WO2011015170A2 - Device for performing component and material tests on samples - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a device for carrying out component and material tests on samples
- the invention has for its object to improve a device of the type mentioned in that the determined force value of the actual force acting on the sample corresponds.
- Correction value can take place immediately or else in a later evaluation process.
- the second force transducer is connected to the base frame.
- the measured values for a recording or storage should be as directly as possible in their correct size, it is further proposed in the context of the invention that an electrical
- Compensation measuring circuit which corrects the measured value of the first force transducer with the correction value of the second force transducer. This is particularly meaningful insofar as it can be assumed that the frictional force is variable during the measuring process, so that, advantageously, an immediately time-correlated compensation makes sense.
- the actuator is a hollow drilled, the displacement sensor with a small distance enclosing and related to the sample receiving spindle, rack, a hydraulic or pneumatic cylinder or the like over which the manual or motorized
- Test axis are.
- the actuator via a
- Gearing provided in the force introduction by means of a pinion. It is expedient if the toothing is introduced into the cylindrical lateral surface of the rack.
- Fig. 1 shows a device according to the invention in
- Fig. 2 is a schematic representation of the
- the apparatus shown in the drawing is used to carry out component and material tests
- Samples 1 is especially adapted to perform compression and tensile tests on springs and elastic components, assemblies and material samples. Specifically, this means that no single pairs of
- Force-displacement diagrams are determined in the context of a dynamic measurement.
- the device has two oppositely arranged sample receptacles 2, 3, between which a force for loading the interposed sample 1
- the lower sample holder 2 is fixed arranged on a base frame 4, while the other, upper sample holder 3 at a movable
- Control element 5 is arranged. To determine the travel of the upper
- Sample holder 3 is a Wegmeß CNC 6 is provided which determines the travel path via a direction sensor 7. Furthermore, the device has one at the top
- the displacement sensor 7 is coupled to the force transducer 8.
- the distance measuring unit 6 is at a second
- Force transducer 9 is arranged, which detects the bearing friction of the Wegmeß Maschinen 6 and as a correction value
- This second force transducer 9 is also connected to the base frame 4.
- Compensating measuring provided, which corrects the measured value of the first force transducer 8 with the correction value of the second force transducer 9. The result then stands for the plot of force-displacement diagram immediately provides the corrected force magnitude.
- the adjusting element 5 in the illustrated embodiment a hollowed, the position sensor 7 enclosing a small distance and connected to the force transducer 8 in connection rack 10, via which the manual or motor force coaxial or at least almost coaxial with the test axis 11. This reduces the occurrence of the already mentioned tilting forces.
- the actuator 5 is connected via a play-free guide 12 on the base frame 4, which absorbs any transverse forces that may occur.
- Teeth 13 is in a particularly simple embodiment in the cylindrical outer surface of the rack 10th
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Abstract
The device is used to perform component and material tests on samples, in particular compression tests and tensile tests on springs and elastic components, assemblies, and material samples. The device comprises two sample retainers (2, 3) arranged opposite each other, between which sample retainers a force for loading the sample (1) arranged therebetween can be generated. One sample retainer (2) is fixed to a base frame (4) and the other sample retainer (3) is arranged on a movable adjusting element (5). Furthermore, a displacement measuring unit (6) that detects the travel of the sample retainer (3) by means of a displacement sensor (7) and a force transducer (8) that detects the force applied to the sample (1) are provided. The displacement measuring unit (6) is arranged on a second force transducer (9), which detects the bearing friction force of the displacement measuring unit (6) and provides said bearing friction force as a correction value.
Description
Vorrichtung zur Durchführung von Bauteil- und Apparatus for performing component and
Werkstoffprüfungen an Proben Material tests on samples
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Bauteil- und Werkstoffprüfungen an Proben, The invention relates to a device for carrying out component and material tests on samples,
insbesondere von Druck- und Zugversuchen an Federn und elastischen Bauteilen, Baugruppen und Werkstoffproben, mit zwei sich gegenüber stehend angeordneten Probenaufnahmen, zwischen denen eine Kraft zur Belastung der dazwischen angeordneten Probe erzeugbar ist, wobei die eine in particular of compression and tensile tests on springs and elastic components, assemblies and material samples, with two oppositely arranged sample receptacles, between which a force for loading the interposed sample can be generated, wherein the one
Probenaufnahme fest an einem Grundrahmen und die andere Probenaufnahme an einem verfahrbaren Stellelement Sample holder fixed to a base frame and the other sample holder to a movable actuator
angeordnet ist, ferner mit einer den Verfahrweg der is arranged, further with a travel of the
Probenaufnahme über einen Wegtaster erfassenden Sample recording via a motion sensor
Wegmeßeinheit sowie einem die auf die Probe aufgebrachte Kraft erfassenden Kraftaufnehmer.
Bei aus der Praxis bekannten Vorrichtungen werden Position measuring unit and a force applied to the sample force transducer. Be in known from practice devices
üblicherweise nur einzelne Meßpunkte ermittelt, also zu einem vorgegebenen Weg ein entsprechender Meßwert für die Kraft abgelesen, so dass sich die Vorrichtung jeweils bei Aufnahme der Meßpunkte in einem stationären Zustand befindet. Will man jedoch dynamische Messungen, also quasistatische Druck- oder Zugversuche zur Ermittlung vollständiger Kennlinien in Form von Kraft-Weg-Diagrammen vornehmen, so zeigen sich Meßfehler hinsichtlich der Kraftmessung, soweit der Kraftaufnehmer und die Usually only determined individual measuring points, so read a corresponding measured value for the force to a predetermined path, so that the device is in each case when recording the measuring points in a stationary state. However, if you want to perform dynamic measurements, so quasistatic pressure or tensile tests to determine complete characteristics in the form of force-displacement diagrams, so show measurement errors in terms of force measurement, as far as the load cell and the
Wegmeßeinheit mechanisch verbunden sind und der Wegmeßeinheit are mechanically connected and the
Kraftaufnehmer die die Reibungskraft mißt, da die Führung der Wegmeßeinheit reibungsbehaftet ist und somit einen um die Reibungskraft der Wegmeßeinheit verfälschten Kraftwert ergibt. Force transducer which measures the frictional force, since the leadership of the Wegmeßeinheit is subject to friction and thus results in a distorted by the frictional force of the Wegmeßeinheit force value.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass der ermittelte Kraftwert der tatsächtlich auf die Probe einwirkenden Kraft entspricht. The invention has for its object to improve a device of the type mentioned in that the determined force value of the actual force acting on the sample corresponds.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die Wegmeßeinheit an einem zweiten Kraftaufnehmer This object is achieved according to the invention in that the Wegmeßeinheit on a second force transducer
angeordnet ist, der die Lagerreibungskraft der is arranged, the bearing friction of the
Wegmeßeinheit erfasst und als Korrekturwert bereitstellt. Detected Wegmeßeinheit and provides as a correction value.
Der durch die Erfindung erreichte Vorteil besteht im The advantage achieved by the invention consists in
Wesentlichen darin, dass die aus der reibungsbehafteten Wegmessung zusätzlich erfasste Reibungskraft unabhängig für sich ermittelt wird und somit als Korrekturwert zur Verfügung steht. Die Berücksichtigung dieses Substantially in that the frictional force additionally detected from the frictional path measurement is determined independently for itself and is therefore available as a correction value. The consideration of this
Korrekturwertes kann dabei sofort oder aber auch in einem späteren Auswerteverfahren erfolgen.
Um die Reibungskraft möglichst präzise ermitteln zu können, ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass der zweite Kraftaufnehmer am Grundrahmen angeschlossen ist. Da im Übrigen die Meßwerte für eine Aufzeichnung oder Abspeicherung möglichst unmittelbar in ihrer korrekten Größe vorliegen sollen, wird im Rahmen der Erfindung weiter vorgeschlagen, dass eine elektrische Correction value can take place immediately or else in a later evaluation process. In order to determine the friction force as precisely as possible, it is provided in the invention that the second force transducer is connected to the base frame. Moreover, since the measured values for a recording or storage should be as directly as possible in their correct size, it is further proposed in the context of the invention that an electrical
Kompensationsmeßschaltung vorgesehen ist, die den Meßwert des ersten Kraftaufnehmers mit dem Korrekturwert des zweiten Kraftaufnehmer berichtigt. Dies ist insbesondere insoweit sinnvoll, als davon auszugehen ist, dass die Reibungskraft während des Meßvorganges veränderlich ist, so dass zweckmäßigerweise eine unmmittelbar zeitlich korrelierte Kompensation sinnvoll ist. Compensation measuring circuit is provided which corrects the measured value of the first force transducer with the correction value of the second force transducer. This is particularly meaningful insofar as it can be assumed that the frictional force is variable during the measuring process, so that, advantageously, an immediately time-correlated compensation makes sense.
Um bei dieser Meßanordnung zusätzlich weitere mögliche Meßfehler klein zu halten, empfiehlt es sich im Rahmen der Erfindung, dass das Stellelement eine hohlgebohrte, den Wegtaster mit geringem Abstand umschließende und mit der Probenaufnahme in Verbindung stehende Spindel, Zahnstange, einen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder oder dergleichen aufweist, über die die manuelle oder motorische In order to keep additional possible measurement errors small in this measurement arrangement, it is recommended in the invention that the actuator is a hollow drilled, the displacement sensor with a small distance enclosing and related to the sample receiving spindle, rack, a hydraulic or pneumatic cylinder or the like over which the manual or motorized
Krafteinleitung koaxial oder zumindest nahezu koaxial zur Prüfachse erfolgt. Hierdurch wird das Auftreten Force introduction coaxial or at least almost coaxial with the Prüffach done. This will cause the occurrence
insbesondere solcher Fehler vermieden, die eine Folge von Kippkräften bei einer Krafteinleitung außerhalb der In particular, such errors avoided, which is a consequence of tilting forces at a force outside the
Prüfachse sind. Hierzu ist desweiteren das Stellelement über eine Test axis are. For this purpose, furthermore, the actuator via a
spielfreie Führung am Grundrahmen angeschlossen. play-free guide connected to the base frame.
Für die Einleitung der Kraft über eine Zahnstange ist
diese mit einer in axialer Richtung verlaufenden For the introduction of force over a rack is these with a running in the axial direction
Verzahnung versehen, in die die Krafteinleitung mittels eines Ritzels erfolgt. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die Verzahnung in die zylindrische Mantelfläche der Zahnstange eingebracht ist. Gearing provided in the force introduction by means of a pinion. It is expedient if the toothing is introduced into the cylindrical lateral surface of the rack.
Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert; es zeigen: In the following the invention will be explained in more detail in an embodiment shown in the drawing; show it:
Fig. 1 eine Vorrichtung nach der Erfindung in Fig. 1 shows a device according to the invention in
Seitenansicht, teilweise im Schnitt dargestellt, Fig. 2 eine nur schematische Darstellung der Side view, partially shown in section, Fig. 2 is a schematic representation of the
erfindungsgemäßen Vorrichtung. Device according to the invention.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung dient zur Durchführung von Bauteil- und Werkstoffprüfungen an The apparatus shown in the drawing is used to carry out component and material tests
Proben 1 und ist insbesondere darauf eingerichtet, Druck- und Zugversuche an Federn und elastischen Bauteilen, Baugruppen und Werkstoffproben vorzunehmen. Im Einzelnen bedeutet dies, dass keine einzelnen Paare von Samples 1 and is especially adapted to perform compression and tensile tests on springs and elastic components, assemblies and material samples. Specifically, this means that no single pairs of
Kraft-Weg-Meßwerten in statischem Zustand aufgenommen werden, sondern Kennlinien in Form von Force-displacement measurements are recorded in a static state, but characteristic curves in the form of
Kraft-Weg-Diagrammen im Rahmen einer dynamischen Messung ermittelt werden. Hierzu besitzt die Vorrichtung zwei sich gegenüberstehend angeordnete Probenaufnahmen 2,3, zwischen denen eine Kraft zur Belastung der dazwischen angeordneten Probe 1 Force-displacement diagrams are determined in the context of a dynamic measurement. For this purpose, the device has two oppositely arranged sample receptacles 2, 3, between which a force for loading the interposed sample 1
erzeugbar ist. Die untere Probenaufnahme 2 ist dabei fest
an einem Grundrahmen 4 angeordnet, während die andere, obere Probenaufnahme 3 an einem verfahrbaren can be generated. The lower sample holder 2 is fixed arranged on a base frame 4, while the other, upper sample holder 3 at a movable
Stellelement 5 angeordnet ist. Zur Ermittlung des Verfahrweges der oberen Control element 5 is arranged. To determine the travel of the upper
Probenaufnahme 3 ist eine Wegmeßeinheit 6 vorgesehen, die den Verfahrweg über einen Wegtaster 7 ermittelt. Ferner besitzt die Vorrichtung einen an der oberen Sample holder 3 is a Wegmeßeinheit 6 is provided which determines the travel path via a direction sensor 7. Furthermore, the device has one at the top
Probenaufnahme 3 angeordneten Kraftaufnehmer 8 , der die auf die Probe 1 einwirkende Kraft ermittelt. Hierbei ist der Wegtaster 7 an den Kraftaufnehmer 8 angekoppelt. Sample receiving 3 arranged force transducer 8, which determines the force acting on the sample 1 force. Here, the displacement sensor 7 is coupled to the force transducer 8.
Bei dynamischen Messungen hat sich gezeigt, dass die von dem Kraftaufnehmer 8 ermittelte Kraft insoweit In dynamic measurements, it has been shown that the force determined by the force transducer 8 so far
fehlerbehaftet ist, als die in der Wegmeßeinheit 6 auftretenden Lagerreibungskräfte mit in das Meßergebnis eingehen. Da diese Reibungskräfte über den Meßvorgang nicht konstant sind, können sie auch nicht nachträglich beispielsweise durch Abzug einer festen Kenngröße is faulty when the bearing friction forces occurring in the distance measuring unit 6 are included in the measurement result. Since these frictional forces are not constant over the measuring process, they can not subsequently, for example, by deduction of a fixed characteristic
berücksichtigt werden. be taken into account.
Daher ist die Wegmeßeinheit 6 an einem zweiten Therefore, the distance measuring unit 6 is at a second
Kraftaufnehmer 9 angeordnet, der die Lagerreibungskräfte der Wegmeßeinheit 6 erfasst und als Korrekturwert Force transducer 9 is arranged, which detects the bearing friction of the Wegmeßeinheit 6 and as a correction value
bereitstellt. Dieser zweite Kraftaufnehmer 9 ist ebenfalls am Grundrahmen 4 angeschlossen. provides. This second force transducer 9 is also connected to the base frame 4.
Um eine unmittelbare Berücksichtigung dieses To take immediate account of this
Korrekturwertes zu erreichen, ist eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte elektrische To achieve correction value is an electrical, not shown in the drawing
Kompensationsmeßschaltung vorgesehen, die den Meßwert des ersten Kraftaufnehmers 8 mit dem Korrekturwert des zweiten Kraftaufnehmers 9 berichtigt. Im Ergebnis steht dann für
die Aufzeichnung des Kraft-Weg-Diagramms unmittelbar die berichtigte Kraftgröße zur Verfügung. Compensating measuring provided, which corrects the measured value of the first force transducer 8 with the correction value of the second force transducer 9. The result then stands for the plot of force-displacement diagram immediately provides the corrected force magnitude.
Um grundsätzlich mögliche Fehler während der Messung gering zu halten, sollten bei der Messung entstehendeIn order to keep basically possible errors during the measurement low, should arise during the measurement
Kippkräfte weitgehend vermieden werden. Hierzu weist das Stellelement 5 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine hohlgebohrte, den Wegtaster 7 mit geringem Abstand umschließende und mit dem Kraftaufnehmer 8 in Verbindung stehende Zahnstange 10 auf, über die die manuelle oder motorische Krafteinleitung koaxial oder zumindest nahezu koaxial zur Prüfachse 11 erfolgt. Dies verringert das Auftreten der bereits angesprochenen Kippkräfte. Das Stellelement 5 ist über eine spielfreie Führung 12 am Grundrahmen 4 angeschlossen, die eventuell auftretende Querkräfte aufnimmt. Tilting forces are largely avoided. For this purpose, the adjusting element 5 in the illustrated embodiment, a hollowed, the position sensor 7 enclosing a small distance and connected to the force transducer 8 in connection rack 10, via which the manual or motor force coaxial or at least almost coaxial with the test axis 11. This reduces the occurrence of the already mentioned tilting forces. The actuator 5 is connected via a play-free guide 12 on the base frame 4, which absorbs any transverse forces that may occur.
Weiter weist dabei die Zahnstange 10 eine in axialer Richtung verlaufende Verzahnung 13 auf, in die die Next, while the rack 10 has a running in the axial direction of toothing 13, in which the
Krafteinleitung mittels eines Ritzels 14 erfolgt. DieseForce is introduced by means of a pinion 14. These
Verzahnung 13 ist in besonders einfacher Ausgestaltung in die zylindrische Mantelfläche der Zahnstange 10 Teeth 13 is in a particularly simple embodiment in the cylindrical outer surface of the rack 10th
eingebracht . Schließlich ist hierfür am Stellelement 5 im Bereich der Verzahnung 13 eine Aussparung vorgesehen, die einen brought in . Finally, for this purpose, a recess is provided on the adjusting element 5 in the region of the toothing 13, which has a
Durchtritt des Ritzels 14 zur Zahnstange 10 hin erlaubt.
Passage of the pinion 14 to the rack 10 allowed out.
Claims
1. Vorrichtung zur Durchführung von Bauteil- und 1. Apparatus for performing component and
Werkstoffprüfungen an Proben, insbesondere von Druck- und Zugversuchen an Federn und elastischen Bauteilen, Baugruppen und Werkstoffproben, mit zwei sich Material tests on samples, in particular of compression and tension tests on springs and elastic components, assemblies and material samples, with two themselves
gegenüberstehend angeordneten Probenaufnahmen (2,3), zwischen denen eine Kraft zur Belastung der dazwischen angeordneten Probe (1) erzeugbar ist, wobei die eine Probenaufnahme (2) fest an einem Grundrahmen (4) und die andere Probenaufnahme (3) an einem verfahrbaren Stellelement (5) angeordnet ist, ferner mit einer den Verfahrweg der Probenaufnahme (3) über einen between which a force for loading the interposed sample (1) can be generated, wherein the one sample receptacle (2) fixed to a base frame (4) and the other sample receptacle (3) on a movable actuator (5) is arranged, further comprising the travel path of the sample holder (3) via a
Wegtaster (7) erfassenden Wegmeßeinheit (6) sowie einem die auf die Probe (1) aufgebrachte Kraft Displacement measuring unit (6) detecting displacement sensor (7) and a force applied to the sample (1)
erfassenden Kraftaufnehmer (8) , dadurch detecting force transducer (8), thereby
gekennzeichnet, daß die Wegmeßeinheit (6) an einem zweiten Kraftaufnehmer (9) angeordnet ist, der die Lagerreibungskraft der Wegmeßeinheit (6) erfaßt und als Korrekturwert bereitstellt. characterized in that the Wegmeßeinheit (6) on a second force transducer (9) is arranged, which detects the Lagerreibungskraft the Wegmeßeinheit (6) and provides as a correction value.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kraftaufnehmer (9) am Grundrahmen (4) angeschlossen ist. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the second force transducer (9) on the base frame (4) is connected.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized
gekennzeichnet, daß eine elektrische characterized in that an electrical
Kompensationsmeßschaltung vorgesehen ist, die den Meßwert des ersten Kraftaufnehmers (8) mit dem Compensating measuring circuit is provided which the measured value of the first force transducer (8) with the
Korrekturwert des zweiten Kraftaufnehmers (9) Correction value of the second force transducer (9)
berichtigt. corrected.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (5) eine 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the adjusting element (5) has a
hohlgebohrte, den Wegtaster (7) mit geringem Abstand umschließende und mit der Probenaufnahme (3) in Hollow drilled, the Wasteaster (7) with a small distance enclosing and with the sample holder (3) in
Verbindung stehende Spindel (10) Zahnstange, einen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder oder dergleichen aufweist, über die die manuelle oder motorische Connecting spindle (10) rack, a hydraulic or pneumatic cylinder or the like, via which the manual or motor
Krafteinleitung koaxial oder zumindest nahezu koaxial zur Prüfachse (11) erfolgt. Force introduction coaxial or at least almost coaxial with the test axis (11).
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (5) über eine spielfreie Führung (12) am Grundrahmen (4) 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the adjusting element (5) via a play-free guide (12) on the base frame (4)
angeschlossen ist. connected.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Krafteinleitung über eine Zahnstange (10) diese mit einer in axialer Richtung verlaufenden Verzahnung (13) versehen ist, in die die Krafteinleitung mittels eines Ritzels (14) erfolgt. 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that when force is transmitted via a toothed rack (10) it is provided with a toothing (13) running in the axial direction, into which the introduction of force by means of a pinion (14).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (13) in die zylindrische 7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the toothing (13) in the cylindrical
Mantelfläche der Zahnstange (10) eingebracht ist. Lateral surface of the rack (10) is introduced.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7 , dadurch 8. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized
gekennzeichnet, daß das Stellelement (5) im Bereich der Verzahnung (12) mit einer Aussparung zum characterized in that the adjusting element (5) in the region of the toothing (12) with a recess for
Durchtritt des Ritzels (14) versehen ist. Passage of the pinion (14) is provided.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
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