DE8336167U1 - Vorrichtung für die Scherfestigkeitsprüfung von Proben - Google Patents

Description

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- 3 Vorrichtung für die Scharfestigkeitsprüfung von Proben

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Scherfestigkeitsprüfung geschweißter, geklebter, gelöteter, geschraubter oder genieteter Proben, die in einer Scherebene mit einer Scherkraft beaufschlagbar sind. 5

Scherfestigkeitsprüfungen für Bauteile, die in Fügeverfahren hergestellt sind, z.B. überlappungsgeschweiöte, genietete, geschraubte oder geklebte Bauteile, erfolgen üblicherweise an Zugproben. Die Probanenden werden hierbei in eine Zugprüfmaschine eingespannt und der Fügaverband wird einer Zugkraft ausgesetzt. An dar Fügestelle entstehen durch die Zugkraft Scherbeanspruchungen. Eine solche Art der Prüfung hat jedoch verschiedene Nachteile.

So wird z.B. eine beidseitig eingespannte Zugprobe, bestehend aus zwei miteinander verschraubten oder vernieteten Blechtailen, unter Zug dazu tendieren sich schräg zu stellen. Ähnlich verhalten sich auch geklebte oder flächig geschweißte oder gelötete Proben. Dadurch kommt es zu einer Überlagerung von Scher-, Biege- und Zugbeanspruchungen, die für exakta Scherfestigkeitsbeatimmungen und gewisse Deformationsuntersuchungen unerwünscht ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung für die Scherfestigkeitsprüfung überlappter (geschweißter, geklebter usw.) Proben zu schaffen, die die Nachteile des bekannten Standes der Technik vermeidet Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Die.Patentansprüche enthalten auch Ausgestaltungen der Erfindung.

Die erfindungsgemäßa Vorrichtung ist so beschaffen, daß sie salbst in die Prüfmaschine eingespannt werden kann und auf die Probe Kräfte überträgt, die sowohl statische als auch dynamische, d.h. nach Größe und ggf. auch nach Richtung wechselnde Scherbeanspruchungen erzeugen können. Somit können z.B. neben statischen Scherfestigkeitsprüfungen über Kraft- oder Wegrsgelung auch dynamische Scherfestigkeitsprüfungen an Fügeverbindungen durchgeführt werden, Bei entsprechender Gestaltung der erfindungsgemäSen Vorrichtung kann auch dia Dauerfestigkeit von Schrauben, Muttern und Schraubensicherungsmitteln geprüft werden.

Dia Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielan in den Zeichnungen dargestellt und in der Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach

Fig. 1, mit einer Gleit- bzw. einer Rallenführung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mitE einer Schwalbenschwanzführung.

Dia Vorrichtung nach Figur 1 besteht aus zwei Aufnahmeelementen 1, 2 für die Probe, die aneinander anlegbar sind und dia aufeinander gleiten können. Sie werden durch Führungselemente 3, 4, die in der Figur nur schematisch angadautet sind, in Richtung der Scherkraft, die durch Doppalpfeile S bezeichnet ist, geführt. Die Führungselemente 3, 4 können so ausgebildet sein, daß zusätzlich eine Führung quer zur Richtung der Scherkraft S bewirkt wird. An den Aufnahmselementen 1, 2 sind Einspannköpfe 5, 6 für die Einspannung der Vorrichtung in einer Prüfmaschine vorgasehan.

Die AufnahmaelemantB 1, 2 waisen Aussparungen 7, 8 auf, in denen Einsätze 9, 1o aufgenornman sind. Dia Einsätze 9, 1o sind in geeigneter Weise, &zgr;.3. durch Verschrauben, mit dan Aufnahmealementen 1, 2 verbunden, wobei die Verschraubung sowohl.von der Innenseite als auch von der Außenseite der

/elemente
Aufnahme/erfolgen kann. In ihren äußeren Abmessungen können die Einsätze 9, 1o der Größe der Aussparungen 7, 8 entsprechen. Sie könnm jedoch auch (wie in Fig.1 dargestellt) kleiner als die Aussparungen sein. Weiterhin können sie in geeign±er Weise auch rahmenförmig ausgebildet sein. Die Einsätze 9, 1o können so gestaltet sein, da3 unterschiedliche Proben aufnehmbar sind, wobei die äußeren Abmessungen der Einsätze gleich sein können. Ihre innere Form kann an unterschiedliche Probengrößen und -formen angepaßt sein.

In die Einsätze 9, 1o sind Abstandsbleche 11, 12 eingelegt, mit denen eine Probe 13, die z.3. aus zwei miteinander verklebten alechen besteht, in ihrer Lage zur Scherebene SE eingeteilt werden kann. AuSer den Abstandsblschen können zusätzliche Unterlegplatten für die Einstellung der Probe vorhanden sein (sieha auch Fig. 3). Die Probe stützt sich stirnseitig, d.h. in Richtung dar Scharkraft S, auf die Einsätze 9, 1o und über diese auf die Aufnanmaalemante 1, ab. Die die Scherkräfte übertragenden Stirnflächen der Probe sind so ausgebildet und bearbeitet, daß eine einwandfreie Kraftübertragung von den Aufnahnaelementsn 1, 2 bzw. den Einsätzen 9, 1o auf die Probe gewährleistet ist.

Die Führungselemente, die in Figur 1 nur angedeutet sind, können auf sehr verschiedene Weise ausgebildet sein. Sie sollen mit den Aufnahmeelementsn 1, 2 so gestaltet sein, daß diese möglichst spielfrei aufeinander gleiten können. Zwei einfache Ausführungsbeispiele sind Figur 2 dargestellt Es sind jedoch auch andere konstruktive Ausgestaltungen

ds* Führungsalementa möglich.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1, bei dem auf der linken Seite der Figur eine Gleitführung und auf dar rechten Seite eine Rollenführung für dia Aufnahrneelementa 1, 2 dargestellt ist. Bai der Gleitführung weisen dia Aufnahmeelemente 1, 2 und die Führungselemente 3 Glaitflächen S auf, an denen sie aneinander gleiten können. Die Gleitflächsn können aus einem Material mit besonders günstigem Reibverhalten, z.B. Teflon, bestehen. Anstelle dar Gleitflächen können auch Gleitelemeris, wie bei GE angedeutet, angeordnet werden, die mit den Aufnahmeelementsn oder den Führungsalementen verbunden sein können.

Bai dar Rollanführung sind zwischen den Aufnahmeelemanten 1, 2 bzw. zwischen Aufnahmeelementen und Führungsalementan

Rollen, z.B. Rollenkäfiga R angeordnet, wodurch eine besonders laichte Verschiebbarkeit der Aufnahmealemente gegeneinander möglich ist.

Bei den dargestellten Führungen werden die Führungselemente 3, 4 nach dem Zusammenfügen der beiden Aufnahmealamante 1, 2 z.B. durch Schrauben an einem Aufnahmaalement, im dargestellten Beispiel am Aufnahmeelemant 1, befestigt. Dia Länge der Führungselemente, der Glaitflächan bzw. Rollenalemänta wird zweckentsprechend gewählt. Dia Führungsalamante könnan z.B. etwas kürzer sein als die einandar gegenüberliegenden Seiten der Aufnahmaelementa. Es ist auch möglich, Führungsalementa nur an den beiden Enden der Aufnahmaslemente vorzusehen.

Zur Führung der Aufnahmeelemente können auch Kombinationen von Gleit- und Rollenführurgsn vorgesehen werden. 35

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die arfindungsgemäßa f Vorrichtung, bsi dem eins Gleitführung in Form einer Schwal- | benschwanzführung 14 zwischen den beiden Aufnahmaalamenten ■ 1, 2 dargestellt ist. Bei Verwendung einer Schwalben- '

schwanzführung mu3 dafür gesorgt werden, da3 die beiden \

Aufnahmeelemente 1, 2 bei eingesetzter Probe 13 montiert bzw. zusammengefügt werden können. Hierzu kann z.B. das Aufnahmealement 2 eine durchgehende Aussparung 7* , wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet, aufweisen. Damit ist es möglich, das Aufnahmealement 2 beim Zusammenfügen in der Schwalbenschwanzführung über den Einsatz 9 mit der bereits eingesetzten Probe 13 zu schieben. Der Einsatz 9 kann danach von außen mit dem Aufnahmeelement 2 verschraubt werden. Hierbei nimmt die Schraubverbindung die Prüfkräfte auf.

Die Schwalbenschwanzführung an den Aufnahmeelementen 1, 2 kann auch so mit zueinander passenden Unterbrechungen versahen sein, daß die beiden Aufnahmeelanante bei eingelegtar Probe aufeinander gelegt werden können. Danach werden sie in Prüfstellung gegeneinander verschoben, wobei die Führungen der Aufnahmeelemente wieder ineinandergreifen. Die Lage der Probe in den Aufnahmeelementan muß hierbei entsprechend festgelegt werden. Die Aufnahmada¹-" mante 1, 2 und die Einsätze S, 1o müssen so gestaltet sein, daß der erforderliche Verschiebewag der Aufnahmeelemente gewährleistet ist. Die Einsätze 9, 1o müssen beispielsweise einseitig offen (z.B. rahmanförmig) sein. Bei dieser Ausbildung der Führungselemente können allerdings normalerweise nur Prüfkräfte in einer Kraftrichtung aufgebracht werden.

Die Figur 3 zeigt gegenüber der Darstellung in Fig. 1 und 2 noch unterschiedliche Ausbildungen der Einsätze 9, 1o, der Unterlegplatten oder Probenauflagen 16, 17 und der Abstandsblecha 11, 12 für dia Probe 13.

Durch geeignete Ausbildung der Probsnauflagen 16, 17 (Fig. 3) und ggf. der Einsätze 9, 1o können auch Schraub-und Nietverbindungen geprüft werden, überstehende Schrauben- und Nietköpfe werden hierbei in Aussparungen der Probenauflagen aufgenommen. Dia Unterlegplatten 16, 17 können auch so ausgebildet sein, daS sie von der Außenseite der Aufnahmeelemente 1, 2 einstellbar bzw. verschraubbar sind.

Für die Aufbringung von Scherbeanspruchungen mit wechselnder Kraftrichtung müssen die Proben in beiden Aufnahmeelementen in beiden Kraftrichtungen stirnsaitig abgestützt sein, wie z.3. in Fig. 1 mit den Einsätzen 9, 1o dargestellt. Hiarzu ist es auch möglich, in mindestens einem Aufnahmaofenent einen geeigneten Durchbruch vorzusehen, der parallel oder senkrecht zur Scharebane angeordnet ist. In Fig. 2 ist mit 13' ein Durchbruch senkrecht zur Scherebene, in Fig. 3 mit 19 ein solcher parallel zur Scherabens angedeutet. In diese Durchbräche können Abstützelemente zur stirnsaitigen Abstützung dar Probe oder Einsätze zur Auf-

2c nan-ne und Abstützung dar Probe eingesetzt warden. Die Abstützelamsnta oder Einsätze warden nach dem Zusarnnanfügen dar Aufnahmaalamenta 1, 2 spielfrei mit dem Aufnahmaalament, in dem dar Durchbruch angeordnet ist, verbunden, z.3. verschraubt odar verkeilt. Auch auf diese Weise kann die Probe jeweils in baidan Aufnahmeelementen an beiden Stirnseiten abgestützt warden.

Dia Anordnung mit sinam üurchbruch an mindestens einem Aufnahmealamant kann z.3. bai einer Schwalbenschwanzführung

3c verwandet werden. Weiterhin ist es möglich, bei einer solchen Anordnung dia Führungselemente fest mit den Aufnahmeelementen zu verbinden. Wenn der Ourchbruch an mindestens einem Aufnahmaelement genügend groß ist, kann auch dia gesamte Probe bai vorTiontiafen, d.h. bereits zusammengefügten

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Aufnahmealemanten in dia Vorrititung eingesetzt warden. Hierbai ist as auch möglich, einander gegenüberliegende (zur Scherebene symmetrische) Durchbrüche senkrecht oder parallel zur Scherebene in beiden Aufnahmealementen vorzusehen.

Für bestimmte Prüfungen können an den stirnseitigen Abstützstellen dar Proben Dämpfungselemanta, z.B. in Form von Blattfederalamanten eingelegt werden. Für exakte Kraft-, Wag- und Varformungsmessungen können an dia Scharproba zusätzliche Maßwartgeber, z.B. DehnungsmeSstreifen, angesetzt werden.

Mit der erfindungsgamäßen Vorrichtung könnan auch Klamm- und Schnappvarbindungen, wie sie besonders bei Kunststoffbauteilan verwendet werden, sowie gesteckte Verbindungen geprüft bzw.ainer Scherbeanspruchung unterworfen werden.

Zur Durchführung einer Sch3rprüfung wird die Probe 13 in ein Aufnahmeelemant 1, 2 aingalagt und das zweite Aufnahrnaelement 2, 1 wird verschiebbar auf dem ersten montiert. Wenn mindestens ein Aufnahmeelement einen entsprechenden Durchbruch 18, 13' aufweist, kann die Probe auch bei bereits montierter Vorrichtung eingesetzt werden. Dia Vorrichtung mit d8r Proba wird danach an den Einspannköpfen 5, 6 in eine Prüfmaschine eingespannt und auf Zug-und/odar Druck beansprucht, so da3 über die Einsätze 9, 1o oder geeignete Abstützelemente auf dia Probe 13 die gewünschte Scharkraft übertragen wird. Hierbei sind sowohl statische als auch dynamische Belastungen, z.B. Schwellbelastungen oder Belastungen mit wechselnder Kraftrichtung möglich.

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Claims (1)

1. 5.121 D

   Vorrichtung für dia Scherfestigkeitsprüfung von Proben iBweansprüche:

   1. Vorrichtung für die Scherfestigkeitsprüfung geschweißter, geklebter, gelöteter, geschraubter oder genieteter Proben, die in einer Scherebena mit einer Scherkraft baaufschlagbar sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   - dia Vorrichtung besteht aus zwei Aufnahmeelementen (1, 2) für die Probe (13), die aneinander anlegbar und durch Führungselemente (3, 4, 14) in Richtung dar Scherkraft (S) verschiebbar gegeneinander geführt sind, wobei die Scherebene (SE) zwischen den beiden Aufnahmeelamanten (1, 2) liegt,

   - die Aufnahmealemente (1, 2) waisan Aussparungen (7, 3) für dia Probe (13) auf, die so ausgebildet sind, daß bei eingalajber Probe der zu prüfende Probenquerschnitt in der Scherebena (SE) liagt und die "Probe stirnseitig an dan Aufnahmaelarnenten (1, 2) abstützbar ist,

   - die Aufnahmealemente (1, 2) weisen einander gegenüberliegende Einspannköpfe (5, 6) für die Einspannung in einar Prüfmaschine auf, die so angeordnet sind, da3 eine von dar Prüfmaschina ausgeübte Zug- und/oder Druckkraft als reine Scherkraft in dar Scherebene (SE) wirkt,

   - die Aufnahmeelamente (1, 2) und/oder die Führungselamenta (3, 4, 14) sind so gestaltet, daß entwedar die Aufnahmeelemente bei eingeigter Probe (13) aneinander anlegbar sind oder die Probe bei aneinandergelegtan Aufnahmaalementen in diese einsetzbar ist.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB die Führungselemente (3, 4) eine Gleit- oder eine Rollenführung (G, R) aufweisen.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS die Führungselemente aus einer Schwalbenschwanzführung (14) bestehen.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dia Schwalbenschwanzführung (14) an beiden Aufnahmeelementen (1, 2) Unterbrechungen aufweist, die
   so angeordnet sind, daß die Aufnahmeelemente bei eingelegter Probe (13) aneinander anlegbar und danach
   in Prüfstellung verschiebbar sind.

   5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (7, 6)
   auswechselbare Einsätze (9, 1o) aufweisen, in denen

   die Probe (13) aufnehmbar und abstützbar ist.

   6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (13) durch
   faste oder einstellbare Unterlegplatten (16, 17) oder Abstandsblacha (11, 12) in ihrer Lage zur Scherebene (SE) fixierbar ist.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

   &Ggr; ü

   daß die Unterlegplatten (16, 17) oder Abstandsbleche (11, 12) von den Außenseiten der Aufnahmeelemente
   (1, 2) einstellbar sind.

   8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekannzeichnet, daß mindestens ein Aufnahmeelement (1, 2) einen Durchbruch (13, 18') aufweist,
   der parallel oder senkrecht zur Scherebene (SE) verlaufend angeordnet ist und daß in den Durchbruch (18, 13') Abstützelemente zur stirnseitigen Abstützung
   odar Einsätze (9, 1o) zur Aufnahme und Abstützung der Probe (13) einsatzbar sind.