DE102020216084A1

DE102020216084A1 - Material testing device for bending tests and method for carrying out a bending test

Info

Publication number: DE102020216084A1
Application number: DE102020216084.8A
Authority: DE
Inventors: Radu-Mihail Visinescu; Ralf Schaffner
Original assignee: PSA Automobiles SA
Current assignee: STELLANTIS AUTO SAS, FR
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2022-06-23

Abstract

Eine Materialprüfvorrichtung zur Durchführung eines Biegeversuchs an einem Probekörper (12) umfasst zwei in einer Längsrichtung beabstandete Stützpunkte (3) für den Probekörper (12) und Mittel (20) zum Ausüben einer Biegekraft auf einen sich zwischen den Stützpunkten (3) erstreckenden Abschnitt des Probekörpers (12). Die Stützpunkte sind Klemmen (6) mit jeweils zwei eine Klemmebene (13) des Probekörpers (12) definierenden Klemmbacken (10, 11). Die Klemmen (6) sind um quer zu der Längsrichtung orientierte Achsen (2) schwenkbar und in der Längsrichtung gegeneinander bewegbar, und die Mittel (20) zum Ausüben einer Biegekraft sind eingerichtet, eine Schwenkbewegung der Klemmen (6) um ihre Achsen (2) anzutreiben.A material testing device for carrying out a bending test on a test specimen (12) comprises two support points (3) spaced apart in a longitudinal direction for the test specimen (12) and means (20) for exerting a bending force on a section of the test specimen extending between the support points (3). (12). The support points are clamps (6), each with two clamping jaws (10, 11) defining a clamping plane (13) of the test body (12). The clamps (6) can be pivoted about axes (2) oriented transversely to the longitudinal direction and can be moved towards one another in the longitudinal direction, and the means (20) for exerting a bending force are set up to prevent a pivoting movement of the clamps (6) about their axes (2) to drive

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Materialprüfvorrichtung für Biegeversuche und Verfahren zum Durchführen eines Biegeversuchs, das mit dieser Materialprüfvorrichtung durchführbar ist.The present invention relates to a material testing device for bending tests and a method for carrying out a bending test that can be carried out with this material testing device.

Eine Materialprüfvorrichtung für Biegeversuche ist z.B. aus DE 10 2016 011 421 A1 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung umfasst drei oder vier identische Elemente, von denen ein erster und ein zweiter als Stützen für einen aufgelegten Probekörper dienen und ein dritter und ggf. vierter zwischen dem ersten und dem zweiten von oben auf den Probekörper gedrückt und die dabei auftretenden Kräfte gemessen werden. Die Probekörper werden dabei recht ungleichmäßig verformt, während ein mittlerer Bereich relativ stark gekrümmt ist, nimmt der Krümmungsradius des Probekörpers von der Mitte zu den Enden hin stark ab; es gibt Bereiche, die erst im Laufe des Versuchs, mit fortschreitender Durchbiegung des Probekörpers, zwischen das erste und das zweite Element einrücken und so unter den Einfluss der Biegekräfte gelangen, was die Auswertung des Versuchs erschwert. Bereiche an den Enden des Probekörpers, die nicht zwischen das erste und das zweite Element einrücken, sind zwar nötig, um ein Abgleiten des Probekörpers zu verhindern, werden aber selbe nicht verformt. Die Messergebnisse gehen somit nur auf die Deformation eines kleinen Teils der Probekörper zurück und können leicht durch lokale Schwankungen der Materialeigenschaften verfälscht werden. Der Einfluss solcher Schwankungen ließe sich zwar durch Verwendung größerer Probekörper vermindern, doch ist dies mit höheren Materialkosten verbunden.For example, a material testing device for bending tests is out DE 10 2016 011 421 A1 known. This known device comprises three or four identical elements, of which a first and a second serve as supports for a test specimen placed thereon and a third and, if necessary, a fourth are pressed onto the test specimen from above between the first and the second and the resulting forces are measured . The specimens are deformed quite unevenly, while a central area is relatively strongly curved, the radius of curvature of the specimen decreases sharply from the center to the ends; there are areas that only move in between the first and second element in the course of the test, with progressive deflection of the specimen, and thus come under the influence of the bending forces, which makes the evaluation of the test more difficult. Areas at the ends of the specimen that do not intersect between the first and second elements are necessary to prevent the specimen from slipping off, but they are not deformed. The measurement results are therefore only based on the deformation of a small part of the test specimen and can easily be falsified by local fluctuations in the material properties. Although the influence of such fluctuations could be reduced by using larger test specimens, this is associated with higher material costs.

Eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Materialprüfvorrichtung und ein Materialprüfverfahren zu schaffen, die in der Lage sind, Messergebnisse von hoher Qualität aus kleinen Probekörpern zu gewinnen.An object of the invention is to provide a material testing device and a material testing method capable of obtaining measurement results of high quality from small specimens.

Die Aufgabe wird zum einen gelöst, indem bei einer Materialprüfvorrichtung mit zwei in einer Längsrichtung beabstandeten Stützpunkten für den Probekörper und Mitteln zum Ausüben einer Biegekraft auf einen sich zwischen den Stützpunkten erstreckenden Abschnitt des Probekörpers, die Stützpunkte Klemmen mit jeweils zwei eine Klemmebene des Probekörpers definierenden Klemmbacken sind, die Klemmen um quer zu der Längsrichtung orientierte Achsen schwenkbar und in der Längsrichtung gegeneinander bewegbar sind, und dass die Mittel zum Ausüben einer Biegekraft eingerichtet sind, eine Schwenkbewegung der Klemmen um ihre Achsen anzutreiben. So kann zum einen eine Biegekraft über die gesamte Länge des Probekörpers zwischen den zwei Klemmen verteilt einwirken, zum anderen kann die Prüfvorrichtung einer einsetzenden Durchbiegung des Probekörpers nachgeben, indem sich die beiden Klemmen mit Fortschreiten der Durchbiegung aufeinander zu bewegen. Da der Probekörper an beiden Enden geklemmt ist, ändert sich der Abschnitt des Probekörpers, der der Biegebeanspruchung ausgesetzt ist, im Laufe des Versuchs nicht, was die Auswertung von an der Vorrichtung im Laufe des Versuchs gemessenen Kräften, Momenten oder Bewegungen und deren Umrechnung in Materialeigenschaften des Probekörpers erleichtert.On the one hand, the object is achieved in that, in a material testing device with two support points spaced apart in a longitudinal direction for the test specimen and means for exerting a bending force on a section of the test specimen extending between the support points, the support points are clamped with two clamping jaws each defining a clamping plane of the test specimen the clamps are pivotable about axes oriented transversely to the longitudinal direction and are movable towards one another in the longitudinal direction, and that the means for exerting a bending force are arranged to drive a pivoting movement of the clamps about their axes. On the one hand, a bending force can be distributed over the entire length of the specimen between the two clamps, and on the other hand, the test device can yield to an incipient deflection of the specimen, in that the two clamps move towards each other as the deflection progresses. Since the specimen is clamped at both ends, the portion of the specimen subjected to the bending stress does not change over the course of the test, which makes it possible to evaluate forces, moments or movements measured on the device during the test and convert them into material properties of the specimen facilitated.

Einer bevorzugten Ausgestaltung zufolge ist jede Klemme starr mit einem Hebel verbunden, und die Mittel zum Ausüben einer Biegekraft umfassen einen an den Hebeln angreifenden Drücker.According to a preferred embodiment, each clamp is rigidly connected to a lever and the means for exerting a bending force comprise a pusher engaging the levers.

Um das Schwenken der Klemmen zu ermöglichen, ist typischerweise jeder Hebel an einem Lager abgestützt. Um ferner die Bewegung der Klemmen in der Längsrichtung zu ermöglichen, kann jeder Hebel ferner im Laufe einer Schwenkbewegung in seiner Längsrichtung an dem Lager entlang beweglich sein. Eine solche kombinierte Beweglichkeit in Rotation und Translation ist einfach realisierbar, indem jeder Hebel auf einem ortsfesten Angelpunkt aufliegt. So kann der Hebel einerseits um den Angelpunkt schwenken, um eine Durchbiegung des Probekörpers zu erzwingen, und andererseits auf dem Angelpunkt längsverschieblich sein, um folgen zu können, wenn die eingeklemmten Enden eines Probekörpers sich mit fortschreitender Durchbiegung einander nähern. Alternativ kann das Lager eine Rolle umfassen, die mit dem Hebel in Reibkontakt steht und in Drehung mitgenommen wird, wenn dieser sich in seiner Längsrichtung bewegt, oder ein Zahnrad, das in eine Zahnstange des Hebels eingreift. Rollen oder Zahnräder der beiden Lager können in ihrer Bewegung gekoppelt sein, um eine Spiegelsymmetrie des Probekörpers und der Materialprüfvorrichtung in jeder Phase des Biegeversuchs sicherzustellen.To allow the clamps to pivot, typically each lever is supported on a bearing. Furthermore, in order to allow the clamps to move in the longitudinal direction, each lever can also be movable in the course of a pivoting movement in its longitudinal direction along the bearing. Such a combined mobility in rotation and translation is easy to implement by each lever resting on a fixed pivot point. Thus, the lever may pivot about the pivot to force deflection of the specimen, and slide longitudinally on the pivot to follow as the clamped ends of a specimen approach each other as deflection progresses. Alternatively, the bearing may comprise a roller in frictional contact with the lever and driven in rotation as it moves in its longitudinal direction, or a pinion meshing with a rack of the lever. Rollers or gears of the two bearings can be coupled in their movement to ensure mirror symmetry of the specimen and the material testing device in every phase of the bending test.

Um die Längsbewegung des Hebels anzutreiben, kann einer ersten Ausgestaltung zufolge ein Ballastkörper am Hebel angebracht sein. Dessen Gewicht wirkt umso stärker, je steiler die Stellung des Hebels ist. Daher ist es zweckmäßig, wenn der Hebel in einer Ruhestellung zu Beginn des Biegeversuchs horizontal ist und aus der Horizontalen in eine zunehmend geneigte Stellung geschwenkt wird. Die Achse des Hebels sollte hier vorzugsweise horizontal verlaufen.According to a first embodiment, in order to drive the longitudinal movement of the lever, a ballast body can be attached to the lever. The steeper the position of the lever, the stronger its weight acts. Therefore, it is convenient if the lever is horizontal in a rest position at the beginning of the bending test and is pivoted from the horizontal to an increasingly inclined position. The axis of the lever should preferably run horizontally here.

Einer zweiten Ausgestaltung zufolge sind die Achsen vertikal orientiert. So bleibt das Gewicht des Hebels ohne Einfluss auf die Durchbiegung des Probekörpers, und der Probekörper kann in einer Orientierung zu montiert werden, in der auch sein Eigengewicht nur vernachlässigbaren Einfluss auf seine Durchbiegung hat. Dies ist insbesondere für eine exakte Messung der an einem leicht verformbaren Probekörper auftretenden Kräfte günstig.According to a second embodiment, the axes are oriented vertically. In this way, the weight of the lever has no influence on the deflection of the specimen, and the specimen can be mounted in an orientation in which its own weight has only a negligible influence on its deflection. This is for one in particular exact measurement of the forces occurring on an easily deformable specimen.

Vorzugsweise ist die Schwenkbewegung der Klemmen derart an eine Translation der Klemmen entlang einer Bahn gekoppelt, dass die Länge eines Kreisbogens, der sich von einer Klemme zur anderen erstreckt und die Klemmebenen am Ort der Klemmen berührt, im Laufe der Schwenkbewegung konstant ist. So kann sich der Probekörper frei von Zug- oder Stauchbelastung biegen, und während des Biegeversuchs gemessene Kräfte sind nicht durch das Dehnverhalten des Probekörpers beeinflusst.Preferably, the pivoting movement of the jaws is coupled to a translation of the jaws along a path such that the length of an arc of a circle extending from one jaw to the other and touching the planes of the jaws at the location of the jaws is constant throughout the pivoting movement. This allows the specimen to flex freely from tensile or compression loads, and forces measured during the flexure test are not affected by the elongation behavior of the specimen.

Vorzugsweise ist die Längsbewegung des Hebels dadurch gesteuert, dass ein Führungselement des Hebels in eine Kulisse eingreift. Die Kulisse kann insbesondere ein Schlitz oder eine Nut sein, in die als Führungselement ein Vorsprung des Hebels eingreift. Der Vorsprung kann zur Reibungsminderung als Rolle ausgebildet sein. Die Kulisse kann sich spiralförmig um das den Drehmittelpunkt des Hebels bildende Lager erstrecken.The longitudinal movement of the lever is preferably controlled in that a guide element of the lever engages in a connecting link. The connecting link can in particular be a slot or a groove into which a projection of the lever engages as a guide element. The projection can be designed as a roller to reduce friction. The connecting link can extend in a spiral shape around the bearing forming the center of rotation of the lever.

Die Achsen der zweiten Ausgestaltung können vertikal orientiert sein; so kann eine Beeinflussung der gemessenen Kräfte durch Schwerkraft vermieden werden, was insbesondere im Falle von gut biegsamen Probekörpern vorteilhaft ist.The axes of the second embodiment may be oriented vertically; In this way, the forces measured cannot be influenced by gravity, which is particularly advantageous in the case of test specimens that are easy to bend.

Die Form der Kulisse kann so gewählt sein, dass sie die Klemmen auf Bahnen führt, auf denen wie oben erwähnt die Länge eines Kreisbogens, der sich von einer Klemme zur anderen erstreckt und die Klemmebenen am Ort der Klemmen berührt, im Laufe der Schwenkbewegung konstant ist. Um zusätzlich auch Messungen zum Dehnverhalten durchführen zu können, kann es wünschenswert sein, Kulissen zur Verfügung zu haben, die die Klemmen auf Wegen führen, auf denen die Länge eines solchen Kreisbogens zu- oder abnimmt. Zu diesem Zweck kann ein Satz von Kulissen bereitgestellt werden, aus denen die jeweils benötigte ausgewählt und in der Materialprüfvorrichtung montiert werden kann; alternativ besteht die Möglichkeit, eine gleiche Kulisse in verschiedenen Orientierungen zu montieren, um die Länge des Kreisbogens je nach Bedarf konstant zu halten oder im Laufe eines Biegeversuchs zu- oder abnehmen zu lassen.The shape of the connecting link can be chosen so that it guides the clamps on paths on which, as mentioned above, the length of an arc of a circle extending from one clamp to the other and touching the clamping planes at the location of the clamps is constant during the pivoting movement . In order to also be able to carry out measurements of the strain behavior, it may be desirable to have links that guide the clamps along paths on which the length of such a circular arc increases or decreases. For this purpose, a set of backdrops can be provided from which the one required can be selected and mounted in the material testing device; alternatively, there is the possibility of mounting the same link in different orientations in order to keep the length of the circular arc constant as required or to increase or decrease it during a bending test.

Die Aufgabe wird zum anderen gelöst durch ein Verfahren zum Durchführen eines Biegeversuchs an einem Probekörper mit den Schritten:

a) Einklemmen des Probekörpers entlang einer Klemmebene zwischen voneinander in einer Längsrichtung beabstandeten Klemmen, deren Klemmbacken jeweils eine Klemmebene definieren;
b) Deformieren des Probekörpers durch Schwenken der Klemmen um quer zu der Längsrichtung orientierte Achsen.

On the other hand, the object is achieved by a method for carrying out a bending test on a test specimen with the steps:

a) clamping the specimen along a clamping plane between clamps which are spaced apart from one another in a longitudinal direction and whose clamping jaws each define a clamping plane;
b) Deforming the specimen by pivoting the clamps about axes oriented transversely to the longitudinal direction.

Um eine Deformation durch Biegen ohne gleichzeitige Dehnung des Probekörpers zu ermöglichen, ist gleichzeitig mit dem Schwenken eine Anpassung des Abstands der Klemmen voneinander notwendig.In order to allow deformation by bending without simultaneous stretching of the specimen, the distance between the clamps must be adjusted at the same time as the pivoting.

Die Anpassung des Abstands kann dabei so vorgenommen werden, dass die Länge eines Kreisbogens, der sich von einer Klemme zur anderen erstreckt und die Klemmebenen am Ort der Klemmen berührt, im Laufe der Schwenkbewegung konstant bleibt.The distance can be adjusted in such a way that the length of a circular arc that extends from one clamp to the other and touches the clamping planes at the location of the clamps remains constant during the pivoting movement.

Das Verfahren ist durchführbar mit einer Materialprüfvorrichtung wie oben beschrieben.The method can be carried out with a material testing device as described above.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Materialprüfvorrichtung mit daran montiertem Probekörper in einem Ausgangszustand;
2 die Materialprüfvorrichtung aus 1 mit dem Probekörper in verbogenem Zustand;
3 eine Teilansicht einer Materialprüfvorrichtung gemäß einer abgewandelten Ausgestaltung; und
4 eine Teilansicht gemäß einer weiteren Ausgestaltung.

Further features and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the attached figures. Show it:

1 a schematic view of a material testing device according to the invention with a test specimen mounted thereon in an initial state;
2 the material testing device 1 with the specimen in the bent condition;
3 a partial view of a material testing device according to a modified embodiment; and
4 a partial view according to a further embodiment.

Die Materialprüfvorrichtung der 1 ist teils im Schnitt, teils in einer Seitenansicht gezeigt. Sie umfasst zwei Hebel 1, die einander spiegelsymmetrisch beiderseits einer Symmetrieebene M gegenüberliegen. Jeder Hebel 1 ist um eine zur Ebene der Zeichnung senkrechte Achse 2 schwenkbar; im hier betrachteten Fall verläuft die Achse durch eine Rolle 3 am oberen Ende einer Säule 4, auf der der Hebel 1 aufliegt.The material testing device 1 is shown partly in section and partly in a side view. It comprises two levers 1 which are mirror-symmetrically opposite one another on either side of a plane M of symmetry. Each lever 1 pivots about an axis 2 perpendicular to the plane of the drawing; in the case considered here, the axis runs through a roller 3 at the upper end of a column 4 on which the lever 1 rests.

Ein erster Arm 5 des Hebels 1, auf einer der Symmetrieebene zugewandten Seite der Achse 2, trägt an seinem freien Ende eine Klemme 6. Eine mit dem Arm 5 starr verbundene Basis der Klemme hat die Form eines U-Profils mit jeweils einem oberen und einem unteren Schenkel 7, 8. Zwei Gewindestangen 9 erstrecken sich von einem Schenkel 7, 8 zum anderen und sind an den Schenkeln fixiert, hier z.B. indem sie sich durch Bohrungen der Schenkel 7, 8 erstrecken und in diesen verlötet sind. Die Gewindestangen 9 sind in Blickrichtung der 1 hintereinander angeordnet; deswegen ist in der Fig. nur eine von ihnen sichtbar.A first arm 5 of the lever 1, on a side of the axis 2 facing the plane of symmetry, carries a clamp 6 at its free end lower leg 7, 8. Two threaded rods 9 extend from one leg 7, 8 to the other and are fixed to the legs, here for example by extending through holes in the legs 7, 8 and soldered into them. The threaded rods 9 are in the direction of the 1 Behind arranged each other; therefore only one of them is visible in the figure.

Die zwei Gewindestangen 9 tragen gemeinsam ein Paar Klemmbacken 10, 11. Die Klemmbacken 10, 11 sind Metallstäbe mit je zwei Bohrungen, durch die sich die Gewindestangen 9 erstrecken, und mit einander zugewandten Planflächen, die vorgesehen sind, um einen zu biegenden Probekörper 12 in einer Klemmebene 13 zu fixieren. In der Ausgangsstellung der 1, mit vor Beginn des Biegeversuchs noch ebenem Probekörper 12, fallen die Klemmebenen 13 beider Klemmen 6 überein. Die Lage der Klemmebene 13 kann durch eine Markierung 14, hier als Spitze dargestellt, an der Basis der Klemme 6 vorgegeben sein. Muttern 15, 16 an den Gewindestangen 9 erlauben es, die Position der Klemmbacken 10, 11 so an die Dicke des Probekörpers 12 anzupassen, dass sie den Probekörper 12 um die Klemmebene 13 zentriert fixieren, so dass eine neutrale Faser des Probekörpers 12 entlang der Klemmebene 13 zu liegen kommt.The two threaded rods 9 jointly carry a pair of clamping jaws 10, 11. The clamping jaws 10, 11 are metal rods, each with two bores through which the threaded rods 9 extend, and with facing flat surfaces which are provided to grip a specimen 12 in a clamping level 13 to fix. In the starting position 1 , with the specimen 12 still flat before the start of the bending test, the clamping planes 13 of both clamps 6 coincide. The position of the clamping plane 13 can be specified at the base of the terminal 6 by a marking 14, shown here as a tip. Nuts 15, 16 on the threaded rods 9 allow the position of the clamping jaws 10, 11 to be adjusted to the thickness of the specimen 12 in such a way that they fix the specimen 12 centered around the clamping plane 13, so that a neutral axis of the specimen 12 along the clamping plane 13 comes to rest.

Die Muttern 15 auf wenigstens einer Seite des Probekörpers 12 sind Rändel- oder Flügelmuttern, um ein festes Einklemmen des Probekörpers 12 ohne Werkzeug zu ermöglichen.The nuts 15 on at least one side of the specimen 12 are knurled or wing nuts in order to enable the specimen 12 to be clamped firmly without tools.

Der Abstand zwischen den Gewindestangen 9 ist größer als eine vorgesehene maximale Breite der Probekörper 12, so dass die Montage eines Probekörpers 12 ohne Zerlegen der Klemmen 6, durch Einschieben zwischen die einander gegenüberliegenden Planflächen der Klemmbacken 10, 11 möglich ist.The distance between the threaded rods 9 is greater than an intended maximum width of the test specimen 12, so that the assembly of a test specimen 12 is possible without dismantling the clamps 6 by inserting them between the opposite flat surfaces of the clamping jaws 10, 11.

Ein zweiter Arm 17 des Hebels 1 erstreckt sich auf der von der Symmetrieebene M abgewandten Seite der Achse 2. Der Arm trägt ein Führungselement 18, das mit einer ortsfesten Kulisse 19 zusammenwirkt. Die Kulisse 19 ist z.B. eine Nut oder ein Schlitz in einer ortsfest montierten, sich senkrecht zur Achse 2 erstreckenden Platte. Das Führungselement 18 kann ein in die Kulisse 19 eingreifender Zapfen sein; hier ist es eine Rolle, die um eine zur Achse 2 parallele, am Arm 17 feste Achse drehbar ist, und deren Durchmesser geringfügig kleiner ist als die Breite der Kulisse 19, um eine Bewegung des Führungselements 18 entlang der Kulisse 19 mit geringer Reibung zu ermöglichen.A second arm 17 of the lever 1 extends on the side of the axis 2 facing away from the plane of symmetry M. The link 19 is, for example, a groove or a slot in a stationarily mounted plate extending perpendicularly to the axis 2. The guide element 18 can be a pin engaging in the link 19; here it is a roller rotatable about an axis parallel to axis 2 and fixed to arm 17, and the diameter of which is slightly smaller than the width of link 19 to allow movement of guide element 18 along link 19 with little friction .

Wie durch Vergleich mit einem auf die Achse 2 zentrierten Kreisbogen C deutlich wird, hat die Kulisse 19 bezogen auf die Achse 2 die Form einer Spirale, deren Radius um so weiter abnimmt, je weiter der Hebel 1 aus der in 1 gezeigten Ausgangsstellung ausgelenkt wird.As can be seen by comparing it with an arc of a circle C centered on axis 2, link 19 has the shape of a spiral in relation to axis 2, the radius of which decreases the further lever 1 moves from position in 1 shown initial position is deflected.

Im Fall der 1 ist die Form der Kulissen 19 so gewählt, dass beim Schwenken der Hebel 1 die Klemmen 6 einen Weg verfolgen, auf dem die Länge eines Kreisbogens, der die Klemmebenen 13 jeweils an den der Symmetrieebene zugewandten Kanten der Klemmbacken 10, 11 berührt, unverändert bleibt, während sein - in der Ausgangsstellung der 1 noch unendlicher - Radius abnimmt.In the case of 1 the shape of the links 19 is selected so that when the lever 1 is pivoted, the clamps 6 follow a path on which the length of a circular arc that touches the clamping planes 13 at the edges of the clamping jaws 10, 11 facing the plane of symmetry remains unchanged, while be - in the starting position of 1 even more infinite - radius decreases.

Zum Auslenken der Hebel 1 aus der Ausgangsstellung dient ein Drücker 20, der auf beide Hebel 1 in gleicher Weise einwirkt. Der Drücker 20 umfasst hier einen starren Bügel 21 mit zwei Spitzen 22, die auf beide Hebel 1 jeweils in gleichem Abstand von den Achsen 2 einwirken, und einen senkrecht zu den Achsen 2 wirkenden Linearantrieb 23. Der Linearantrieb 23 ist in der Symmetrieebene M angeordnet, um seine Kraft zu gleichen Teilen auf beide Spitzen 22 zu verteilen. Die Spitzen 22 können wie die oberen Enden der Säulen 4 als Rolle ausgebildet sein, die um eine zu den Achsen 2 parallele Achse drehbar ist.A pusher 20, which acts on both levers 1 in the same way, is used to deflect the lever 1 from the starting position. The pusher 20 here comprises a rigid bracket 21 with two tips 22, which act on both levers 1 at the same distance from the axes 2, and a linear drive 23 acting perpendicularly to the axes 2. The linear drive 23 is arranged in the plane of symmetry M, to distribute its force equally to both tips 22. Like the upper ends of the columns 4 , the tips 22 can be designed as a roller which can be rotated about an axis parallel to the axes 2 .

Kraftsensoren zum Messen eines Widerstands des Probekörpers gegen Verformung können an diversen Stellen des oben beschriebenen Aufbaus vorgesehen sein, so etwa an den Säulen 4 und den Spitzen 22, zwischen den Gewindestangen 9 und den Schenkeln 7, 8.Force sensors for measuring a resistance of the test specimen to deformation can be provided at various points in the structure described above, such as on the columns 4 and the tips 22, between the threaded rods 9 and the legs 7, 8.

2 zeigt die Materialprüfvorrichtung während eines Biegeversuchs. Unter der Einwirkung des Drückers 20 sind die beiden Hebel 1 gegenläufig geschwenkt, und die Klemmebenen 13 kreuzen einander unter einem Winkel von unter 180°. Die Kulissen 19 erzwingen während des Schwenkens der Hebel 1 eine gleichzeitige Verlagerung in ihrer Längsrichtung. Diese stellt sicher, dass auf den Probekörper 12 lediglich einander entgegengesetzte Drehmomente über die Klemmen 6 einwirken, aber keine entlang seiner neutralen Faser wirkenden Zug- oder Druckkräfte. Infolgedessen ist der Probekörper 12 zwischen den Klemmen 6 einer gleichmäßigen Biegebelastung ausgesetzt, die - Homogenität des Materials des Probekörpers 12 vorausgesetzt - diesen exakt die Form des oben erwähnten Kreisbogens annehmen lässt. Zu den in diesem Zustand von den Kraftsensoren erfassten Kräften trägt die gesamte nicht eingeklemmte Fläche des Probekörpers 12 in gleicher Weise bei, daher genügen kleine Abmessungen des Probekörpers 12, um zuverlässige Messwerte zu gewinnen. 2 shows the material testing device during a bending test. Under the action of the pusher 20, the two levers 1 are pivoted in opposite directions and the clamping planes 13 cross one another at an angle of less than 180°. During the pivoting of the lever 1, the slides 19 force a simultaneous displacement in its longitudinal direction. This ensures that only opposing torques act on the specimen 12 via the clamps 6, but no tensile or compressive forces acting along its neutral axis. As a result, the specimen 12 is subjected to a uniform bending load between the clamps 6, which—provided the material of the specimen 12 is homogeneous—allows it to assume the exact shape of the arc of a circle mentioned above. The entire unclamped surface of the test body 12 contributes in the same way to the forces recorded by the force sensors in this state, so small dimensions of the test body 12 are sufficient to obtain reliable measured values.

Die Kulisse 19 bzw. die Platte, in der sie gebildet ist, kann austauschbar oder schwenkbar sein, um Verläufe der Kulisse 19 zu realisieren, wie sie exemplarisch in 3 gezeigt sind. Die durchgezogen gezeichnete Kulisse 19 ist mit derjenigen aus 1 und 2 identisch. Die Kulisse 19` erzwingt eine stärkere Verlagerung des Hebels 1 zur Symmetrieebene M hin, als dies die Kulisse 19 tut, mit der Folge, dass der Probekörper 12 beim Biegen auch einer Stauchung ausgesetzt ist. Daher kann er keine Kreisbogenform annehmen, sondern er bekommt eine Form ähnlich der, die bei einem herkömmlichen Biegeversuch resultiert, mit einem von der Mitte zu den Enden des Probekörpers 12 hin zunehmenden Krümmungsradius. Umgekehrt ist der Probekörper bei Verwendung der 19" einer Zugbelastung ausgesetzt und nimmt dadurch eine Form mit geringem Krümmungsradius in unmittelbarer Nachbarschaft zu den Klemmen 6 und größerem Krümmungsradius in der Mitte an.The gate 19 or the plate in which it is formed can be exchangeable or pivotable in order to realize courses of the gate 19, as shown in an example in 3 are shown. The backdrop 19 drawn in a solid line is with that one 1 and 2 identical. The setting 19' forces a greater displacement of the lever 1 towards the plane of symmetry M than does the setting 19, with the result that the specimen 12 also bends when it bends is subjected to compression. Therefore, it cannot assume a circular arc shape, but becomes a shape similar to that resulting from a conventional bending test, with the radius of curvature increasing from the center toward the ends of the specimen 12 . Conversely, when using the 19", the test specimen is subjected to a tensile load and thus assumes a shape with a small radius of curvature in the immediate vicinity of the clamps 6 and a larger radius of curvature in the middle.

Der Aufbau der 3 unterscheidet sich von dem der 1 und 2 noch in einem weiteren Aspekt. In 1 liegen die Hebel 1 mit ihrer Unterseite lose auf den Säulen 4 auf, und die vom Drücker ausgeübte Kraft ist noch Null. Eine solche Konfiguration ist stabil, solange die Säulen 4 aufrecht stehen und die Achsen 2 horizontal sind. Eine solche Konfiguration ist gut handhabbar, wenn der Probekörper 12 steif und der Einfluss seines Gewichts auf die im Laufe des Biegeversuchs gemessenen Kräfte klein ist. Ein leicht biegsamer Probekörper neigt in dieser Konfiguration jedoch dazu, sich unter der Wirkung seines eigenen Gewichts zu verbiegen. Dieser Einfluss lässt sich vermeiden, wenn die Vorrichtung in einer Stellung zum Einsatz kommt, in der ihre Achsen 2 vertikal orientiert sind, da dann die Schwerkraft auf den Probekörper in einer Richtung wirkt, in der er ihr nur schwer nachgeben kann.The structure of 3 differs from that of 1 and 2 in yet another aspect. In 1 the underside of the levers 1 rests loosely on the columns 4 and the force exerted by the pusher is still zero. Such a configuration is stable as long as the columns 4 are upright and the axes 2 are horizontal. Such a configuration is easy to handle if the specimen 12 is rigid and the influence of its weight on the forces measured during the bending test is small. However, a readily pliable specimen in this configuration will tend to flex under the action of its own weight. This influence can be avoided if the device is used in a position in which its axes 2 are oriented vertically, since the force of gravity then acts on the specimen in a direction in which it is difficult for it to yield.

In einer solchen Orientierung besteht insbesondere dann, wenn der Probekörper 12 noch nicht gebogen und die Klemmkräfte zwischen Säulen 4 und Drücker 20 klein sind, die Möglichkeit, dass die Hebel 1 vertikal verrutschen und dies wiederum zu einer unkontrollierten Deformation des Probekörpers 12 führt. Um dies zu vermeiden, haben die Hebel 1 einen Querschnitt mit zwei parallelen ebenen Oberflächen, von denen eine an der Rolle 3 und die andere an zwei Rollen 24 anliegt, die über zwei Lagerplatten 25 mit der Rolle 3 zu einer um die Achse 2 schwenkbaren Einheit verbunden sind. Eine entsprechende schwenkbare Einheit könnte mit gleicher Wirkung anstatt an der Säule 4 an der Spitze 22 des Drückers 20 unter Einbeziehung der dortigen Rolle vorgesehen sein.In such an orientation, there is a possibility, especially when the specimen 12 has not yet been bent and the clamping forces between the columns 4 and the pusher 20 are small, that the levers 1 will slip vertically and this in turn will lead to an uncontrolled deformation of the specimen 12 . To avoid this, the levers 1 have a cross-section with two parallel flat surfaces, one abutting the roller 3 and the other two rollers 24 which, via two bearing plates 25, are connected to the roller 3 to form a unit pivotable about the axis 2 are connected. A corresponding swiveling unit could be provided with the same effect instead of on the column 4 at the top 22 of the pusher 20, including the role there.

4 zeigt einen Hebel 1 einer vereinfachten Variante der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung. Hier ist auf eine Zwangsführung der Längsbewegung des Hebels 1 über Kulissen verzichtet; stattdessen ist am von der Symmetrieebene M abgewandten Arm 17 des Hebels 1 ein Ballastkörper 26 angebracht. Der Ballastkörper 26 kann bemessen und positioniert sein, um in der Ausgangsstellung den Hebel 1 und den Probekörper 12 horizontal auszubalancieren. Dazu kann der Arm 17 als Gewindestange ausgebildet sein, auf die der Ballastkörper 26 aufgeschraubt und radial verstellbar ist. Wenn der Hebel 1 unter dem Einfluss des Drückers 20 im Uhrzeigersinn schwenkt, übt der Ballastkörper 26 eine Kraft auf den Hebel 1 aus, der diesen in seiner Längsrichtung schräg abwärts treibt und es dadurch ermöglicht, dass sich der Probekörper 12 biegt, ohne dabei einer Zugbelastung ausgesetzt zu sein. 4 shows a lever 1 of a simplified variant of the test device according to the invention. Here is no forced guidance of the longitudinal movement of the lever 1 via scenes; instead, a ballast body 26 is attached to the arm 17 of the lever 1 facing away from the plane of symmetry M. The ballast 26 may be sized and positioned to horizontally balance the lever 1 and specimen 12 in the home position. For this purpose, the arm 17 can be designed as a threaded rod onto which the ballast body 26 is screwed and is radially adjustable. When the lever 1 pivots clockwise under the influence of the pusher 20, the ballast 26 exerts a force on the lever 1, driving it obliquely downward in its longitudinal direction, thereby allowing the specimen 12 to flex without being subjected to tensile loading to be exposed.

Um sicherzustellen, dass sich im Laufe eines Biegeversuchs beide Hebel 1 in gleicher Weise zur Symmetrieebene M hin verlagern und die Anordnung des Probekörpers 12 symmetrisch bleibt, können die beiden Rollen 3 oder die Rollen des Drückers 20 untereinander so gekoppelt sein, dass sie mit entgegengesetzt gleicher Geschwindigkeit rotieren. Ferner können die Rollen 3 oder die Rollen des Drückers als Zahnräder ausgebildet sein, die mit Linearverzahnungen an den ihnen gegenüberliegenden Seiten der Hebel 1 kämmen, um ein Verrutschen der Hebel 1 auszuschließen.In order to ensure that both levers 1 move towards the plane of symmetry M in the same way during the course of a bending test and that the arrangement of the specimen 12 remains symmetrical, the two rollers 3 or the rollers of the pusher 20 can be coupled to one another in such a way that they have the same opposite direction rotate speed. Furthermore, the rollers 3 or the rollers of the pusher can be designed as gears which mesh with linear teeth on the opposite sides of the lever 1 in order to prevent the lever 1 from slipping.

BezugszeichenlisteReference List

11: Hebellever
22: Achseaxis
33: Rollerole
44: Säulepillar
55: (erster) Arm(first) arm
66: Klemmeclamp
77: oberer Schenkelupper thigh
88th: unterer Schenkellower thigh
99: Gewindestangethreaded rod
1010: Klemmbackenjaws
1111: Klemmbackenjaws
1212: Probekörperspecimen
1313: Klemmebeneclamping level
1414: Markierungmark
1515: Muttermother
1616: Muttermother
1717: zweiter Armsecond arm
1818: Führungselementguide element
1919: Kulissebackdrop
2020: Drückerpusher
2121: Bügelhanger
2222: SpitzeTop
2323: Linearantrieblinear actuator
2424: Rollerole
2525: Lagerplattebearing plate
2626: Ballastkörperballast body

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102016011421 A1 [0002]

Claims

Material testing device for carrying out a bending test on a test specimen (12), with two support points spaced apart in a longitudinal direction for the test specimen and means for deforming a section of the test specimen (12) extending between the support points, characterized in that the support points have clamps (6) with two clamping jaws (10, 11) each defining a clamping plane (13) of the specimen (12), that the clamps (6) can be pivoted about axes (2) oriented transversely to the longitudinal direction and can be moved towards one another in the longitudinal direction, and that the means for deforming are set up to drive a pivoting movement of the clamps (6) about their axes (2).

Material testing device claim 1 in which each clamp (6) is rigidly connected to a lever (1) and in that the means for exerting a bending force comprise a pusher (20) acting on the levers (1).

Material testing device claim 2 , in which each lever (1) is supported on a bearing, in particular on a roller (3) rotatable about one of the axes (2), and can be moved along the bearing in the course of a pivoting movement in its longitudinal direction.

Material testing device claim 3 , in which the lever (1) carries a ballast body (26), the weight of which drives the movement of the lever (1) in its longitudinal direction.

Material testing device according to one of Claims 1 until 3 , where the axes (2) are vertical.

Material testing device according to one of Claims 1 until 3 or 5 in which the pivotal movement of the clamps (6) is coupled to a translation of the clamps (6) along a path such that the length of an arc of a circle extending from one clamp (6) to the other and the clamping planes (13) in place touching the clamps (6) is constant during the pivoting movement.

Material testing device according to one of Claims 1 until 3 , 5 or 6 , in which at least one lever (1) has a guide element (18) which cooperates with a connecting link (19) in order to control the movement of the lever (1) in its longitudinal direction.

Material testing device claim 7 , with a set of links (19, 19', 19"), from which the link interacting with the guide element (18) can be selected, with a first (19) of the links guiding the clamps (6) along a path on which the length of an arc of a circle extending from one clamp (6) to the other and touching the clamping planes (13) at the location of the clamps (6) is constant during the pivoting movement, and at least a second (19', 19") of Slides the clamps (6) along a path on which the length of the arc of a circle decreases, or a path on which the length of the arc of a circle increases.

Material testing device claim 7 , in which the connecting link (19) moves between a position in which it guides the clamps along a path on which the length of an arc of a circle extending from one clamp (6) to the other and the clamping planes (13) at the location of the clamps (6) touches, is constant during the pivoting movement and is adjustable in at least one position in which it guides the clamps (6) along a trajectory in which the length of the arc of the circle decreases or along a trajectory in which the length of the arc of the circle decreases increases.

Material testing device according to one of the preceding claims, in which the clamps (6) comprise a holder in which both clamping jaws (10, 11) can be adjusted in a direction perpendicular to the clamping plane (13).

Material testing device claim 10 , in which the clamping jaws (10, 11) can each be adjusted along two threaded rods (9) which extend through holes in the clamping jaws (10, 11).

Material testing device claim 11 , in which the clamping jaws (10, 11) are held by nuts (15, 16) which are arranged on sides of the clamping jaws (10, 11) remote from the clamping plane (13).

Material testing device claim 11 or 12 , in which the holder comprises a U-profile and the threaded rods (9) are anchored in mutually opposite legs (7, 8) of the U-profile.

Method for performing a bending test on a specimen (12) with the steps: a) clamping the test specimen (12) between clamps (6) which are spaced apart from one another in a longitudinal direction and whose clamping jaws (10, 11) each define a clamping plane (13); b) Deforming the test body (12) by pivoting the clamps (6) about axes (2) oriented transversely to the longitudinal direction.

procedure after Claim 14 , in which, at the same time as the pivoting, the distance between the clamps is adjusted in the longitudinal direction, in particular the distance is adjusted in such a way that the length of an arc of a circle extending from one clamp (6) to the other and touching the clamping planes (13) at the location of the clamps (6) remains constant during the pivoting movement.