WO2005054815A1 - Vorrichtung zur ermittlung einer dehnungseigenschaft - Google Patents

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WO2005054815A1
WO2005054815A1 PCT/EP2004/013512 EP2004013512W WO2005054815A1 WO 2005054815 A1 WO2005054815 A1 WO 2005054815A1 EP 2004013512 W EP2004013512 W EP 2004013512W WO 2005054815 A1 WO2005054815 A1 WO 2005054815A1
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WO
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holder
test head
legs
leg
sensor
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/013512
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Inventor
Norbert Bonhoff
Uwe Hauel
Original Assignee
Faurecia Innenraum Systeme Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Faurecia Innenraum Systeme Gmbh filed Critical Faurecia Innenraum Systeme Gmbh
Publication of WO2005054815A1 publication Critical patent/WO2005054815A1/de

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    • G01N3/20—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady bending forces
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    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
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    • G01N2203/0262—Shape of the specimen
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    • G01N2203/0282—Two dimensional, e.g. tapes, webs, sheets, strips, disks or membranes
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    • G01N2203/04—Chucks, fixtures, jaws, holders or anvils
    • G01N2203/0482—Chucks, fixtures, jaws, holders or anvils comprising sensing means
    • G01N2203/0494—Clamping ring, "whole periphery" clamping
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    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/0617—Electrical or magnetic indicating, recording or sensing means
    • G01N2203/0623—Electrical or magnetic indicating, recording or sensing means using piezoelectric gauges

Definitions

  • the invention relates to a device for determining an elongation property of a flat material, in particular a textile or a plastic.
  • a method for testing the resilience of tissue is disclosed in http://idw-online.de/public/pmid-6860/ze_pm.html.
  • a tissue sample with a diameter of up to 20 cm is stretched tightly in a holder.
  • a blast of air from a pressure vessel inflates the fabric at high speed.
  • Both strength and speed of the Pressure surge can vary widely and can thus be adapted to the actual operating conditions.
  • a special camera or a light barrier system measures the curvature of the tissue sample caused by the air blast until it tears open.
  • a device for testing textile materials is known from US2002 / 0010133A1.
  • the device is designed for the simultaneous testing of mechanical and thermal characteristics of textile materials. For this purpose, a test head with the textile material is moved against a plate in order to first measure the material thickness and compressibility. Then be through
  • Textiles and plastic films are used for the production of various components, in particular automotive interior trim parts.
  • a textile or foil blank is introduced into a plastic injection mold and fixed there.
  • the textile or plastic is pressed against the inside of the mold due to a negative pressure.
  • the textile or plastic is stretched.
  • the liquid plastic for manufacturing the interior trim part is then injected into the plastic injection mold.
  • the textile or plastic must be such that the material can withstand the strain without damage.
  • the procedure has so far been such that two strips have been removed from each batch of IV material to be processed, which strips are in the X and Y directions by means of a line load of z. B. 10 kg are statically loaded.
  • the resulting elongation value of the material must match a specified specification so that the material can be processed.
  • the stretch test is carried out in the warp and weft directions. In such a test, for example, fabric defects such as a curved weft or curved chain can be identified.
  • a disadvantage of the known stretching tests is that they are relatively time-consuming and have only a limited informative value with regard to the suitability of the material for the strain stress actually occurring later.
  • the invention is therefore based on the object of providing an improved device for determining an elongation property of a flat material, in particular a textile or a plastic, in particular for producing automotive interior trim parts.
  • the invention is also based on the object of providing an improved method for testing materials.
  • a device has a holder for the flat material to be tested.
  • the holder has at least two pairs of opposing legs that serve to fix the material in the device.
  • each of the legs has a clamping device for fixing the material.
  • the device according to the invention also has means for moving a test head into an area circumscribed by the holder.
  • These can be a hydraulic, pneumatic, mechanical or electromechanical drive, e.g. have a rack drive or a ball screw drive.
  • each pair of legs has at least one sensor, so that when
  • a measurement signal can be determined per pair of legs.
  • one leg of a pair of legs is immovable, while the other leg of the pair of legs is movable in the direction of the immovable leg.
  • a displacement sensor is preferably assigned to the movable leg of the pair of legs.
  • the legs of a pair of legs are pressed apart, for example, by a spring force against which the movable of the two legs moves in the direction of the opposite leg during the material test. The distance covered is a measure of the elongation behavior of the tested material.
  • all of the legs of the holder are arranged essentially stationary.
  • a force sensor in particular a load cell, is preferably assigned to one leg of each pair of legs.
  • the forces measured during material testing are a measure of the elongation behavior.
  • the holder has four legs which circumscribe an essentially square area.
  • the holder has several legs that circumscribe a polygon.
  • the holder can also circumscribe a circular area; in this case the legs preferably have a circular segment shape.
  • the test head essentially hits the center of the area delimited by the holder.
  • the test head can have various geometric shapes, in particular the shape of a spherical segment.
  • the test head is preferably interchangeable.
  • the device preferably includes a set of test heads of different shapes, for example different radii of the segment shape.
  • a test head can also have the contour of the motor vehicle interior trim part whose manufacture the material to be tested is to be used. Such a test is particularly meaningful with regard to the actual material behavior during the production of the trim part.
  • the invention relates to a method for material testing.
  • the expansion properties of a material to be used for the production of an interior trim part are first specified empirically.
  • the device according to the invention can be used here.
  • the corresponding values, i.e. For example, target distances or target forces are stored in a control device, in particular a computer.
  • a blank is taken from a material batch and this is checked with the device according to the invention. If the signal values obtained in this way correspond to the specifications, the quality of the material supplied is in order and it can be used for production.
  • FIG. 1 shows a top view of a first embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 2 shows a side view of a second embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 3 shows a perspective view of a further preferred embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 4 shows a schematic top view of the preferred embodiment of FIG. 3
  • FIG. 5 shows a schematic top view of a further preferred embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 6 shows a flow diagram of a preferred embodiment of a method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a device 100 for determining an elongation property of a flat material, such as a textile or a plastic.
  • the device 100 has a holder which is formed by legs 102, 104, 106 and 108.
  • the legs 102 to 108 circumscribe an essentially square area.
  • the legs 102 and 106 form an essentially parallel pair of legs, as do the opposite legs 104 and 108.
  • a sensor is assigned to each leg of a pair of legs, that is to say the leg 104 of the pair of legs 108, 104 the sensor 110 and the leg 106 of the pair of legs 102, 106 the sensor 112.
  • the sensors 110, 112 are preferably either displacement sensors or force sensors.
  • the legs 104 and 106 are movable along the corresponding guide rails 114, 116 and 118, 120 in each case in the direction of the arrow on the opposite fixed leg, that is to say the leg 104 can move in the direction of the leg 108 and the leg 106 in the direction of the leg 102.
  • the distance traveled by the leg 104 or 106 on the opposite leg is detected by the sensor 110 or 112.
  • the sensors 110, 112 are designed as force sensors, in particular as load cells.
  • the load cells can be based, for example, on a strain gauge principle or have a piezoelectric sensor.
  • the device 100 also has a test head 122 which can be moved along the Z axis into the area delimited by the device.
  • the device 100 also has a computer 124 for controlling the test head and for signal detection.
  • the sensors 110 and 112 are connected to the computer 124 via lines 126 and 128 so that the corresponding sensor signals can be detected by the computer 124.
  • the computer 124 has a microprocessor 130 for executing a program 132. Furthermore, the computer 124 has memory areas 134, 136, 138, 140, 142, 144 and 146 and a preferably graphical user interface 148.
  • a user can enter a designation or identification number of the material to be tested via the user interface 148; this is stored in the storage area 144. Furthermore, the user can enter a designation or identification number of the test head to be used for the material test via the user interface 148. This is stored in the memory area 142. Alternatively, for example, the identification number of the test head to be used is read from a database, the identification number of the material serving as the key.
  • the user can enter the test mode via the user interface 148, ie whether the test path or the test force is to be specified.
  • the test time can also be entered, that is, the service life after which the signals determined by sensors 110 and 112 are detected by computer 124.
  • the test mode and / or the test time can also be read in automatically by querying the database with the material identification number as the identifier.
  • a material blank of, for example, 300 ⁇ 300 mm 2 is introduced into the device 100 and fixed by the legs 102 to 108. This is preferably done manually by a user.
  • the user then starts program 132 and enters the identification number of the material to be checked. For example, by querying the database with the
  • Program 132 determines the identification number of the material as the primary key, the test head to be used, the test mode and the test time.
  • test head 122 The user clamps the test head identified by the program 132 into the device 100 and then actuates the release button.
  • the test head 122 is then moved along the Z axis in the direction of the material held by the legs 102 to 108 in the YX plane.
  • the test head 122 is either moved a predetermined test path out of the rest position along the Z axis or until the predetermined test force with which the test head 122 presses against the clamped material is reached.
  • the test head 122 preferably has a strain gauge or a piezoelectric sensor (not shown in FIG. 1), which is also connected to the computer 124.
  • test route or test force are determined by a database query with the material identification number as the primary key.
  • a timer is started when the specified test path or the specified test force is reached. After the test time has elapsed, the signals emitted by sensors 110 and 112 are registered by computer 124 and entered in the table in memory area 146.
  • the signal supplied by the sensor 110 via the line 126 is for the x-wake, that is to say for the wake of the leg 104 in the direction of the rail 108 proportional; Accordingly, the signal supplied by sensor 112 via line 128 is proportional to the y-wake, that is to say the wake of leg 106 in the direction of rail 102.
  • the corresponding signal values together with the test parameters, that is, the test head used, test mode Test route or test force) and / or test time and the material identification number are stored in the database 146 for later evaluation.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a device according to the invention. Elements of the embodiment in FIG. 2 which correspond to elements in the embodiment in FIG. 1 are identified by the same reference symbols.
  • the leg 104 is movable in the direction of the opposite leg 108 and the leg 106 is also movable in the direction of the leg 102 (legs 106 and 102 are not shown in FIG. 2). Travel sensors are used to detect the movement of the legs 104 and 106, respectively.
  • a flat material 150 is clamped in the legs 102 to 108. For clamping the flat material 150, the legs 102 to 108 are preferably formed in two parts.
  • the test head 122 is driven by a hydraulic system 152.
  • the hydraulic system 152 is controlled by the computer 124 via a line 154.
  • the hydraulics 152 are controlled by the computer 154 in such a way that the test head 122 is either moved a predetermined distance in the Z direction or until a predetermined test force that the test head 122 applies to the between the legs 102 to 108 clamped material exercises is achieved.
  • a certain test time e.g. B. a few seconds or minutes
  • the signals emitted by the displacement sensors Computer 124 captured. These signals are representative of the elongation properties of the material being tested.
  • FIG. 3 shows a further preferred embodiment of the invention. Elements in FIG. 3 which correspond to elements in FIGS. 1 and 2 are again identified by the same reference numerals.
  • the test head 122 is moved from below against the material clamped between the legs 102 to 108.
  • the legs 102 to 108 are formed in two parts, that is, each of the legs has a rail-shaped lower part with a prism-shaped upper part. The material to be tested is clamped between the upper and lower part of the legs in order to fix it.
  • a load cell 156 is located on the lower part of the leg 102; Corresponding load cells are also arranged on the lower part of the leg 104 (not shown in FIG. 3). In the embodiment of FIG. 3, all legs are essentially stationary and immovable with respect to base plate 158.
  • the upper parts of the legs are first removed.
  • the material blank is then placed on the device so that the material blank covers the area circumscribed by the legs.
  • the upper parts of the legs are then placed in the rail-shaped cross sections of the corresponding lower parts and fixed, for example, by screwing. Then the test head 122 is moved from below against the clamped material in order to
  • test head is moved pneumatically.
  • FIG. 4 shows a top view of the device of FIG. 3.
  • FIG. 5 shows a further preferred embodiment of the invention. Elements in FIG. 4 which correspond to elements in FIGS. 1 to 3 are again identified by the same reference symbols.
  • the legs 102 to 109 circumscribe a hexagonal polygon, with legs 10, 106, 104, 104, 108 and 105, 109 lying opposite one another being essentially parallel to one another.
  • a displacement or force sensor 110, 112 or 113 is provided for each of the pairs of legs. The corresponding sensor signals are captured by the computer 124.
  • the legs 102 to 109 can also circumscribe a circular area, in which case the legs 102 to 109 are preferably each formed in the form of a segment of a circle.
  • FIG. 6 shows a preferred embodiment of a method according to the invention.
  • step 200 a test program for testing a flat material is first selected manually or automatically.
  • the corresponding test head is attached to a test stamp of the device in step 202.
  • step 204 the material to be tested is placed in the clamping frame formed by the legs of the device and fixed there.
  • test head is then moved against the test material in step 206. Either the test head is moved a specified distance or it is moved until a specified maximum test force has been reached. Alternatively, the test head can be moved until the material breaks, for example to determine the maximum material load or to determine the breaking or breaking behavior of the material.
  • the measurement signals obtained by the test head during the introduction of the test force to the test material are recorded in step 208 and evaluated in step 210. If the corresponding measured values are within a permissible Range, the output "material in order” occurs in step 212. Otherwise, the output "material defect” occurs in step 214.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Dehnungseigenschaft eines flächigen Materials mit einem Halter für das Material, wobei der Halter zumindest zwei Paare gegenüberliegender Schenkel aufweist, mit Mitteln zum Einfahren eines Prüfkopfs in einen von dem Halter begrenztem Bereich, mit zumindest einem Sensor für jedes der Paare zur Erfassung je eines von einer Dehnungseigenschaft des Materials abhängigen Signals.

Description

Vorrichtung zur Ermittlung einer Dehnungseigenschaft
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Dehnungseigenschaft eines flächigen Materials, insbesondere eines Textils oder eines Kunststoffs.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zur Ermittlung oder Prüfung einer Dehnungseigenschaft, insbesondere von Kunststoffen bekannt. Hierzu werden üblicherweise so genannte Extensometer verwendet (vgl. US-A-3,789,508). Ein kapazitives Extensometer ist aus der US-A-4,831 ,738 bekannt geworden. Aus Marais, C; Villoutreix, G.: Analysis and Modeling of the Creep Behavior of the Thermostabie PMR-15 Polyimide. In: Journal of Applied Polymer Science. ISSN 0021-8995. 1998, Vo. 89, Issue 10, Seiten 1983 - 1991 ist die Verwendung eines kapazitiven Extensometers zur Untersuchung des Kriechverhaltens von Polyimid in einem Zeitstandversuch bekannt.
In http://idw-online.de/public/pmid-6860/zeige_pm.html ist ein Verfahren zur Prüfung der Belastbarkeit von Gewebe offenbart. Beispielsweise zum Testen von Airbag- Stoffen wird eine Gewebeprobe mit einem Durchmesser von bis zu 20 cm straff in einen Halter gespannt. Ein Luftstoß aus einem Druckbehälter bläst den Stoff mit hoher Geschwindigkeit auf. Sowohl Stärke als auch Geschwindigkeit des Druckstoßes können stark variiert und damit den tatsächlichen Einsatzbedingungen angepasst werden. Eine Spezialkamera oder ein Lichtschrankensystem misst die durch den Luftstoß entstandene Wölbung der Gewebeprobe bis zum Aufreißen. Aus diesen Ergebnissen lässt sich berechnen, wie Berstfest ein Stoff ist, und wie er sich unter der jeweiligen Belastung dehnt.
Aus US2002/0010133A1 ist eine Vorrichtung zürn Testen von textilen Stoffen bekannt. Die Vorrichtung ist zum gleichzeitigen Testen von mechanischen und thermischen Charakteristiken von textilen Stoffen ausgebildet. Hierzu wird ein Prüfkopf mit dem textilen Stoff gegen eine Platte gefahren, um zunächst die Materialdicke und Kompressibilität zu messen. Danach werden durch
Relativbewegung des Prüfkopfes und der Platte Reibungskräfte gemessen.
Textilien und Kunststofffolien werden zur Herstellung verschiedener Bauteile, insbesondere von Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteilen, verwendet. Beispielsweise wird hierzu ein Textil- oder Folienzuschnitt in eine Kunststoffspritzgussform eingebracht und dort fixiert. Üblicherweise wird das Textil oder der Kunststoff aufgrund eines Unterdrucks an die Innenseite der Form gepresst. Dabei wird das Textil oder der Kunststoff auf Dehnung beansprucht. In die Kunststoffspritzgießform wird dann der flüssige Kunststoff zur Herstellung des Innenverkleidungsteils eingespritzt.
Das Textil oder der Kunststoff muss dabei so beschaffen sein, dass das Material die Dehnungsbeanspruchung ohne Beschädigung aushält. Zur Qualitätssicherung bei der Herstellung von Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteilen ist man dabei bisher so vorgegangen, dass aus jeder zu verarbeitenden IVIaterialcharge zwei Streifen entnommen worden sind, die in X- und Y-Richtung mittels einer Linienlast von z. B. 10 kg statisch belastet werden. Der sich dabei einstellende Dehnungswert des Materials muss mit einer vorgegebenen Spezifikation übereinstimmen, damit das Material verarbeitet werden kann. Im Falle eines Textils erfolgt die Dehnungsprüfung in Kett- und in Schussrichtung. Bei einem solchen Test können beispielsweise Gewebefehler wie bogiger Schuss oder bogige Kette erkannt werden. Nachteilig bei den vorbekannten Dehnungsversuchen ist, dass diese relativ zeitaufwendig sind und nur eine beschränkte Aussagekraft hinsichtlich der Eignung des Materials für die tatsächlich später auftretende Dehnungsbeanspruchung aufweisen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Ermittlung einer Dehnungseigenschaft eines flächigen Materials, insbesondere eines Textils oder eines Kunststoffs, insbesondere zur Herstellung von Automobilinnenverkleidungsteilen, zu schaffen. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Materialprüfung zu schaffen.
Die der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche jeweils gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Halter für das zu prüfende flächige Material auf. Der Halter hat zumindest zwei Paare gegenüberliegender Schenkel, die zur Fixierung des Materials in der Vorrichtung dienen. Beispielsweise hat jeder der Schenkel eine Klemmvorrichtung zur Fixierung des Materials.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat ferner Mittel zum Einfahren eines Prüfkopfes in einen von dem Halter umschriebenen Bereich. Diese können einen hydraulischen, pneumatischen, mechanischen oder elektromechanischen Antrieb, z.B. einen Zahnstangenantrieb oder einen Kugelgewindeantrieb, aufweisen.
Ferner weist jedes Schenkelpaar zumindest einen Sensor auf, sodass beim
Einfahren des Prüfkopfs in den von dem Halter begrenzten Bereich, nachdem das zu prüfende Material in den Halter eingebracht worden ist, ein Messsignal pro Schenkelpaar ermittelbar ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die gegenüberliegenden Schenkel eines Schenkelpaars im Wesentlichen Parallel angeordnet. Aufgrund des Newton Axiom Aktio = Reaktio ist somit nur ein Sensor pro Schenkelpaar erforderlich.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Schenkel eines Schenkelpaars unbeweglich, während der andere Schenkel des Schenkelpaars in Richtung auf den unbeweglichen Schenkel hin beweglich ist. Vorzugsweise ist dem beweglichen Schenkel des Schenkelpaars ein Wegsensor zugeordnet. Die Schenkel eines Schenkelpaares werden beispielsweise durch eine Federkraft auseinandergedrückt, gegen die sich der bewegliche der beiden Schenkel bei der Materialprüfung in Richtung auf den gegenüberliegenden Schenkel bewegt. Der dabei zurückgelegte Weg ist ein Maß für das Dehnungsverhalten des geprüften Materials.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind sämtliche Schenkel des Halters im Wesentlichen ortsfest angeordnet. Vorzugsweise ist bei dieser Ausführungsform je einem Schenkel jedes Schenkelpaars ein Kraftsensor, insbesondere eine Kraftmessdose zugeordnet. Bei dieser Ausführungsform sind also die bei der Materialprüfung gemessenen Kräfte ein Maß für das Dehnungsverhalten.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Halter vier Schenkel, die einen im Wesentlichen quadratischen Bereich umschreiben. Alternativ hat der Halter mehrere Schenkel, die ein Polygon umschreiben. Ferner kann der Halter auch einen kreisförmigen Bereich umschreiben; in diesem Fall haben die Schenkel vorzugsweise Kreissegmentform.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung trifft der Prüfkopf im Wesentlichen auf das Zentrum des von dem Halter begrenzten Bereichs. Der Prüfkopf kann dabei verschiedene geometrische Formen aufweisen, insbesondere die Form eines Kugelsegments. Vorzugsweise ist der Prüfkopf auswechselbar.
Vorzugsweise gehört zu der Vorrichtung ein Satz Prüfköpfe jeweils unterschiedlicher Form, beispielsweise verschiedener Radien der Kreissegmentform. Alternativ kann ein Prüfkopf auch die Kontur des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils aufweisen, zu dessen Herstellung das zu prüfende Material verwendet werden soll. Eine solche Prüfung ist besonders aussagekräftig hinsichtlich des tatsächlichen Materialverhaltens bei der Produktion des Verkleidungsteils.
Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Materialprüfung. Beispielsweise werden zunächst empirisch die Dehnungseigenschaften eines für die Herstellung eines Innenverkleidungsteils zu verwendenden Materials spezifiziert. Dabei kann die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet werden. Die entsprechenden Werte, d.h. beispielsweise Soll-Wegstrecken oder Soll-Kräfte, werden in einer Steuerungseinrichtung, insbesondere einem Computer gespeichert.
Zur Eingangsqualitätsprüfung von für die Herstellung gelieferten Materialchargen, wird einer Materialcharge ein Zuschnitt entnommen, und diese mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung geprüft. Entsprechen die damit erhaltenen Signalwerte den Spezifikationen, so ist die Qualität des gelieferten Materials in Ordnung und es kann für die Produktion verwendet werden.
Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 2 eine seitliche Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 4 eine schematische Draufsicht auf die bevorzugte Ausführungsform der Figur 3, Figur 5 eine schematische Draufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 6 ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 100 zur Ermittlung einer Dehnungseigenschaft eines flächigen Materials, wie beispielsweise eines Textils oder eines Kunststoffs. Die Vorrichtung 100 hat einen Halter, der durch Schenkel 102, 104, 106 und 108 gebildet wird. In der hier betrachteten Ausführungsform umschreiben die Schenkel 102 bis 108 einen im Wesentlichen quadratischen Bereich.
Die Schenkel 102 und 106 bilden ein im Wesentlichen paralleles Schenkelpaar, wie auch die gegenüberliegenden Schenkel 104 und 108. Je einem Schenkel eines Schenkelpaars ist ein Sensor zugeordnet, das heißt dem Schenkel 104 des Schenkelpaars 108, 104 der Sensor 110 und dem Schenkel 106 des Schenkelpaars 102, 106 der Sensor 112. Bei den Sensoren 110, 112 handelt es sich vorzugsweise entweder um Wegsensoren oder um Kraftsensoren.
Für den Fall, dass es sich bei den Sensoren 110, 112 um Wegsensoren handelt, sind die Schenkel 104 und 106 entlang der entsprechenden Führungsschienen 11 4, 116 und 118, 120 jeweils in Pfeilrichtung auf den gegenüberliegenden fixen Schenkel beweglich, das heißt, der Schenkel 104 kann sich in Richtung auf den Schenkel 108 bewegen und der Schenkel 106 in Richtung auf den Schenkel 102. Die dabei von dem Schenkel 104 bzw. 106 auf den jeweils gegenüberliegenden Schenkel zurückgelegte Wegstrecke, wird von dem Sensor 110 bzw. 112 erfasst.
Alternativ sind sämtliche der Schenkel 102 bis 108 im Wesentlichen unbeweglich. In diesem Fall sind die Sensoren 110, 112 als Kraftsensoren, insbesondere als Kraftmessdosen ausgebildet. Die Kraftmessdosen können beispielsweise auf einem Dehnungsmessstreifenprinzip basieren oder einen piezo-elektrischen Aufnehmer aufweisen. Die Vorrichtung 100 hat ferner einen Prüfkopf 122, der entlang der Z-Achse in den von der Vorrichtung begrenzten Bereich hineingefahren werden kann.
Die Vorrichtung 100 hat ferner einen Computer 124 zur Ansteuerung des Prüfkopfs und zur Signalerfassung.
Die Sensoren 110 und 112 sind über Leitungen 126 bzw. 128 an den Computer 124 angeschlossen, sodass die entsprechenden Sensorsignale von dem Computer 124 erfasst werden können.
Der Computer 124 hat einen Mikroprozessor 130 zur Ausführung eines Programms 132. Ferner hat der Computer 124 Speicherbereiche 134, 136, 138, 140, 142, 144 und 146 sowie eine vorzugsweise grafische Nutzerschnittstelle 148.
Über die Nutzerschnittstelle 148 kann ein Benutzer eine Bezeichnung oder Identifikationsnummer des zu prüfenden Materials eingeben; diese wird in dem Speicherbereich 144 gespeichert. Ferner kann der Nutzer über die Nutzerschnittstelle 148 eine Bezeichnung oder Identifikationsnummer des für die Materialprüfung zu verwendenden Prüfkopfs eingeben. Diese wird in dem Speicherbereich 142 abgespeichert. Alternativ wird beispielsweise die Identifikationsnummer des zu verwendenden Prüfkopfs aus einer Datenbank gelesen, wobei die Identifikationsnummer des Materials als Schlüssel dient.
Ferner kann der Benutzer über die Benutzerschnittstelle 148 den Prüfmodus eingeben, d. h., ob der Prüf-Weg oder die Prüf-Kraft vorgegeben werden soll. Ferner kann auch die Prüf-Zeit eingegeben werden, das heißt, die Standzeit nach der die von den Sensoren 110 und 112 ermittelten Signale von dem Computer 124 erfaßt werden. Alternativ zur manuellen Eingabe kann auch der Prüfmodus und/oder die Prüfzeit durch eine Datenbankabfrage mit der Materialidentifikationsnummer als Kennung automatisch eingelesen werden. Zur Durchführung der Materialprüfung wird ein Materialzuschnitt von beispielsweise 300 x 300 mm2 in die Vorrichtung 100 eingebracht und von den Schenkeln 102 bis 108 fixiert. Vorzugsweise erfolgt dies manuell durch einen Benutzer.
Der Benutzer startet dann das Programm 132 und gibt die Identifikationsnummer des zu prüfenden Materials ein. Beispielsweise durch eine Datenbankabfrage mit der
Identifikationsnummer des Materials als Primärschlüssel ermittelt das Programm 132 den zu verwendenden Prüfkopf, den Prüfmodus und die Prüfzeit.
Der Benutzer spannt den von dem Programm 132 identifizierten Prüfkopf in die Vorrichtung 100 ein und betätigt dann die Freigabetaste. Daraufhin wird der Prüfkopf 122 entlang der Z-Achse in Richtung auf das in der YX-Ebene von den Schenkeln 102 bis 108 gehaltene Material verfahren. Dabei wird der Prüfkopf 122 entweder um einen vorgegebenen Prüf-Weg aus der Ruhelage entlang der Z-Achse verfahren oder solange, bis die vorgegebene Prüf-Kraft mit der der Prüfkopf 122 gegen das eingespannte Material drückt, erreicht ist. Zur Messung der Prüf-Kraft hat der Prüfkopf 122 vorzugsweise einen Dehnungsmessstreifen oder eine piezoelektrischen Sensor (in der Figur 1 nicht gezeigt), der ebenfalls mit dem Computer 124 verbunden ist.
Ebenfalls über die Nutzerschnittstelle 148 kann der Nutzer manuell den Prüf-Weg oder die Prüf-Kraft vorgeben. Alternativ werden auch Prüf-Weg oder Prüf-Kraft durch eine Datenbankabfrage mit der Material-Identifikationsnummer als Primärschlüssel ermittelt.
Mit der Erreichung des vorgegebenen Prüf-Wegs bzw. der vorgegebenen Prüf-Kraft wird ein Timer gestartet. Nach Ablauf der Prüf-Zeit werden die von den Sensoren 110 und 112 abgegebenen Signale von dem Computer 124 registriert und in die Tabelle des Speicherbereichs 146 eingetragen.
Für den Fall, dass es sich bei den Sensoren 110 und 112 um Wegsensoren handelt, ist das von dem Sensor 110 über die Leitung 126 gelieferte Signal zu dem x- Nachlauf, das heißt zu dem Nachlauf des Schenkels 104 in Richtung auf die Schiene 108 proportional; entsprechend ist das von dem Sensor 112 über die Leitung 128 gelieferte Signal proportional zu dem y-Nachlauf, das heißt zu dem Nachlauf des Schenkels 106 in Richtung auf die Schiene 102. Die entsprechenden Signalwerte zusammen mit den Prüfparametern, das heißt verwendeter Prüfkopf, Prüfmodus (Prüf-Weg oder Prüf-Kraft) und/oder Prüfzeit und der Material-Identifikationsnummer werden in der Datenbank 146 für die spätere Auswertung gespeichert.
Mit der Vorrichtung 100 lassen sich in einem so genannten Heigh-Throughput Verfahren in schneller Folge verschiedene Materialien auf deren Dehneigenschaften hin testen. Vorteilhaft bei der Vorrichtung gemäß Figur 1 ist insbesondere, dass separate Dehnungsversuche zur Ermittlung des Dehnungsverhaltens in X- und Y- Richtung entfallen.
Die Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Elemente der Ausführungsform der Figur 2, die Elementen der Ausführungsform der Figur 1 entsprechen, sind dabei mit denselben Bezugszeichnen gekennzeichnet. In der Ausführungsform der Figur 2 ist der Schenkel 104 in Richtung auf den gegenüberliegenden Schenkel 108 beweglich sowie auch der Schenkel 106 in Richtung auf den Schenkel 102 beweglich ist (Schenkel 106 und 102 sind in der Figur 2 nicht dargestellt). Zur Erfassung der Bewegung der Schenkel 104 bzw. 106 werden entsprechend Wegsensoren eingesetzt. In die Schenkel 102 bis 108 ist ein flächiges Material 150 eingespannt. Zum Einspannen des flächigen Materials 150 sind die Schenkel 102 bis 108 vorzugsweise zweiteilig ausgebildet.
Der Prüfkopf 122 wird von einer Hydraulik 152 angetrieben. Die Hydraulik 152 wird von dem Computer 124 über eine Leitung 154 angesteuert.
Zur Durchführung einer Materialprüfung wird die Hydraulik 152 von dem Computer 154 so angesteuert, dass der Prüfkopf 122 entweder um eine vorgegebene Distanz in Z-Richtung verfahren wird oder so lange, bis eine vorgegebene Prüf-Kraft, die der Prüfkopf 122 auf das zwischen den Schenkeln 102 bis 108 eingespannte Material ausübt, erreicht wird. Nach einer gewissen Prüfzeit von z. B. einigen Sekunden oder Minuten werden die von den Wegsensoren abgegebenen Signale von dem Computer 124 erfasst. Diese Signale sind repräsentativ hinsichtlich der Dehnungseigenschaften des geprüften Materials.
Die Figur 3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Elemente der Figur 3, die Elementen der Figuren 1 und 2 entsprechen, sind wiederum mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Bei der Ausführungsform der Figur 3 wird der Prüfkopf 122 von unten gegen das zwischen den Schenkeln 102 bis 108 eingespannte Material verfahren. In dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 sind die Schenkel 102 bis 108 zweiteilig ausgebildet, das heißt, jeder der Schenkel hat ein schienenförmiges Unterteil mit einem prismaförmigen Oberteil. Zwischen dem Ober- und dem Unterteil der Schenkel wird das zu prüfende Material eingeklemmt, um es zu fixieren.
An dem Unterteil des Schenkels 102 befinden sich ein Kraftmessdosen 156; entsprechende Kraftmessdosen sind auch an dem Unterteil des Schenkels 104 angeordnet (nicht in der Figur 3 gezeigt). Bei der Ausführungsform der Figur 3 sind also sämtliche Schenkel im Wesentlichen ortsfest und mit Bezug auf die Grundplatte 158 unbeweglich.
Zur Durchführung einer Materialprüfung werden zunächst die Oberteile der Schenkel abgenommen. Der Materialzuschnitt wird dann auf die Vorrichtung gelegt, sodass der Materialzuschnitt den von den Schenkeln umschriebenen Bereich überdeckt. Zur Fixierung des Materialzuschnitts in dieser Position werden dann die Oberteile der Schenkel in die schienenförmigen Querschnitte der entsprechenden Unterteile gelegt und beispielsweise durch Festschrauben fixiert. Danach wird der Prüfkopf 122 von unten her gegen das eingespannte Material gefahren, um die
Dehnungseigenschaften zu ermitteln. Bei der Ausführungsform der Figure 3 wird der Prüfkopf pneumatisch verfahren.
Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf die Vorrichtung der Figur 3. Die Figur 5 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Elemente der Figur 4, die Elementen der Figuren 1 bis 3 entsprechen, sind wiederum mit den selben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Bei der Ausführungsform der Figur 4 umschreiben die Schenkel 102 bis 109 ein sechseckiges Polygon, wobei wiederum gegenüberliegender Schenkel 1 02, 106 bzw. 104, 108 bzw. 105, 109 im Wesentlichen parallel zueinander sind. Für jedes der Schenkelpaare ist ein Weg- oder Kraftsensor 110, 112 bzw. 113 vorgesehen. Die entsprechenden Sensorsignale werden von dem Computer 124 erfasst.
Alternativ können die Schenkel 102 bis 109 auch einen kreisförmigen Bereich umschreiben, wobei dann die Schenkel 102 bis 109 vorzugsweise jeweils kreissegmentförmig ausgebildet sind.
Die Figur 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgernäßen Verfahrens.
In dem Schritt 200 wird zunächst manuell oder automatisch ein Prüfprogramm zur Prüfung eines flächigen Materials ausgewählt. Der entsprechende Prüfkopf wird in dem Schritt 202 an einem Prüfstempel der Vorrichtung befestigt. In dem Schritt 204 wird das zu prüfende Material in den durch die Schenkel der Vorrichtung gebildeten Spannrahmen eingelegt und dort fixiert.
Daraufhin wird in dem Schritt 206 der Prüfkopf gegen das Prüfmaterial verfahren. Entweder wird dabei der Prüfkopf um eine vorgegebene Distanz verfahren oder er wird so lange verfahren, bis eine vorgegebene maximale Prüfkraft erreicht worden ist. Alternativ kann der Prüfkopf auch solange verfahren werden, bis das Material reißt, beispielsweise um die maximale Materialbelastung zu ermitteln oder um das Reiß- oder Bruchverhalten des Materials festzustellen.
Die während der Einleitung der Prüfkraft auf das Prüfmaterial durch den Prüfkopf gewonnenen Messsignale werden in dem Schritt 208 erfasst und in dem Schritt 210 ausgewertet. Wenn die entsprechenden Messwerte innerhalb eines zulässigen Bereichs liegen, erfolgt in dem Schritt 212 die Ausgabe "Material in Ordnung". Im gegenteiligen Falle erfolgt in dem Schritt 214 die Ausgabe "Materialfehler".
Bezugszeichenliste
100 Vorrichtung
102 Schenkel
104 Schenkel
105 Schenkel
106 Schenkel 108 Schenkel
109 Schenkel
110 Sensor
112 Sensor
113 Sensor 114 Führungsschiene
116 Führungsschiene
118 Führungsschiene
120 Führungsschiene
122 Prüfkopf 124 Computer
126 Leitungen
128 Leitungen
130 Mikroprozessor
132 Programm 134 Speicherbereich
136 Speicherbereich
138 Speicherbereich
140 Speicherbereich
142 Speicherbereich 144 Speicherbereich
146 Speicherbereich
148 grafische Nutzerschnittstelle
150 flächiges Material 152 Hydraulik
154 Leitung
156 Kraftmessdose
158 Grundplatte

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zur Ermittlung einer Dehnungseigenschaft eines flächigen Materials mit einem Halter für das Material, wobei der Halter zumindest zwei Paare gegenüberliegender Schenkel aufweist, mit Mitteln zum Einfahren eines Prüfkopfs in einen von dem Halter begrenztem Bereich, mit zumindest einem Sensor für jedes der Paare zur Erfassung je eines von einer Dehnungseigenschaft des Materials abhängigen Signals.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei ein Schenkel jedes Paares in Richtung auf den jeweils gegenüberliegenden Schenkel beweglich ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Schenkel im Wesentlichen ortsfest angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei der von dem Halter begrenzte Bereich im Wesentlichen quadratisch ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei der von dem Halter begrenzte Bereich im Wesentlichen polygonförmig ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei der von dem Halter begrenzte Bereich im Wesentlichen kreisförmig ist, und die Schenkel kreissegmentförmig ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei es sich bei dem Sensor um einen Weg-Sensor zur Erfassung der Bewegung eines Schenkels in Richtung auf den gegenüberliegenden Schenkel des betreffenden Paars handelt.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei es sich bei dem Sensor um einen Kraft-Sensor zur Ermittlung einer auf den Schenkel wirkenden Kraft handelt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei es sich bei dem Kraft-Sensor um eine an dem Schenkel angeordnete Kraftmessdose handelt.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, wobei die Mittel zum Einfahren des Prüfkopfs so ausgebildet sind, dass der Prüfkopf in einen Zentralbereich des von dem Halter begrenzten Bereich eingefahren werden kann.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei die Mittel zum Einfahren einer Prüfkopfs so ausgebildet sind, dass der Prüfkopf auswechselbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , mit einem Satz Prüfköpfe unterschiedlicher Radien.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, wobei der Prüfkopf die Kontur eines Kraftfahrzeug-Teils, insbesondere eines Teils der Kraftfahrzeug-Innenverkleidung, aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, wobei es sich bei dem Material um eine Textilie und/oder einen Kunststoff handelt.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14, mit einem hydraulischen, pneumatischen, mechanischen oder elektromechanischen Antrieb für die Mittel zum Einfahren des Prüfkopfs.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, mit einer Steuereinrichtung zur Einsteuerung der Mittel zum Einfahren des Prüfkopfs und zur Erfassung der Signale.
17. Verfahren zur Materialprüfung mit folgenden Schritten: - Einbringung von flächigem Material in einen Halter, wobei der Halter zumindest 2 Paare gegenüberliegender Schenkel aufweist, und an einem Schenkel jedes der Paare ein Sensor zur Erfassung eines von einer Dehnungseigenschaft des Materials abhängigen Signals angeordnet ist, - Einfahren eines Prüfkopfs in einen von dem Halter begrenzten Bereich,
Erfassung der Signale.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Prüfkopf in senkrechter Richtung um eine vorgegebene Strecke in dem von dem Halter begrenzten Bereich eingefahren wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Prüfkopf mit einer vorgegebenen Kraft in den von dem Halter begrenzten Bereich eingefahren wird.
20. Verfahren nach Anspruch 17, 18 oder 19, wobei die Signale mit Referenzwerten verglichen werden, um einen evtl. Materialfehler zu signalisieren.
21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Vergleich nach einer vorgegebenen Standzeit vorgenommen wird.
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