DE4307053A1 - Vorrichtung zur Prüfung der Oberflächenzugfestigkeit von Bauteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Prüfung der Oberflächenzugfestigkeit von Bauteilen, die aus einem auf diese aufklebbaren Prüfstempel und einer auf diesen einwirkenden an dem zu prüfenden Bauteil abgestützten und von einem Druckmittel beaufschlagten Servoeinrichtung besteht.

Bei den bekannten Haftzug-Prüfgeräten dieser Art ist als Servoeinrichtung ein in einen Zylinder eingesetzter ein­ seitig von Druckmittel beaufschlagbarer Verstellkolben vorgesehen, der über eine Zugstange mit dem Prüfstempel verbunden ist. Der den Kolben aufnehmende Zylinder ist hierbei über mehrere Streben an einem den Prüfstempel umgebenden Ring abgestützt, der auf das zu prüfende Bauteil aufzusetzen ist. Bei geneigter Oberfläche des Bauteils ist das Gerät gesondert mittels z. B. an einer Wand zu befestigender Halter abzustützen. Wird in dem Druckraum des Verstellkolbens ein Druck aufgebaut, so wird, sobald die Oberflächenzugfestigkeit des zu prüfen­ den Bauteils überschritten wird, von dem aufgeklebten mit dem Verstellkolben verbundenen Prüfstempel Teile aus der zu prüfenden Oberfläche heraus gelöst und der Verstellkolben wird in die Endlage verschoben. Anhand des in dem Druckraum beim Ablösen der Probe herrschenden Druckes und der Fläche des beaufschlagten Verstellkolbens kann die Bruchlast bestimmt werden.

Diese Haftprüfgeräte haben sich in der Praxis zwar bewährt, deren Einsatz auf Baustellen ist aber mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Abgesehen davon, daß diese Geräte eine große axiale Erstreckung sowie ein hohes Eigengewicht aufweisen, ist das Ausrichten des Zylinders sehr zeitaufwendig und erfordert mitunter großes Geschick. Der Zylinder muß nämlich vor einem Prüfvorgang äußerst exakt senkrecht zur Oberfläche des zu prüfenden Bauteils angeordnet werden, da anderenfalls durch Kippkräfte und dadurch verursachte ungleichmäßige Spannungsverteilung in der Klebefuge das Meßergebnis in einem erheblichen Maße beeinträchtigt wird. Auch kann beim Einschrauben der mit dem Kolben verbundenen Zugstange in den Prüfstempel dieser durch Kippkräfte gelöst werden. Vor allem aber ist von Nachteil, daß der Verstellkolben, da dessen wirksame Kolbenfläche klein bemessen ist, mit einem hohen Druck beaufschlagt werden muß, so daß ein Kompressor oder eine ähnliche Druckmittelquelle erfor­ derlich ist und daß als Druckmedium meist eine Flüssig­ keit vorzusehen ist. Der Einsatzbereich der bekannten Geräte ist daher, auch wegen der großen Bauhöhe, begrenzt.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine Vorrichtung zur Prüfung der Oberflächenzugfestigkeit von Bauteilen der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die nicht nur äußerst einfach in ihrer konstruktiven Gestaltung und damit wirtschaftlich zu fertigen ist, sondern die auch klein baut und deren Handhabung keine Schwierigkeiten bereitet. Vor allem soll erreicht werden, daß die Vor­ richtung problemlos auf dem zu prüfenden Bauteil und an dem Prüfstempel angeordnet werden kann und daß fehler­ hafte Messungen nahezu ausgeschlossen sind. Des weiteren soll die Vorrichtung nur ein geringes Eigengewicht auf­ weisen und mit unterschiedlichen Medien zu betreiben sein, so daß diese vielseitig, und zwar auch an schwer zugäng­ lichen Stellen und unter kritischen Einsatzbedingungen anwendbar ist. Auch soll das jeweils verwendete Druck­ medium nur mit geringem Druck zu beaufschlagen sein, dennoch soll die Haftzugfestigkeit eines Bauteils stets exakt bestimmt werden können.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Vorrichtung ein hut-, hauben- oder plattenförmiges mit einem etwa parallel zu der Oberfläche des zu prüfenden Bauteils verlaufenden Rand versehenes Gehäuse aufweist, mit dem der Prüfstempel zugfest verbindbar ist, und daß die Servoeinrichtung durch einen den Prüfstempel umgeben­ den elastisch verformbaren Ring als Aufnahmebehältnis für das Druckmedium gebildet ist, der zwischen dem Ge­ häuse und dem Bauteil angeordnet und unmittelbar oder über Zwischenglieder an diesen abgestützt ist.

Die Servoeinrichtung ist in einfacher Ausgestaltung durch ein elastisch verformbares Kissen, einen geschlossenen Schlauch, einen ringförmigen Faltenbalg, einen Balg­ zylinder oder dgl. als Aufnahmebehältnis für das Druck­ medium zu bilden.

Hierbei ist es angebracht, dem Druckraum der Servoeinrich­ tung eine beispielsweise im äußeren Randbereich angeord­ nete Ringkammer vorzuschalten, die über vorzugsweise gleichmäßig in einer Zwischenwand verteilt angeordnete Öffnungen vorzugsweise in Form von Drosselbohrungen mit dem Druckraum verbunden ist.

Vorteilhaft ist es des weiteren, das Gehäuse über eine in diesem zentrisch eingesetzte Spannschraube mit dem Prüfstempel zugfest zu verbinden, wobei die Spannschraube über ein beispielsweise durch zwei Kugelscheiben gebil­ detes Pendellager an dem Mittelteil des Gehäuses abge­ stützt sein sollte.

Ferner ist es angezeigt, die Servoeinrichtung über eine zwischen dieser und dem zu prüfenden Bauteil ange­ ordnete Auflageplatte an diesem abzustützen, die auf der dem Bauteil zugekehrten Stirnseite mit Stützfüßen, vorzugsweise aus Hartgummi, versehen sein sollte.

Sehr vorteilhaft ist es, die Stützfüße der Auflageplatte als vorzugsweise an eine Vakuumpumpe anschließbare Saug­ näpfe auszugestalten, so daß die Auflageplatte sicher auch an einer geneigten Fläche, beispielsweise einer Wand, anzugringen ist, ohne beim Lösen der Probe herunterzufallen.

Auch sollte die Auflageplatte eine kegelförmig ausgebil­ dete Zentrieröffnung für den Prüfstempel und auf der dem Gehäuse zugekehrten Stirnseite einen innerhalb des Randes des Gehäuses angeordneten abstehenden Bund zur Zentrierung der Servoeinrichtung aufweisen.

Des weiteren kann das Gehäuse auf der dem Prüfstempel zugekehrten Innenfläche mit einer Dämpfungsauflage nach Art einer Hartgummischeibe oder dgl. versehen sein.

Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, das Gehäuse begrenzt verstellbar an der Auflageplatte abzustützen, um bei Lösen der Probe ein Abheben des Gehäuses zu ver­ hindern.

Dies kann in der Weise bewerksteiligt werden, daß an der Auflageplatte zwei oder mehrere Spannglieder, z. B. in Form von Gummispannern, vorgesehen sind, die an der Auflageplatte und dem Gehäuse lösbar befestigt sind oder dieses übergreifen. Auch kann auf der Spannschraube außerhalb des Gehäuses eine Zugmeßdose angeordnet werden, die das elektronische Messen der Kraft ermöglicht. Die so gewonnenen elektrischen Meßsignale können mit geeigne­ ter Hard- und Software erfaßt und weiterverarbeitet werden, so daß personalbedingte Ablese-, Schreib- und Rechenfehler ausgeschlossen werden.

Wird eine Vorrichtung zur Prüfung der Haftzugfestig­ keit von Bauteilen gemäß der Erfindung ausgebildet, in dem der Prüfstempel mit einem Gehäuse verbunden wird, auf das eine in besonderer Weise ausgebildete Servoein­ richtung einwirkt, so ist es mit niederem der Servo­ einrichtung aufzubauendem Druck möglich, dennoch äußerst hohe Kräfte zu erzeugen und über den Prüfstempel auf das Bauteil einwirken zu lassen, so daß stets eine zuverläs­ sige Prüfung der Oberflächenzugfestigkeit eines Bauteils vorgenommen werden kann. Die von dem Druckmedium beauf­ schlagte Fläche der Servoeinrichtung kann nämlich äußerst groß gewählt werden, mit Drücken von wenigen bar kann demnach die zum Lösen einer Probe erforderliche Zugkraft aufgebracht werden.

Des weiteren ist von Vorteil, daß die als Kissen, Schlauch, Faltenbalg oder Balgzylinder ausgebildete Servoeinrichtung sowohl mit Luft als auch mit einer Flüssigkeit als Druck­ medium zu betreiben ist. Selbst in Trinkwasserbehältnissen kann somit das vorschlagsgemäß ausgebildete Prüfgerät, das eine geringe Bauhöhe aufweist und demnach auch an schlecht zugänglichen Stellen anzuordnen ist, eingesetzt werden, ohne daß bei einer evtl. Leckage der Servoeinrichtung Verunreinigungen zu befürchten sind.

Auch ist eine einfache Handhabung gegeben, da lediglich die Auflageplatte den aufgeklebten Prüfstempel umgebend auf dem zu prüfenden Bauteil aufzusetzen, die Servoein­ richtung auf dieser aufzulegen und das Gehäuse mit dem Prüfstempel zu verbinden ist. Besondere Zentrierungen sind demnach nicht vorzunehmen, dennoch wirkt die mittels der Servoeinrichtung erzeugte hohe Kraft stets achssenk­ recht zu der Klebefläche des Prüfstempels auf diesen ein, eine gleichmäßige Spannungsverteilung in der Klebefuge ist somit gegeben. Haftzugfestigkeitsprüfungen von Bau­ teilen sind mit Hilfe der vorschlagsgemäßen Vorrichtung, zumal diese auch nur ein geringes Eigengewicht aufweist und ohne Schwierigkeiten zu transportieren ist, in kurzer Zeit und in sehr zuverlässiger Weise zu bewerk­ stelligen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der gemäß der Erfindung ausgebildeten Vorrichtung zur Prüfung der Haftzugfestigkeit von Bauteilen dargestellt, das nach­ folgend im einzelnen erläutert ist. Hierbei zeigen:

Fig. 1 die aus einer Auflageplatte, einer Servoein­ richtung und einem mit dem Prüfstempel verbundenen Gehäuse bestehenden Vorrichtung, in einem axialen Schnitt,

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1, in Draufsicht,

Fig. 3 die Vorrichtung nach Fig. 1, mit zuge­ ordneter Kraftmeßdose, und

Fig. 4 und 5 unterschiedliche Ausgestaltungen der bei der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendbaren Servoeinrichtungen.

Die in den Fig. 1 und 3 dargestellte und jeweils mit 1 bezeichnete Vorrichtung dient zur Prüfung der Haftzug­ festigkeit eines Bauteils 2 und besteht im wesentlichen aus einem im Querschnitt hutförmig gestalteten Gehäuse 11, das mit einem auf der Oberfläche 3 des Bauteils 2 aufge­ klebten Prüfstempel 4 verbindbar ist, einer auf das Gehäuse 11 einwirkenden Servoeinrichtung 21 sowie einer Auflage­ platte 31, über die die Servoeinrichtung 21 an dem Bau­ teil 2 abgestützt ist. Zur Verbindung des Gehäuses 11 mit dem mittels einer Klebstoffschicht 6 an der Oberfläche 3 des Bauteils 2 befestigten Prüfstempels 4 ist eine Spannschraube 16 vorgesehen, die mittels eines Gewindean­ satzes 17 in eine in den Prüfstempel 4 eingearbeitete Gewindebohrung 5 einschraubbar ist.

Das hutförmig ausgebildete Gehäuse 11 weist einen im Querschnitt U-förmigen Topf 12 sowie einen an diesem angeformten Rand 13 auf, der parallel zu der Oberfläche 3 des Bauteils 2 verläuft. Über radial angeordnete Rippen 14 ist der Rand 13 an dem Topf 12, in den zentrisch eine Durchgangsbohrung 15 für die Spannschrauben 16 eingear­ beitet ist, abgestützt. Damit sich das Gehäuse 11 stets selbsttätig ausrichten kann, wirkt die Spannschraube 16 über ein Pendellager 18, das aus zwei kugeligen Ringen 19 und 20 besteht, auf den Topf 12 des Gehäuses 11 ein.

Als Servoeinrichtung 21 ist bei der Ausgestaltung nach Fig. 1 ein elastisch verformbares Kissen 22 vorgesehen, das auf der Auflageplatte 31 aufliegt und den Prüfstempel 4 umgibt. Das Druckmedium wird dem Druckraum 24 des Kissens 22 über zwei diametral einander gegenüberliegend angeordnete Druckluftanschlüsse 23 zugeleitet.

Gemäß Fig. 4 kann dem Druckraum 24, um eine gleich­ mäßige Verteilung des in diesen einströmenden Druckme­ diums zu ermöglichen, eine Ringkammer 25 vorgeschaltet sein, die durch eine Trennwand 26 gebildet ist. In die Trennwand 26 sind hierbei gleichmäßig verteilt ange­ ordnete Öffnungen 27 eingearbeitet, so daß beim Ein­ strömen des Druckmediums in den Druckraum 24 eine gleich­ mäßige Druckverteilung gewährleistet ist.

In gleicher Weise ist auch die in Fig. 5 ausgebildete Servoeinrichtung 21′ aufgebaut. In einen ringförmig und somit endlosen Schlauch 22′ ist wiederum eine mit Öff­ nungen 27′ versehene Trennwand 26′ eingesetzt, so daß dem Druckraum 24′ eine Ringkammer 25′, der das Druckme­ dium über eine Anschlußleitung 23′ zugeführt wird, vor­ geschaltet ist.

Die Auflageplatte 31 ist mit drei gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordneten Füßen 32 aus Hartgummi auf der Oberfläche 3 des Bauteils 2 abgestützt und weist Freisparungen 33 zur Aufnahme der Anschlußleitungen 23 der Servoeinrichtung 21 auf. Des weiteren ist in die Auflageplatte 31 eine hohlkegelförmig gestaltete Zentrier­ öffnung 34 für den Prüfstempel 4 eingearbeitet, und auf der dem Gehäuse 11 zugekehrten Seite ist die Auflage­ platte 31 mit einem abstehenden Bund 35 zur Zentrierung der Servoeinrichtung 21 ausgestattet. Das Kissen 22 der Servoeinrichtung 21 wird somit bei dessen Auflage auf der Auflageplatte 31 zwangsläufig in einer vorgegebenen Lage ausgerichtet.

Damit beim Lösen einer Probe aus der Oberfläche 3 des Bau­ teils 2 das Gehäuse 11 nicht über Gebühr abgehoben wird, ist dieses mittels elastisch verformbarer Zugglieder 38 bzw. 38′ , z. B. in Form von Gummispannern, an der Auflageplatte 31 abgestützt. Dazu sind an dieser und dem Gehäuse 11 einander zugeordnete Haken 39 bzw. 39′ und 40 angebracht, an denen die Zugglieder 38 bzw. 38′ be­ festigt sind. Außerdem ist auf der dem Prüfstempel 4 zugekehrten Seite des Topfes 12 des Gehäuses 11 eine Dämpfungsauflage 36 vorgesehen, gegen die der Prüfstempel 4 beim Lösen einer Probe geschleudert wird.

Um die Haftzugfestigkeit des Bauteils 2 zu prüfen, ist zunächst der Prüfstempel 4 auf dessen Oberfläche 3 mittels einer Klebstoffschicht 6 zu befestigen. Sodann wird die Auflageplatte 31, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, den Prüfstempel 4 umgebend auf das Bauteil 2 aufgesetzt und auf dieser wird das Kissen 22 der Servoeinrichtung 21 aufgelegt. Sodann wird das Gehäuse 11 über den Prüfstempel 4 gestülpt, und zwar derart, daß der Rand 13 auf dem Kissen 22 aufliegt. Durch Einsetzen der Spannschraube 16 in den Prüfstempel 4 wird das Gehäuse 11 zugfest mit diesem verbunden.

Wird nunmehr in dem Druckraum 24 der Servoeinrichtung 21 ein Druck aufgebaut, so wird die dadurch erzeugte Kraft über die Auflageplatte 31 an dem Bauteil 2 abgestützt, außerdem wirkt diese Kraft über das Gehäuse 11 und die Spannschraube 16 auf den auf dem Bauteil 2 angeklebten Prüfstempel 4 ein. Die auf dem Prüfstempel 4 ausgeübte Zugkraft wird demnach, da dessen Klebverbindung äußerst zugfest ist, in dem Bauteil 2 abgestützt. Und übersteigt die von dem Prüfstempel 4 übertragene Zugkraft die Haft­ zugfestigkeit des Bauteils 2, wird aus diesem eine Probe herausgerissen und der Prüfstempel 4 wird an der Dämpfungsplatte 36 des Gehäuses 11 abgestützt.

Mit Hilfe einer auf der Spannschraube 16 angeordneten Kraftmeßdose 37 kann, wie dies in Fig. 3 eingezeichnet ist, die beim Lösen der Probe aufgebrachte Zugkraft bestimmt werden, es ist aber auch möglich, diese Kraft anhand der beaufschlagten Fläche und des in der Servo­ einrichtung 21 aufgebauten gemessenen Druckes zu be­ stimmen. Durch die an dem Gehäuse 11 und der Auflage­ platte 31 befestigten Spannglieder 38 bzw. 38′ wird beim Lösen der Probe verhindert, daß das Gehäuse 11 weggeschleudert wird.

Bei geneigter Prüffläche wird die Auflageplatte 31 mit Hilfe von drei als Saugnäpfe ausgebildete Stützfüße befestigt, die an eine Vakuumpumpe angeschlossen sind. So wird verhindert, daß beim Lösen der Probe die Vor­ richtung 1 herunterfällt.

Claims (14)

1. Vorrichtung (1) zur Prüfung der Oberflächenzugfestig­ keit von Bauteilen (2) , bestehend aus einem auf diese aufklebbaren Prüfstempel (4) und einer auf diesen ein­ wirkenden an dem zu prüfenden Bauteil (2) abgestützten und von einem Druckmittel beaufschlagten Servoeinrich­ tung (21), dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) ein hut-, hauben- oder platten­ förmiges mit einem etwa parallel zu der Oberfläche (3) des zu prüfenden Bauteils (2) verlaufenden Rand (13) versehenes Gehäuse (11) aufweist, mit dem der Prüfstempel (4) zugfest verbindbar ist, und daß die Servoeinrichtung (21) durch einen den Prüfstempel (4) umgebenden elastisch verformbaren Ring (Kissen 22) als Aufnahmebehältnis für das Druckmedium gebildet ist, der zwischen dem Gehäuse (11) und dem Bauteil (2) angeord­ net und unmittelbar oder über Zwischenglieder (Auf­ lageplatte 31) an diesen abgestützt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Servoeinrichtung (21, 21′) durch ein elastisch verformbares Kissen (22), einen geschlossenen Schlauch (22′), einen ringförmigen Faltenbalg, einen Balgzylinder oder dgl. als Aufnahmebehältnis für das Druckmedium ge­ bildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Druckraum (24, 24′) der Servoeinrichtung (21, 21′) eine beispielsweise im äußeren Randbereich angeordnete Ringkammer (25, 25′) vorgeschaltet ist, die über vorzugsweise gleichmäßig in einer Zwischen­ wand (26, 26′) verteilt angeordnete Öffnungen (27, 27′) vorzugsweise in Form von Drosselbohrungen mit dem Druckraum (24, 24′) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) über eine in diesem zentrisch eingesetzte Spannschraube (16) mit dem Prüfstempel (4) zugfest verbindbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannschraube (16) über ein beispielsweise durch zwei Kugelscheiben (19, 20) gebildetes Pendel­ lager (18) an dem Mittelteil (Topf 12) des Gehäuses (11) abgestützt ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Servoeinrichtung (21) über eine zwischen dieser und dem zu prüfenden Bauteil (2) angeordnete Auflageplatte (31) an diesem abgestützt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageplatte (31) an der dem Bauteil (2) zugekehrten Stirnseite mit Stützfüßen (32) , vorzugs­ weise aus Hartgummi, versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfüße (32) der Auflageplatte (31) als vorzugsweise an eine Vakuumpumpe anschließbare Saug­ näpfe ausgebildet sind.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageplatte (31) mit einer kegelförmig ausgebildeten Zentrieröffnung (34) für den Prüfstempel (4) versehen ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageplatte (31) auf der dem Gehäuse (11) zugekehrten Stirnseite mit einem innerhalb des Randes (13) des Gehäuses (11) angeordneten abstehenden Bund (35) zur Zentrierung der Servoeinrichtung (21) versehen ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) auf der dem Prüfstempel (4) zugekehrten Innenfläche mit einer Dämpfungsauflage (36) nach Art einer Hartgummischeibe oder dgl. versehen ist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) begrenzt verstellbar an der Auflageplatte (31) abgestützt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstütztung des Gehäuses (11) an der Auflage­ platte (31) zwei oder mehrere Spannglieder (38), z. B. in Form von Gummispannern, vorgesehen sind, die an der Auflageplatte (31) und dem Gehäuse (11) lösbar befestigt sind oder dieses übergreifen.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Spannschraube (16) außerhalb des Gehäuses (11) eine Zugmeßdose (37) angeordnet ist.