DE69002445T2 - Zug- und Biegungsgestell. - Google Patents

Description

• Die gegenwärtige Erfindung betrifft eine Biegungs- und Dehnungsbank zum Messen der mechanischen Charakteristiken von Proben, die aus Metall oder Metallegierungen, Plastikmaterialien, zusammengesetzten Materialien oder anderen Materialien bestehen, und der Deformation von einfachen Balken.
• Viele Vorrichtungen zum Messen der Dehnungs- oder Biegungsfestigkeit für alle Arten von Metallen oder nicht metallischen Proben sind bekannt. Solche Vorrichtungen sind meistens zur Benutzung bei wissenschaftlichen Untersuchungen oder, im Gegensatz dazu, zum Verwirklichen von serienmäßigen, industriellen Tests bestimmt. Im allgemeinen sind sie nicht besonders für die experimentelle Lehre aufgrund ihrer relativen Komplexität geeignet, die das Ingangsetzen derselben durch Studenten erschwert. Außerdem sind solche Vorrichtungen nicht gut geeignet dafür, die grundlegenden Mechanismen, die die Deformation von Metallen oder anderen Materialien beherrschen, deutlich zu machen. Schließlich sind solche Vorrichtungen, in den meisten Fällen, zu teuer, um für beispielhafte Experimente benutzt zu werden, die lediglich zum Beibringen von Grundvorstellungen benutzt werden.
• Anstrengungen wurden unternommen, um eine Vorrichtung zum Ausführen von Dehnungs- oder Biegungsversuchen zu realisieren, die einen einfachen und billigen Aufbau aufweist, ohne irgendwelche komplexen Mechanismen, und fähig ist, ohne motorisierte Mittel sowohl zum Deformieren von Proben als auch zum Beobachten dieser Deformationen wirksam zu sein. Gleichzeitig wurden Anstrengungen unternommen, eine Vorrichtung herzustellen, die es ermöglicht, Messungen mit einem genügend hohen Genauigkeitsgrad durchzuführen, so daß diese Messungen geeignet auswertbar sind.
• Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist eine Bank zum mechanischen Anlegen von Dehnungs- oder Biegungskräften an verschiedene Typen von standardisierten oder nicht standardisierten Proben. Solch eine Vorrichtung ermöglicht es, Lasten in einem großen Bereich anzulegen, um die Veränderung von zumindest einer charakteristischen Abmessung zu messen. Diese Bank umfaßt einen dreiseitigen Rahmen, dessen eine Seite mit einem Kraftmeßbalken ausgerüstet ist, der parallel zu dieser angeordnet ist. Dieser Balken ist mit seinen beiden Enden an dem Rahmen befestigt. In seiner Mitte ist der Balken durch ein zwischengeschaltetes Zugmittel mit einem Zugkopf verbunden, der erlaubt, eine regelbare Zugkraft entlang einer Achse, die in der Ebene des Rahmens und im wesentlichen senkrecht zu dem Kraftmeßbalken angeordnet ist, anzulegen. Der Zugkopf umfaßt Mittel zum Verbinden desselben mit einer Dehnungs- oder Biegungstestprobe, welche ihrerseits direkt oder indirekt mit dem Rahmen verbunden ist. Die an die Probe angelegte Zugkraft wird durch Messen der Biegung des Kraftmeßbalkens bestimmt.
• Vorzugsweise ist das Zugmittel, das an dem Zugkopf zieht, der mit der Probe verbunden ist und sich gleichzeitig auf der Mitte des Kraftmeßbalkens abstützt, ein durch ein Drehrad gesteuertes Schrauben-Mutter-System.
• Um Dehnungsversuche an einer Person durchzuführen, wird eines der beiden Enden der Probe mit dem Zugkopf und das zweite Ende derselben mit einem Haltekopf verbunden, der mit der Spitze des Rahmens verbunden ist, die gegenüber der Seite liegt, die den Kraftmeßbalken trägt. Vorteilhafterweise sind die Dehnungsproben mit Köpfen ausgerüstet, die mit dem Zugkopf oder dem Haltekopf mittels eines Stifts verbunden werden können.
• Zum Durchführen von Biegungsversuchen wird eine längliche Probe benutzt die parallel zu dem Kraftmeßbalken angeordnet ist, so daß sie die Seiten des Rahmens, die benachbart zu der Seite sind, die den Balken trägt, schneidet. Der Zugkopf ergreift, direkt oder indirekt, die Probe an ihrem Schnittpunkt mit der Linie, die senkrecht zu dem Kraftmeßbalken ist und von der diesem gegenüberliegenden Spitze des Rahmens herkommt. Die Probe ist durch Anschlagmittel an den beiden Seiten des Rahmens, die von der Probe überschnitten werden, befestigt, so daß der Halt der Probe während des Biegungsversuchs gesichert ist. Vorteilhafterweise ist jede Seite des Rahmens durch zwei flache Metallstäbe gebildet, die parallel, einer über dem anderen, angeordnet sind und durch Abstandshalter in einem vorherbestimmten Abstand getrennt voneinander gehalten werden. Daher ist es möglich, den Kraftmeßbalken in einer Seite unterzubringen und die Enden der Dehnungsprobe zwischen die beiden flachen Metallstäbe jeder benachbarten Seite einzubauen. Dies ermöglicht, insbesondere, leicht den Halt der Biegungsprobe durch zumindest ein Paar von Stiften, die Anschlagmittel bilden, zu sichern. Vorzugsweise ist der Rahmen ein gleichseitiges Dreieck. Jedoch, für manche Anwendung, kann es notwendig sein, einen Rahmen mit einer Seite zu benutzen, die den Kraftmeßbalken trägt und eine von den beiden anderen Seiten unterschiedliche Größe aufweist.
• Vorzugsweise wird die Biegungsmessung des Kraftmeßbalkens durch einen mechanischen Komparator gemessen, der auf dem Rahmen aufsitzt. Die Längenmessungen der Dehnungsprobe werden auch von mechanischen Komparatoren durchgeführt, die die Verschiebung der Probenköpfe durch Aufsitzen auf den Rahmen messen. Die Biegungsmessung der Biegungsprobe wird auch durch einen mechanischen Komparator durchgeführt.
• Bei einigen Anwendungen können andere Meßmittel als Ersatz für mechanische Komparatoren verwendet werden. So kann die Verbiegung des Kraftmeßbalkens, beispielsweise, durch Deformationsmeßstreifen gemessen werden.
• Die folgenden Beispiele und Zeichnungen offenbaren, in einer nicht einschränkenden Weise, spezielle Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
• Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß der Erfindung, die als Zugbank ausgebildet ist.
• Fig. 2 ist eine vergrößerte und detaillierte Schnittansicht von einem Bereich der Vorrichtung längs der Ebene senkrecht zu der Ebene von Fig. 1, die die Zugachse X1-X1 enthält.
• Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß der Erfindung, die als Biegebank ausgebildet ist.
• Fig. 4 ist eine Seitenansicht von der Richtung des Pfeils F der Verbindungsstange von Fig. 3.
• Fig. 5 ist eine Draufsicht auf die Probe 16 von Fig. 1.
• Fig. 1 ist eine komplette und gänzlich schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, die als eine Zugbank ausgebildet ist. Die Bank umfaßt einen dreieckigen Rahmen, der mittels drei nicht gezeigten Beinen auf einer horizontalen Tragefläche aufsitzt. Der Rahmen enthält drei Seiten 1, 2, 3 gleicher Größe die jeweils aus zwei flachen Metallstäben, wie 1A und 1B - siehe Fig. 2 - parallel zueinander, einer über dem anderen, ausgebildet sind, wobei nur die oberen Metallstäbe 1A, 2A, 3A in Fig. 1 sichtbar sind. Diese Metallstäbe werden um einen vorherbestimmten Abstand getrennt voneinander durch nicht gezeigte Abstandshalter gehalten, die an den drei Ecken 4, 5, 6 des Dreiecks angeordnet sind und die Verbindungsstangen 4A, 5A, 6A umgeben. Die Seite 1 des Rahmens enthält einen Kraftmeßbalken 7, der zwischen den beiden flachen Metallstäben 1A, 1B untergebracht und auf der Seitenfläche angeordnet ist. Die Enden des Kraftmeßbalkens 7 sind von nicht gezeigten Löchern durchbohrt, die von den Verbindungsstäben 4A und 6A überquert werden. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird der Kraftmeßbalken 7 an seinem Mittelpunkt von einer Antriebswelle 8 überquert, die von dem Drehrad 9 gedreht wird. Die Welle 8 treibt das Zugmittel 10 an, das durch ein Schrauben-Mutter-System gebildet wird, das eine Schraube 11 umfaßt die die Welle 8 verlängert und in eine Schraubenmutter 12 eingreift; die Schraubenmutter 12 ist ihrerseits so angebracht, daß sie um eine Achse X2-X2 durch Drehbolzen 13 und 14 drehbar ist, die in Ausnehmungen, die in einem Bügel 15 bereitgestellt sind, der einen Zugkopf bildet, eingreifen. Die Drehung des Drehrads 9 ermöglicht das Ziehen an einer Probe 16, die an ihrem Kopf 16-1 mittels einer Schraube 17 mit einem Verbindungselement 18 verbunden ist, das seinerseits mit dem Bügel 15 durch einen Positionsstift 19 verbunden ist. Die an die Drehwelle 8 angelegte Zugkraft wird über den Kraftmeßbalken 7 durch eine Schulter 20 der Drehwelle 8 übertragen.
• Die resultierende elastische Deformation des Kraftmeßbalkens 7 führt zu einer Verbiegung, die ein mechanischer Komparator 21, der an der Kante der unteren Metallstange 1B angebracht ist, an einem vorherbestimmten Punkt des Kraftmeßbalkens 7 mißt. Dank einer zuvor durchgeführten Eichung ermöglicht der Wert der so gemessenen Verbiegung die Bestimmung der an die Welle 8 an den Mittelpunkt des Kraftmeßbalkens 7 angelegten Kraft. Das Ende der Zugprobe 16, das getrennt von dem Bügel 15 angeordnet ist, ist mit einem Kopf 16-2 ausgerüstet, der über eine Schraube 22 mit einem Verbindungselement 23 verbunden ist, das mit der Verbindungsstange 5A der Ecke 5 des Rahmens verbunden ist. Mechanische Komparatoren 24 und 25, die von nicht gezeigten, feststehenden Armen getragen werden, die auf dem Rahmen aufsitzen, ermöglichen das Messen der Verschiebung der Köpfe 16-1 und 16-2 der Probe 16 während des Dehnungsversuchs, durch Aufsitzen auf den Verbindungselementen 18 und 23.
• Die Verlängerung der Probe 16 kann auch mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen oder Extensometern gemessen werden. Wenn die Proben mit Dehnungsmeßstreifen oder Extensometern ausgerüstet sind, werden sie Bedingungen ausgesetzt die niedrieger als ihre Elastizitätsgrenze sind. Meistens werden solche Proben über solche Verbindungsmittel eingebaut, die an den Zugkopf 15 und das Verbindungselement 23 angepaßt sind. Es ist auch möglich, das Schrauben-Mutter-Zugsystem 10 durch andere Zugmittel, wie, beispielsweise, einen hydraulischen Zylinder, zu ersetzen. Die Drehwelle 8 kann anstatt von einem Drehrad 9 auch von einem motorisierten System angetrieben werden. Schließlich können Deformationsmeßstreifen benutzt werden, um die Verbiegung des Kraftmeßbalkens 7 zu messen.
• Fig. 3 stellt schematisch die Vorrichtung gemäß der Erfindung dar, die als eine Biegebank ausgebildet ist. Zu diesem Zweck wird eine Biegungsprobe 26 verwendet, die, beispielsweise, einen quaderförmigen Querschnitt aufweist und deren Außenseiten zwischen den flachen Metallstäben 2A, 2B und 3A, 3B der Seiten 2 und 3 des Rahmens eingebracht sind, um dieselben fest gegen Anschlagmittel, wie die Mittel 27 und 28, zu drücken, die Probe parallel zur Seite 1 des Rahmens zu führen und die Meßlänge zwischen sich festzulegen. Das Verbindungselement 18 des Bügels 15 wird mit dem Kopf 29 - siehe Fig. 4 - eines Verbiegungsbalkens 30 verbunden. Der Verbiegungsbalken 30 enthält zumindest einen Druckstift 31, der gegen die Biegungsprobe 26 an dem Mittelpunkt zwischen den Anschlagmitteln 27, 28 drückt. Daher führt eine vorherbestimmte, an den Bügel 15 über die Welle 9 angelegte Zugkraft zu einer Verbiegung der Probe 26. Die angelegte Last wird durch Messung der Verbiegung des Kraftmeßbalkens 7 durch einen Komparator 21 gemessen. Die Verbiegung der Probe 26 wird durch einen Komparator 32 gemessen, der von einem feststehenden, nicht gezeigten Arm gehalten wird, der integral mit dem Rahmen ausgebildet ist. Wie in Fig. 3 gezeigt, kann solch eine Messung auf dem Druckstift 31 durchgeführt werden. Zusätzlich können Anschlagmittel, wie die Mittel 33 und 34, benutzt werden, um den Abstand zwischen den Anschlagmitteln zu variieren. Dann ist der Verbiegungsbalken 30 mit einem zusätzlichen, geeignet angeordneten Druckstift 35 ausgerüstet.
• Andere Arten von Versuchen können auch mit solch einer Biegebank durchgeführt werden. Genauer gesagt ist es möglich Biegungsversuche an einer Probe durchzuführen, die nur an einem Ende eingebettet ist. Solch eine Probe ist dann parallel zur Seite 1 angebracht und an einem ihrer beiden Enden in einer der beiden Seiten 2 oder 3 des Rahmens eingebettet.
• Obwohl die obenbeschriebenen Beispiele für einen Rahmen mit der Form eines gleichseitigen Dreiecks gegeben worden sind, ist es möglich, für verschiedene Anwendungen, einen Rahmen zu benutzen, dessen eine Seite 1, die den Kraftmeßbalken 7 enthält, eine Länge aufweist, die unterschiedlich von der Länge der beiden anderen Seiten ist.
• Eine Vielzahl von anderen Arten von mechanischen Versuchen können mit einer Bank gemäß der Erfindung durchgeführt werden. Die obenbeschriebene Bank kann vielfältig verändert werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Durchführen von mechanischen Versuchen an Proben durch Anlegen von vorherbestimmten Lasten an die Proben, um die Veränderung von zumindest einer charakteristischen Abmessung zu messen, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen dreiseitigen Rahmen umfaßt, dessen eine Seite mit einem Kraftmeßbalken (7) ausgerüstet ist, der parallel zu dieser angeordnet und mit seinen beiden Enden an dem Rahmen befestigt ist, wobei der Balken an seiner Mitte durch ein zwischengeschaltetes Zugmittel (10) mit dem Zugkopf (15) verbunden ist, der erlaubt, eine regelbare Zugkraft an die Probe (16, 26), mit welcher er direkt oder indirekt verbunden ist, anzulegen, wobei die Probe ihrerseits direkt oder indirekt mit dem Rahmen verbunden ist, und daß Mittel zum Messen der Biegung des Kraftmeßbalkens (7) gestatten, die an die Probe angelegte Zugspannung zu bestimmen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel, welches das Ziehen des Zugkopfs (15) unter Abstützung auf der Mitte des Kraftmeßbalkens (7) durchführt, ein durch ein Drehrad (9) gesteuertes Schrauben-Mutter-System (11, 12) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Durchführen von Zugversuchen an länglichen Proben (26), die entlang der Zugachse angeordnet sind, der Zugkopf (15) ein Verbindungsmittel (18) umfaßt, das erlaubt, direkt oder indirekt eines der beiden Enden der Probe (26) zu ergreifen, und daß das andere Ende der Probe direkt oder indirekt mit einem Haltekopf (23) verbunden ist, der mit der Spitze (5) des Rahmens verbunden ist, die gegenüber der Seite (1) liegt, die den Kraftmeßbalken (7) trägt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Durchführen von Biegeversuchen an einer länglichen Probe (26), die parallel zum Kraftmeßbalken angeordnet ist und die Seiten (2, 3) des Rahmens überschneidet, die benachbart zu der Seite (1) sind, die den Balken trägt, der Zugkopf (15) ein Verbindungsmittel (30) umfaßt, das erlaubt, direkt oder indirekt die Probe (26) an ihrem Schnittpunkt mit der Linie (X1-X1) zu greifen, wobei diese Linie senkrecht zu dem Kraftmeßbalken (7) ist und von der diesem gegenüberliegenden Spitze (5) des Rahmens herkommt, und daß ein Paar von Anschlagmitteln (27, 28) auf den beiden Seiten (2, 3) des Rahmens angeordnet sind, die von der Probe (26) überschnitten werden, so daß der Halt der Probe während der Biegeversuche gesichert ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Messen der Verbiegung des Kraftmeßbalkens (7) ein mechanischer Komparator (21) ist, der erlaubt, das Verbiegen des Kraftmeßbalkens bezüglich der ihn enthaltenden Seite (1) des Rahmens zu messen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Messen der Verlängerung der Zugprobe (16) zumindest ein mechanischer Komparator (24, 25) ist, der erlaubt, die Verschiebung von zumindest einem Ende der Probe bezüglich des Rahmens zu messen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Messen der Verbiegung der Probe (26) einen mechanischen Komparator (32) umfassen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Seite des Rahmens durch zwei flache Metallstäbe (1A, 1B) gebildet wird, die parallel, einer über dem anderen, angeordnet sind und durch Abstandshalter mit einem vorherbestimmten Abstand getrennt voneinander gehalten sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftmeßbalken (7) zwischen den beiden flachen Metallstäben (1A, 1B) an einer Seite (1) des Rahmens eingebaut ist.