 in der Prüfstrecke 5 können die unteren Spannklemmen, näm­ lich die Abzugsklemme 4 und die Hilfsklemme 10, geöff­ net werden, um ein Absaugen des abgetrennten Material­ abschnitts 8 mit Hilfe der Absaugeinrichtung 20 zu er­ möglichen.

Anschließend kann ein neuer Zugversuch durchgeführt werden, wozu neues Prüfmaterial 6 mit Hilfe der Zuführ­ einrichtung 7 in die Prüfstrecke 5 eingebracht wird.

Claims (8)

1. Zugprüfgerät zur Durchführung von Zugversuchen an Prüf­ materialien (6) mit zwei Spannklemmen (2, 4) zum Einspan­ nen eines von einer Zuführeinrichtung (7) bereitgestell­ ten Prüfmaterials (6) und Übertragen einer Zugkraft in einen zwischen den Spannklemmen (2, 4) in einer Prüf­ strecke (5) verlaufenden Materialabschnitt (8) sowie mit einer Steuerung und mit Meßeinrichtungen zur Aufnahme von Meßwerten eines Zugversuches, und mit einer außer­ halb der zwischen den Spannklemmen verlaufenden Prüf­ strecke angeordneten, um die Längsachse des Materialab­ schnitts in der Prüfstrecke mit einem steuerbaren Drehantrieb (12) drehbaren Hilfsklemme, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spannklemme (2) mit einer Kraft-Meßein­ richtung in Verbindung steht und daß die Hilfsklemme (10) an der in Zugrichtung beweglichen, als Abzugsklemme (4) dienenden Spannklemme auf der der ersten Spannklemme (2) abgewandten Seite angeordnet ist und mit der Abzugs­ klemme (4) mitbewegbar ist.

2. Zugprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite, stationäre Hilfsklemme (11) außerhalb der Prüfstrecke (5) auf der der ersten Hilfsklemme entgegengesetzten Seite der Prüfstrecke (5) angeordnet ist.

3. Zugprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (12) der Hilfsklemme (10) über die Steuerung mit Hilfe einer die Umdrehungen der Hilfsklemme (10) erfassenden Meßeinrichtung (14) eine vorgegebene Umdrehungszahl ausführt.

4. Zugprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Hilfsklemme (10) eine Zentriereinrichtung (16) aufweist, die die erste Hilfsklemme (10) in einer vorbestimmten Drehposition arretiert.

5. Zugprüfgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentriereinrichtung (16) zugleich die Öffnung der ersten Hilfsklemme (10) bewirkt.

6. Zugprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Hilfsklemme (10) eine Ab­ saugeinrichtung (20) für das Prüfmaterial (6) aufweist.

7. Verfahren zum Durchführen von Zugversuchen an verdrall­ ten Prüfmaterialien durch Verdrehen des Prüfmaterials um eine vorgegebene Anzahl von Drehungen und durch anschlie­ ßendes Durchführen eines Zugversuchs mit einem zwischen einer stationären, die Kraftmessung ausführenden, ersten und einer zweiten, beweglichen Einspannklemme in einer Prüfstrecke verlaufenden Materialabschnitt des Prüfma­ terials, gekennzeichnet durch

• - Einspannen des Prüfmaterials in der ersten sowie in einer zusätzlichen, jenseits der zweiten Einspann­ klemme angeordneten, dritten, mit der zweiten Ein­ spannklemme gemeinsam bewegten, um die Längsachse des Materialabschnitts gesteuert drehbaren Einspann­ klemme,
• - Verdrehen des Prüfmaterials im Bereich zwischen der ersten und dritten Einspannklemme um eine vorgegebene Anzahl von Umdrehungen,
• - Einspannen des Materialabschnitts durch Schließen der zweiten Einspannklemme, und
• - Durchführen des für sich bekannten Zugversuchs.

8. Verfahren zum Durchführen von Zugversuchen an verdrall­ ten Prüfmaterialien durch Verdrehen des Prüfmaterials um eine vorgegebene Anzahl von Drehungen und durch anschlie­ ßendes Durchführen eines Zugversuchs mit einem zwischen einer stationären, die Kraftmessung ausführenden, ersten und einer zweiten, beweglichen Einspannklemme in einer Prüfstrecke verlaufenden Materialabschnitt des Prüfma­ terials, gekennzeichnet durch

• - Einspannen des Prüfmaterials in zwei zusätzlichen, jeweils in Bezug auf die Prüfstrecke außerhalb der ersten und zweiten Einspannklemme angeordneten, dritten und vierten Einspannklemmen,
• - Verdrehen des Prüfmaterials im Bereich zwischen der dritten, mit der zweiten Einspannklemme gemeinsam bewegten, um die Längsachse des Materialabschnitts drehbaren Einspannklemme und der vierten, statio­ nären Einspannklemme um eine vorgegebene Anzahl von Umdrehungen,
• - Einspannen des Materialabschnitts durch Schließen der ersten und zweiten Einspannklemme, und Durchführen des für sich bekannten Zugversuchs.