DE102010052815A1

DE102010052815A1 - Vorrichtung zur einachsigen Druckprüfung schlanker Prüfkörper

Info

Publication number: DE102010052815A1
Application number: DE201010052815
Authority: DE
Inventors: Werner Hufenbach; Martin Lepper; Bernd Grüber; Robert Gottwald
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2012-05-24
Anticipated expiration: 2030-11-24
Also published as: DE102010052815B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1, 10) zur einachsigen Druckprüfung schlanker Prüfkörper (3, 22), die zumindest zweiseitig sich gegenüberliegende Stützelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) zur Vermeidung eines Knickens des Prüfkörpers (3, 22) aufweist, wobei in der Vorrichtung (1, 10) eingestellte oder einstellbare Stützelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) mit eingestellter oder einstellbarer Knicklänge definiert sind, wobei die Vorrichtung (1, 10) bezogen auf den Querschnitt des Prüfkörpers (3, 22) höchstens zwei sich jeweils parallel gegenüberliegende und den Prüfkörper (3, 22) mehrseitig stützende Anordnungen von Stützelementen (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) gehaltert aufweist, wobei als Knicklänge der Abstand zwischen zumindest zwei bestimmten, einseitig in Reihe angeordneten und den Prüfkörper (3, 22) stützenden Stützelementen (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) zur Vermeidung des Knickens definiert ist, so dass die Stützelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) an dem Prüfkörper (3, 22) einen reibungsverminderten Kontakt aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur einachsigen Druckprüfung schlanker Prüfkörper.
Die Erfindung betrifft zugleich eine Vorrichtung, die gegen ein Knicken schlanker Prüfkörper wirkt und die als Zusatzausrüstung in Belastungseinrichtungen vorgesehen sein kann. Die Vorrichtung dient zur Durchführung von einachsigen Druckversuchen an schlanken Prüfkörpern und erlaubt prinzipbedingt die Beaufschlagung der Prüfkörper mit großen Druckkräften, ohne dass diese aufgrund ihrer Schlankheit knicken.
Als schlanke Prüfkörper sind Gegenstände definiert, deren Ausdehnung in mindestens einer Raumrichtung (Länge) wesentlich größer ist als deren Ausdehnung in dazu senkrecht gerichteter Raumrichtung oder in dazu senkrecht gerichteten Raumrichtungen, wie dies z. B. bei dünnwandigen oder stabförmigen Körpern ist.
Für viele technische Anwendungen ist das Wissen um die mechanischen Eigenschaften und das mechanische Verhalten von Strukturen und Materialien unter Beanspruchung von großer Bedeutung. Moderne Werkstoffe wie etwa Faserverbunde besitzen richtungsabhängige Werkstoffeigenschaften. Um die Werkstoffeigenschaften vollständig zu ermitteln, ist die Anwendung verschiedener Prüfverfahren erforderlich.
Weiterhin ist bekannt, dass sich Strukturen und Werkstoffe unter einachsiger Belastung in Abhängigkeit von der Belastungsrichtung (also Zug oder Druck) unterschiedlich verhalten können.
Gegenwärtig werden für einachsige Druckversuche entweder nur kurze Prüfkörper eingesetzt oder die Belastung wird nur so groß gewählt, dass der Prüfkörper nicht ausknickt. Dieses Vorgehen weist zwei entscheidende Nachteile auf:

1. Es ist bekannt, dass Einspannungseffekte am Prüfkörper bei Befestigung in herkömmlichen Prüfvorrichtungen einen signifikanten Einfluss auf die Messergebnisse haben können. Aufgrund der kurzen freien Länge zwischen den Prüfkörpereinspannungen können die Einspannungseffekte unter Umständen bis in den Messbereich hineinreichen und somit die Ergebnisse verfälschen.
2. Bei der Kerbspannungsanalyse (Untersuchung von Fehlstellen) von einachsig druckkraftbelasteten Prüfkörpern sind die vorgenannten Probleme besonders kritisch. Bisher sind keine praktikablen Vorrichtungen bekannt, bei denen einerseits die Einspannungseffekte bis in den Kerbbereich hinein abklingen und gleichzeitig ein Ausknicken des Prüfkörpers verhindern. Die Kerben sind dabei aufgrund von Anforderungen aus der Praxis von sich aus oftmals bereits größer als der Messbereich der herkömmlichen Prüfvorrichtungen.

Derzeit wird in der Regel die Durchführung von einachsigen Druckversuchen so abgesichert, dass ein Knicken der Prüfkörper ausgeschlossen werden kann. In Abhängigkeit von der Schlankheit (Verhältnis der Querschnittabmessungen zur Länge von stabförmigen oder dünnwandigen Prüfkörpern) lässt sich hierfür die kritische Knicklast beispielsweise nach Euler oder per Finite-Elemente-Methode berechnen.
Je nach Anwendung werden daher für die Bestimmung der richtungsabhängigen Werkstoffeigenschaften häufig kurze zylindrische oder würfelartige Prüfkörper für Druckversuche eingesetzt, die geometriebedingt auch bei hohen Kräften nicht zum Knicken neigen. Von Vorteil ist zudem der geringe Vorbereitungs- und Prüfaufwand. Sollen jedoch Ergebnisse für stabförmige Prüfkörper oder dünnwandige Prüfkörper ermittelt werden, kann es sein, dass sich die Ergebnisse der oben beschriebenen Messungen nicht entsprechend der Größe skalieren lassen. In diesem Fall können für die Prüfung praxisrelevanter Werkstoffe und Strukturen bei Druckbeanspruchung spezielle Prüfkörper in kleiner Dimension hergestellt und im Druckbereich mit Hilfe der sogenannten Celanese Druckeinrichtung, wie sie in den Druckschriften DIN 65380, DIN 14126, DIN EN 2850 beschrieben ist, geprüft werden. Bei der Celanes Druckvorrichtung betragen die Prüfkörperbreite und die Messlänge meist jeweils ca. 10 mm und die Prüfkörperdicke ca. 2 mm. Die kurze Messlänge verhindert dabei, dass der Prüfkörper knickt.
Des Weiteren sind in der DIN EN ISO 14126 verschiedene Vorrichtungen beschrieben, die den Stand der Technik bezüglich Druckprüfvorrichtungen, welche bei hohen Belastungen ein instabiles Strukturverhalten verhindern, darstellen. Die Stützung wird dabei über Stützelemente, die Platten sind, die den Bereich zwischen Lasteinleitung und Prüfkörpermitte kontaktieren oder über die gesamte Prüfkörperlänge kontaktierende Schneiden realisiert.
Die genannten Prüfkörperdimensionen und Prüfaufbauten gemäß den DIN-Druckschriften besitzen aber den großen Nachteil, dass die störenden Effekte aus der Einspannung oder des Druckstempels einer Belastungseinrichtung die Messergebnisse beeinflussen können. Bei der Prüfung ist nicht oder nur mit erhöhtem Aufwand abgesichert, dass die Randeffekte sich nicht bis in den Messbereich auswirken. Zudem sind die Größe des Messbereiches und damit die Messgenauigkeit eingeschränkt sowie dessen Position nicht frei wählbar.
Prüfkörper mit größerer Länge – im Vergleich zu den Prüfkörperdimensionen gemäß den DIN-Druckschriften – können zur Ermittlung des Werkstoffverhaltens unter Druckbeanspruchung nur unterhalb der kritischen Knicklast geprüft werden, wobei die kritische Knicklast bei zunehmender Prüfkörperlänge und konstanter Prüfkörperbreite und -dicke mit steigendem Schlankheitsgrad abnimmt.
Kerbspannungsuntersuchungen unter Druckbelastungen können mit den bekannten Einrichtungen gar nicht erst durchgeführt werden, da in der Regel der Kerbdurchmesser für technisch relevante makroskopische Kerben und Ausschnitte, die in den vorab genannten DIN-Druckschriften angegebenen Abmessungen des Messbereichs und/oder des Prüfkörpers übersteigen.
In den 1a und 1b sind Prozessabläufe des Knickens schlanker ungestützter Prüfkörper 3 unter einachsiger Druckbelastung in Abhängigkeit einer Druckkraft F₁ sowie der freien Knicklänge l gemäß dem Stand der Technik schematisch dargestellt, wobei
1a – einen unbelasteten schlanken Prüfkörper 3 mit der Knicklänge l₀ und
1b – einen ungestützten ausknickenden schlanken Prüfkörper 3 unter einachsiger Druckkraft F₁
zeigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur einachsigen Druckprüfung schlanker Prüfkörper anzugeben, die derart ausgebildet ist, dass die Größe des Messbereiches erhöht und damit die Messgenauigkeit verbessert werden können, ohne dass ein Knicken bei Druckbelastung des Prüfkörpers eintreten kann. Des Weiteren sollen die Kerbspannungsanalyse an großflächigen Prüfkörpern mit technisch relevanten makroskopischen Ausschnitten sowie die Spannungsanalyse an dünnwandigen ebenen Prüfkörpern unter einachsiger Druckbeanspruchung ohne störenden Einfluss der Einspannungseffekte am Prüfkörper durchgeführt werden können. Unter Einsatz von Stützelementen soll eine Reibung zwischen dem in der Vorrichtung eingesetzten Prüfkörper und den Prüfkörper berührenden Stützelementen vermindert werden.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Vorrichtung zur einachsigen Druckprüfung schlanker Prüfkörper weist zumindest zweiseitig sich gegenüberliegende Stützelemente zur Vermeidung eines Knickens des Prüfkörpers auf, wobei in der Vorrichtung eingestellte oder einstellbare Stützelemente mit eingestellter oder einstellbarer Knicklänge definiert sind, wobei die Vorrichtung bezogen auf den Querschnitt des Prüfkörpers höchstens zwei sich jeweils parallel gegenüberliegende und den Prüfkörper mehrseitig stützende Anordnungen von Stützelementen gehaltert sind, wobei als Knicklänge der Abstand zwischen zumindest zwei bestimmten, einseitig in Reihe angeordneten und den Prüfkörper stützenden Stützelementen zur Vermeidung des Knickens definiert ist und die Stützelemente an dem Prüfkörper einen reibungsverminderten Kontakt aufweisen.
Damit kann die Vorrichtung auch für große schlanke Prüfkörper anwendbar sein.
Die Stützelemente können in gasförmiger, flüssiger und/oder fester Ausführung ausgebildet sein.
Dabei können die Stützelemente gasförmig, z. B. in Form eines gasförmigen Polsters, etwa eines Luftpolsters, oder flüssig, z. B. in Form eines flüssigen Polsters, ausgeführt sein, wobei die Stützelemente auf Düsen basieren können.
Die festen Stützelemente bzw. Lager können in Form von Wälzlagern, insbesondere von Rollelementen, Gleitlagern oder stabförmigen Abstützelementen/Kontaktelemente ausgebildet sein.
Die Vorrichtung enthält ein gestellartiges Stützgerüst und kann aus zumindest zwei Stützgerüstteilen bestehen, aus

– einem vorderen Stützgerüstteil, das mit einer beidrandseitigen vertikalen Reihe von Stützelementesitzen ausgebildet ist, in die parallel zueinander gerichtete Stützelemente einsetzbar sind, und
– einem hinteren Stützgerüstteil, das mit einer beidrandseitigen vertikalen Reihe von Stützelementesitzen ausgebildet ist, in die parallel zueinander gerichtete Stützelemente einsetzbar sind,

– des Weiteren zumindest eine Feststelleinheit enthält,

– zwei sich gegenüberliegenden, je nach Bedarf verstellbaren Verstellbarkeitshalterungen zur Begrenzung der Stützgerüstteile und
– mindestens einem Abstandshalter für das vordere Stützgerüstteil und das hintere Stützgerüstteil zur stabilen Halterung und

Die Feststelleinheit kann das Stützgerüst mit ihren Abstandshaltern und Verstellbarkeitshalterungen im Rechteck fassen oder kann aus zwei Verstellbarkeitshalterungen und einem Abstandshalter in einer u-förmigen Anordnung die Stützgerüstteile stabil haltern. Dabei können am Stützgerüst eine einzige Feststelleinheit wahlweise im Mittenbereich des Stützgerüstes oder auch mehrere Feststelleinheiten, insbesondere jeweils an den Endbereichsseiten des Stützgerüstes angeordnet sein.
In einer Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein gestellartiges Stützgerüst vorgesehen, das aus zumindest zwei Stützgerüstteilen bestehen kann, aus

– eine obere Feststelleinheit und
– eine untere Feststelleinheit darstellen,

– zwei sich gegenüberliegenden Abstandshaltern für das vordere Stützgerüstteil und das hintere Stützgerüstteil zur stabilen Halterung und
– zwei sich gegenüberliegenden Verstellbarkeitshalterungen zur Begrenzung der Stützgerüstteile

Zumindest die obere Feststelleinheit kann einen senkrechten Durchgang zur Ausübung einer Druckkraft von einem außerhalb der Vorrichtung gelagerten Druckstempel der Prüfmaschine aufweisen. Der Prüfkörper kann aber auch durch den Durchgang nach oben gerichtet hindurchreichen, so dass eine Druckkraftbelastung von außerhalb des Stützgerüstes auf den Prüfkörper ausgeübt werden kann.
Die Stützelemente bzw. die Lager der sich gegenüberliegenden Stützgerüstteile können sich auf gleichen horizontalem Niveau gegenüberliegen oder versetzt auf verschiedenen Niveaus gegenüberliegend angeordnet sein.
Das Stützgerüst kann eine erforderliche Anzahl an Lager und Lagerelementen aufweisen.
Das Stützgerüst kann modular aufgebaut sein.
Ein Stützgerüstteil oder eine Stützgerüstführung kann aus zwei beabstandeten Arretierungssäulen bestehen, die über zwei endseitig angeordnete Verstellbarkeitshalterungen verbunden sind.
Die Arretierungssäulen können wahlweise bei rechteckigem Querschnitt längsgerichtete Befestigungsrillen oder -nute zum verschiebbaren Arretieren von Stützelementesitzen, denen die Stützelemente zugeordnet sind, aufweisen. In einer anderen Ausführung können die Arretierungssäulen beabstandete Bohrungen mit darin befindlichen Augenschrauben zur Halterung der Stützelemente besitzen. Des Weiteren können die Arretierungssäulen einen runden Querschnitt aufweisen und mit beabstandeten. Schellenbefestigungen die Stützelemente im Abstand der ermittelten verkürzten Knicklänge haltern.
Eine gruppenweise Verstellbarkeit der sich gegenüberliegenden Stützelemente zueinander und zum Prüfkörper kann über eine Verstellung des Stützgerüstes und/oder der Stützelemente einschließlich der Stützelementesitze an den Arretierungssäulen des Stützgerüstes vorgesehen sein.
Die Stützelemente können zur berührungslosen oder optischen Analyse des ungestörten oder gestörten Bereiches – beispielsweise durch eine oder mehrere Kerben, durch eine oder mehrere elastische oder unelastische Einschlüsse oder durch einen oder mehrere Bolzen – des Prüfkörpers zur Ausbildung mindestens eines Messbereiches unterbrochen sein.
Die Stützelemente können wie geschrieben Lager sein, auf denen die erforderlichen Lagerelemente auf verschiedene Positionen aufgeteilt sein können, wahlweise so, dass je nach Anzahl der Lagerelemente eine Anzahl von Positionshilfen oder z. B. von Abstandselementen vorgegeben ist.
Je nach Dimension des Prüfkörpers können sich die Lager samt Lagerelementen und Positionshilfen über die Abstandshalter der beiden Stützgerüstteile zueinander positionieren.
Als Positionshilfen oder Abstandselemente zwischen den Lagerelementen können beispielsweise Abstandshülsen oder Stellringe oder Sicherungsringe eingesetzt sein, wobei die Positionshilfen in ihrer Dimensionierung variierbar sind.
Eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung kann bei Druckprüfung von stabförmigen Prüfkörpern mit den beiden Stützgerüstteilen und zumindest mit einer seitlichen und den Prüfkörper stützenden und halternden Stützgerüstführung versehen sein, wobei die Stützgerüstführungen den Stützgerüstteilen weitgehend entsprechen.
Die seitlichen Stützgerüstführungen für stabförmige Prüfkörper können wahlweise senkrecht zu den beiden Stützgerüstteilen der Vorrichtung ausgebildet sein und

– eine erste seitlich kreuzende Stützgerüstführung und
– eine zweite seitlich kreuzende Stützgerüstführung

Die beiden Stützgerüstführungen können auch in zumindest einer Feststelleinheit oder in die Feststelleinheiten eingebunden sein, denen ebenfalls Abstandshalter und Verstellbarkeitshalterungen zugeordnet sind, wobei die Stützgerüstführungen, die jeweils mit einer beidrandseitigen vertikalen Reihe von Stützelementesitzen ausgebildet ist, in die parallel zueinander gerichtete Stützelemente einsetzbar sind, und wobei der Prüfkörper zwischen den Stützelementen der sich gegenüberliegenden Stützgerüstführungen mittels der Verstellbarkeitshalterungen der Feststelleinheiten lagerbar ist.
Die Einleitung einer Druckkraft auf den Prüfkörper kann über Auflegen von Gewichten, durch Klemmung, mittels speziellem Lastgeschirr oder Schneidenlagerung erfolgen.
Mit dem Verfahren zur Einstellung einer bestimmten Knicklänge zwischen zwei zumindest sich gegenüberliegenden und einen Prüfkörper stützenden Stützelementen innerhalb eines Stützgerüstes können unter Einsatz der vorgenannten Vorrichtung folgende Schritte realisiert werden:

– Registrierung der einachsigen Druckkraft F₁, F₂, F₃ mittels mindestens eines Kraftmesssensors, der mit einer Steuereinheit verbunden ist,
– Registrierung von Messgrößen der richtungsabhängigen Werkstoffeigenschaften durch mindestens einen Sensor, der mit der Steuereinheit verbunden ist,
– Auswertung der registrierten und vorgenannten Messgrößen und Bestimmung der Knicklängen durch Berechnung in einer Auswerteeinheit, der die Steuereinheit zugeordnet ist, wobei die bestimmte Knicklänge l₁, l₂, l₃ mit l₃ < l₂ < l₁ durch veränderte Abstände der stützenden Stützelemente und/oder durch Einbringung neuer stützender Stützelemente zur Kontaktierung am Prüfkörper gegeben wird,
– Anzeige zumindest der berechneten Knicklänge l₁, l₂, l₃ auf einer zugehörigen Anzeigeeinheit und
– Verschiebung der Stützelemente und/oder Änderung der Anzahl der den Prüfkörper stützenden Stützelemente am Stützgerüst bei Änderung der Messgrößen und somit der dem Prüfkörper zugeordneten und bestimmten Knicklänge l₁, l₂, l₃.

Die Verschiebung der Stützelemente kann manuell oder automatisch durchgeführt werden.
Weiterbildungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden in weiteren Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird mittels Ausführungsbeispielen anhand mehrerer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Knickens eines schlanken Prüfkörpers unter einachsiger Druckbelastung in Abhängigkeit einer Druckkraft sowie einer freien Knicklänge, wobei
1a – einen unbelasteten schlanken Prüfkörper und
1b – einen ungestützten ausknickenden schlanken Prüfkörper unter einachsiger Druckkraft F₁
gemäß dem Stand der Technik sowie
des erfindungsgemäßen Prinzips der durch Stützelemente eingestellten und einstellbaren Knicklänge von l₁ bis l₃ mit einer einachsigen Druckkraftsteigerung von F₁ bis F₃, wobei
1c – kein Knicken des Prüfkörpers aufgrund der durch Stützelemente eingestellten Knicklänge l₁
1d – eine weitere einachsige Krafterhöhung bis auf F₂ auf den Prüfkörper, die wiederum zum Knicken (F₁ < F₂) des schlanken Prüfkörpers führt,
1e – kein Knicken durch höhere Stützelementeanzahl, die eine Verkürzung der Knicklänge l₂ verursacht,
1f – eine weitere einachsige Kraftsteigerung bis auf F₃ auf den Prüfkörper mit F₁ < F₂ < F₃,
sowie
1g – einen Prüfkörper mit einer eingestellten Knicklänge l₃ mit einer einachsigen grenzwertigen Druckbelastungssteigerung bis F₃, bei der der Prüfkörper im mechanischen Sinne nicht mehr durchgängig schlank ist und damit nicht mehr durch Knicken versagt, sondern zumindest Anzeichen eines bleibenden Versagens, beispielsweise einer Stauchung eintreten.
zeigen,
2 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur einachsigen Druckprüfung für schlanke dünnwandige Prüfkörper gegen Knicken unter Druckkrafteinwirkung,
3 eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach 2,
4 eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach 2,
5 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach 2,
6 einen Querschnitt im Lagerführungsbereich für die Vorrichtung mit einer knickfreien Halterung eines dünnwandigen Prüfkörpers innerhalb der Vorrichtung nach 2,
7 eine schematische Darstellung einer inneren Draufsicht auf eine erfindungsgemäße zweite Vorrichtung mit einer knickbehindernden Führung eines stabförmigen Prüfkörpers mit zu den Stützgerüstteilen seitlich kreuzenden Stützgerüstführungen,
8 eine allgemein schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem U-förmigen Stützgerüst und reibungsvermindernden Kontaktelementen und
9 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach 8.
Im Folgenden werden die 1c, 1d, 1e, 1f, 1g sowie 2 gemeinsam betrachtet.
Für den Aufbau einer ersten Vorrichtung 1 zur einachsigen Druckprüfung eines schlanken Prüfkörpers 3 z. B. für Belastungseinrichtungen kommt das Prinzip der verkürzten Knicklänge nach den 1c, 1d, 1e, 1f und 1g zur Anwendung, wobei als Knicklänge der Abstand zwischen zwei bestimmten, einseitig in Reihe angeordneten und die Vorrichtung 1 von mindestens zwei Seiten stützenden und als Stützelemente oder Stützstellen ausgebildeten Lagern 51, 54 und 55, 58 mit Lagerelementen des Prüfkörpers 3 definiert ist.
Entsprechend der 1g sind bezogen auf den Querschnitt des Prüfkörpers 3 höchstens von zwei sich jeweils parallel gegenüberliegenden und den Prüfkörper 3 mehrseitig stützenden Anordnungen von Stützelementen vorhanden, wobei als Knicklänge l₃ der Abstand zwischen zwei bestimmten, einseitig in Reihe angeordneten und den Prüfkörper 3 stützenden Lagerelementen der Lager 51, 54 und 55, 58 definiert ist und wobei die von den Lagerelementen gebildete Knicklänge 13 in Richtung der einachsigen Druckkraft F₃ verstellbar ist.
In 1g erfolgt durch die Druckkraft F₃ und die eingestellte bestimmte Knicklänge l₃ dann kein Knicken mehr, wenn infolge der hohen Druckbelastung ein materialbedingtes Versagen 26 (Stauchung) eintritt und die Druckkraft F₃ über die Grenze der maximal möglichen Belastung geführt wird.
In der Vorrichtung 1 sind eingestellte oder einstellbare Stützelemente z. B. 51, 54 und 55, 58 mit eingestellter oder einstellbarer Knicklänge definiert, wobei die Vorrichtung 1 bezogen auf den geometrisch definierten Querschnitt des Prüfkörpers 3 höchstens zwei sich jeweils parallel gegenüberliegende und den Prüfkörper 3 mehrseitig stützende Anordnungen von Stützelementen 51, 54 und 55, 58 gehaltert sind, wobei als Knicklänge der Abstand zwischen zumindest zwei bestimmten, einseitig in Reihe angeordneten und den Prüfkörper 3 stützenden Stützelementen 51, 54 und 55, 58 zur Vermeidung des Knickens definiert ist und die Stützelemente 51, 54 und 55, 58 an dem Prüfkörper 3 einen reibungsverminderten Kontakt aufweisen und damit die Vorrichtung 1 auch für große Prüfkörper anwendbar ist.
Eine nach diesem Prinzip aufgebaute und in 2 dargestellte erste Vorrichtung 1 zur einachsigen Druckprüfung eines dünnwandigen schlanken Prüfkörpers 3 kann ein Stützgerüst 20 aufweisen, das
aus zwei Stützgerüstteilen 6, 8, nämlich aus

– einem vorderen Stützgerüstteil 6, das mit einer beidrandseitigen vertikalen Reihe von Lagersitzen 14 ausgebildet ist, in die parallel zueinander gerichtete Lager 51, 52, 53, 54 eingesetzt sind, und
– einem hinteren Stützgerüstteil 8, das mit einer beidrandseitigen vertikalen Reihe von Lagersitzen 14 ausgebildet ist, in die parallel zueinander gerichtete Lager 55, 56, 57, 58 einsetzbar sind,

6

8

51

55

52

56

53

57

54

58

11

12

– einer oberen Feststelleinheit 11 und
– einer unteren Feststelleinheit 12 bestehen,

11

12

6

8

– zwei sich gegenüberliegenden verstellbaren Abstandshaltern 91, 92; 93, 94 für das vordere Stützgerüstteil 6 und das hintere Stützgerüstteil 8 zur Einstellung des Abstandes zwischen den Anordnungen der Lager 51, 52, 53, 54 und 55, 56, 57, 58, wobei der Abstand von der Dimensionierung des Prüfkörpers 3 abhängt,
– zwei sich gegenüberliegenden Verstellbarkeitshalterungen 101, 102; 103, 104 zur seitlichen Begrenzung der Stützgerüstteile 6, 8

51

58

15

16

3

23

24

25

51

54

55

58

6

8

3

91

92

93

94

11

12

Die Lager 51 bis 58 bestehen aus den inneren Lagerführungen 15, 16, auf die z. B. Lagerelemente 23, 24, 25 aufgebracht sind, zwischen denen Abstandshülsen 13, 17, 18, 19 zur Positionierung angebracht sind.
Ein Stützgerüstteil 6, 8 oder eine Stützgerüstführung gemäß 7 kann aus zwei beabstandeten Arretierungssäulen 95, 96 und 97, 98 bestehen, die über zwei endseitig angeordnete, den Abstand zwischen den Arretierungssäulen 95, 96 und 97, 98 verstellbare Verstellbarkeitshalterungen 101, 102; 103, 104 der Feststelleinheiten 11, 12 miteinander verbunden sind, wobei die im Querschnitt rechteckigen/quadratischen Arretierungssäulen 95, 96 und 97, 98 wahlweise in Längsrichtung senkrechte Befestigungsrillen oder -nute zum knicklängenbezogenen Arretieren von Lagersitze 14 aufweisen.
Die erste erfindungsgemäße Vorrichtung 1 besteht also aus einem gestellartigen Stützgerüst 20 sowie der erforderlichen Anzahl an Lagerführungen 15, 16 und Lagern 51, 52, 53, 54 und 55, 56, 57, 58. Je nach Problemstellung können auf den Lagerführungen 15, 16 die erforderlichen Lagerelemente 23, 24, 25 auf verschiedene Positionen aufgeteilt werden. Je nach Prüfkörperdimensionen lassen sich die Lagerführungen 15, 16 samt Lagerelementen 23, 24, 25 über die verstellbaren Abstandshalter 91, 92; 93, 94 der beiden Stützgerüstteile 6, 8 zueinander positionieren. Die Einleitung der Druckkraft F auf den dünnwandigen Prüfkörper 3 kann nicht nur über einen Druckstempel einer Belastungseinrichtung, z. B. einer Prüfmaschine, sondern auch klassisch über ein manuell durchführbares Auflegen von Gewichten oder durch eine Klemmung, mittels speziellem Lastgeschirr oder mittels Schneidenlagerung erfolgen.
Zumindest die obere Feststelleinheit 11 kann in 2 einen senkrecht gerichteten Durchgang 21 zur Ausübung einer Druckkraft F₃ von einer außerhalb der Vorrichtung 1 gelagerten Druckkrafteinleitung, beispielsweise durch einen Druckstempel einer Prüfmaschine aufweisen.
Die Lager 51 bis 54 und 55 bis 58 der sich gegenüberliegenden Stützgerüstteile 6 und 8 können sich auf gleichem horizontalem Niveau gegenüberliegen oder versetzt auf verschiedenen Niveaus gegenüberliegend angeordnet sein.
In 3 ist eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 nach 2 mit einem definierten Messbereich 7 zur Messung der richtungsabhängigen Werkstoffeigenschaften des Prüfkörpers 3 dargestellt. Als Sensor 27 können ein optischer Sensor oder ein Sensor mit einer anderen berührungslosen Messtechnik eingesetzt sein, die beispielsweise die Verschiebung, eine Dehnung oder ein Versagen im Messbereich 7 des dünnwandigen Prüfkörpers 3 anzeigen können. Für stabförmige Prüfkörper 22 gemäß 7 kann der Messbereich 7 auf eine bestimmte Länge begrenzt und/oder verschiebbar sein.
Aus der in 3 dargestellten Registrierung der Messgrößen durch den Sensor 27 und weiterer Sensoren (nicht eingezeichnet) zur Druckkraftmessung in Form einer Kraftmessdose (nicht eingezeichnet) kann bei weiterer Bearbeitung der Messgrößen die Knicklänge l₁ oder l₂ oder l₃ der Berührung durch die Lagerelemente 23, 24, 25 in einer Auswerteeinheit 28 berechnet und über eine mit der Auswerteinheit 28 verbundenen Anzeigeeinheit 29 angezeigt sowie danach an den Arretierungssäulen 95, 96, 97, 98 gemäß 4 eingestellt werden. Bei Änderung der Knicklänge von l₁, zu l₂ oder zu l₃ können die Lagersitze und somit die Position der Lager 51, 52, 53, 54 und 55, 56, 57, 58 mit den Lagerelementen 23, 24, 25 verschoben werden.
Zusätzlich kann eine Nachführung oder Einstellung der Steifigkeit oder der Stützkräfte seitens der Stützelemente/Lagerelemente auf den Prüfkörper durchgeführt werden. Das können zwar geringe Kräfte sein, die gegenüber der Druckkraft F vernachlässigbar klein sein können.
Im Stützgerüst 20 kann es mindestens einen Messbereich 7 geben. Mit der Vorrichtung 1 kann der Messbereich 7 an beliebigen Positionen des schlanken Prüfkörpers 3 vorgesehen sein und ebenso vergrößert werden.
In 4 ist eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 nach 2 dargestellt, wobei zur Feststelleinheit 11 die beiden verstellbaren Abstandshalter 93 und 94 und die um einen Winkel von 90° dazu gedrehten Verstellbarkeitshalterungen 91 und 92 gehören, wobei beide Halteeinrichtungen randseitig mit den Arretierungssäulen 95, 96, 97, 98 lösbar verbunden sind.
In 5 ist ein Längsschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 nach 2 dargestellt, wobei die Feststelleinheiten 11 und 12 die beiden Stützgerüstteile 6 und 8 fest arretieren. Die Querschnitte der Lager 52 und 56, stellvertretend für alle Lager, zeigen z. B. vorderseitig bezogen eine Lagerführung 15, die Abstandshülse 17 und das Lagerelement 24 sowie hinterseitig bezogen eine Lagerführung 16, eine Abstandshülse 36 und eine Abstandshülse 34. Mit den verstellbaren Abstandshaltern 92 und 94 (die anderen Abstandshalter 91, 93 sind nicht eingezeichnet) kann der Prüfkörper 3 zwischen den Stützgerüstteilen 6 und 8 nach Betätigung arretiert werden.
In 6 ist ein Querschnitt etwa mitten durch den Lagerführungsbereich für die Vorrichtung 1 dargestellt, wobei die sich gegenüberliegenden Lager 52 und 56 auf gleichem Niveau angeordnet sind. Das vordere Stützgerüstteil 6 enthält die Arretierungssäulen 97 und 98, an denen mittels der Lagersitze 62 und 63 die Lagerführung 15 befestigt ist. Sowohl die Lagerelemente 23, 24, 25, die z. B. Kugellager zur reibungsarmen Prüfkörperabstützung sein könnten, als auch die zugehörigen Abstandshülsen 13, 17, 18, 19 sind auf der Lagerführung 15 drehbar gelagert angeordnet.
Gleiches gilt für das hintere oder rückseitige Stützgerüstteil 8. Das hintere Stützgerüstteil 8 enthält die Arretierungssäulen 95 und 96, an denen mittels der Lagersitze 60 und 61 die Lagerführung 16 starr befestigt ist. Sowohl die Lagerelemente 36, 37, 38, die z. B. Kugellager sein könnten, als auch die zugehörigen Abstandshülsen 32, 33, 34, 35 sind auf der Lagerführung 16 drehbar gelagert angeordnet. Zwischen den vorderen Lagerelementen 24, 25, 26 und den hinteren Lagerelementen 37, 36, 38 kann sich der dünnwandige Prüfkörper 3 befinden.
In 7 ist eine schematische Darstellung einer beliebigen Draufsicht aus einem mittleren Bereich des Stützgerüstes 4 auf eine erfindungsgemäße zweite Vorrichtung 10 mit einer knickfreien Halterung eines stabförmigen Prüfkörpers 22 zwischen sich gegenüberliegenden Berührungselementen 24, 36, 39, 40, wobei die Lager 52, 56 und die Lager 64, 65 auf unterschiedlichem Niveau angeordnet sein können, gezeigt.
Die erfindungsgemäße zweite Vorrichtung 10 zur Druckprüfung von stabförmigen Prüfkörpern 22 kann in ihrem Stützgerüst 4 neben den vorgenannten Stützgerüstteilen 6 und 8 seitliche und um 90° zu den Stützgerüstteilen gedrehte und den stabförmigen Prüfkörper 22 kontaktierende halternde Stützgerüstführungen 30, 31 aufweisen, die weitgehend gleich wie die Stützgerüstteile 6 und 8 aufgebaut sein können.
Dabei können die seitlichen Stützgerüstführungen 30, 31 für den stabförmigen Prüfkörper 22 wahlweise um einen Winkel von 90° zu den beiden Stützgerüstteilen 6, 8 gedreht ausgebildet sein, wobei die Stützgerüstführungen in Bezug auf die Stützgerüstteile 6, 8

– eine erste seitlich angeordnete und kreuzende Stützgerüstführung 30 und
– eine zweite seitlich angeordnete und kreuzende Stützgerüstführung 31 sind,

11

12

30

31

64

65

52

56

64

65

22

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36

39

40

24

36

39

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6

8

30

31

22

11

12

Dabei stehen die angegebenen Bezugszeichen meistens stellvertretend für die Ausführung von einer Reihe von gesamten Anordnungen nicht nur für die Lagerelemente, sondern auch für Lager, Lagersitze und Lagerführungen.
Die jeweiligen Lagerelemente 24, 36 und 39, 40 können jeweils nach Ausführung der zugehörigen Lagerführungen in der Höhe versetzt angeordnet sein. Die zugehörigen Lagersitze 60, 61, 62 und 63 der Stützgerüstteile 6, 8 sind dabei in die Arretierungssäulen 95, 96, 97, 98 befestigt. Ebenso analog ist dies bei den Stützgerüstführungen 30 und 31 vorhanden.
In 8 ist in einer allgemein schematischen Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Stützgerüst 70 aus zwei Stützgerüstteilen 6, 8 und aus einem wahlweise parallel zu den Stützgerüstteilen 6, 8 auch durchgängigen Abstandshalter 91 oder 93 zur Ausbildung eines U-förmigen Stützgerüstes 70 gezeigt, wobei die Stützelemente stabartige Kontaktelemente 71, 72 sind, die von beiden Seiten der Stützgerüstteile 6, 8 aus dargestellt sind und sich innerhalb der U-Fom zugewandt den Prüfkörper 3 haltern.
In 9 ist in einer Draufsicht nach 8 das U-förmige Stützgerüst 20 aus zwei Stützgerüstteilen 6, 8 und aus nur einem aber durchgängigen Abstandhalter 91 oder 93 gezeigt, wobei parallel zu den Stützgerüstteilen 6, 8 der Prüfkörper 3 seitlich in Einschubrichtung 73 an den Kontaktelementen 71, 72 vorbei eingelagert oder eingeschoben werden kann, wobei die Kontaktelemente 71, 72 nach einer bestimmten, z. B. berechneten Knicklänge an den Stützgerüstteilen 6, 8 gehaltert und am Prüfkörper 3 platziert sind.
Das zugehörige Verfahren zur Bestimmung einer Knicklänge für eine eingestellte oder einstellbare Knicklänge bei mit l₃ < l₂ < l₁ nach den 1c bis 1g zwischen zwei zumindest sich gegenüberliegenden und einen Prüfkörper 3 stützenden Stützelementen 51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58 innerhalb eines Stützgerüstes 20, 4, 70 der genannten Vorrichtung 1, 10
kann folgende Schritte aufweisen:

– Registrierung der einachsigen Druckkraft F₁, F₂, F₃ mittels mindestens eines Kraftmesssensors, der mit einer Steuereinheit verbunden ist,
– Registrierung von Messgrößen der richtungsabhängigen Werkstoffeigenschaften durch mindestens einen Sensor 27, der mit der Steuereinheit verbunden ist,
– Auswertung der registrierten und vorgenannten Messgrößen und Bestimmung der Knicklängen durch Berechnung in einer Auswerteeinheit 28, der die Steuereinheit zugeordnet ist, wobei die bestimmte Knicklänge l₁, l₂, l₃ mit einer Verkürzung der Knicklängen l₃ < l₂ < l₁ durch veränderte Abstände der stützenden Stützelemente 51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58 und/oder durch Einbringung neuer stützender Stützelemente zur Kontaktierung am Prüfkörper 3 gegeben ist,
– Anzeige zumindest der berechneten Knicklänge l₁, l₂, l₃ auf einer zugehörigen Anzeigeeinheit 29 und
– Verschiebung der Stützelemente 51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58 und/oder Änderung der Anzahl der den Prüfkörper 3 stützenden Stützelemente am Stützgerüst 20, 4, 70 bei Änderung der Messgrößen und somit der dem Prüfkörper 3 zugeordneten und bestimmten Knicklänge l₁, l₂, l₃.

Die Vorteile der Erfindung sind folgende:

– Die Vorrichtung 1 verhindert durch prinzipbedingte Prüfkörperabstützung das Knicken von schlanken stabartigen oder dünnwandigen flächigen Prüfkörpern 3,
– Dabei beeinflussen Randeffekte durch die Prüfkörpereinspannung nicht die Messergebnisse, da sie im Messbereich 7 abgeklungen sind.
– Die Abstützung erfolgt mittels reibungsloser Stützelemente, wie Lager, wie etwa Auflager, Gleitlager und/oder Rollenlager.

Weitere Vorteile bestehen darin:
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, 10 können große dünnwandige flächige Prüfkörper 3 oder stabförmige Prüfkörper 22 unter Druckbelastung geprüft werden.
Aus praktischer Sicht ist die randeinflussfreie Analyse solcher Prüfkörper 3, 22 ohne Störzonen (hier bezeichnet als ungekerbt) und mit Störzonen, beispielsweise hervorgerufen durch Kerben, Ausschnitte, makroskopischen elastischen und starren Einschlüssen oder Bolzen für die genaue Dimensionierung bezüglich Geometrie, Werkstoffaufbau und ertragbarer Beanspruchung unerlässlich.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Druckkraft
3: Prüfkörper
4: Stützgerüst für stabförmige Prüfkörper
51: Stützelement
52: Stützelement
53: Stützelement
54: Stützelement
55: Stützelement
56: Stützelement
57: Stützelement
58: Stützelement
6: vorderes Stützgerüstteil
7: Messbereich, an beliebiger Prüfkörperposition wählbar
8: hinteres Stützgerüstteil
91: erster verstellbarer Abstandshalter zwischen vorderem und hinterem Stützgerüstteil
92: zweiter verstellbarer Abstandshalter
93: dritter verstellbarer Abstandshalter
94: vierter verstellbarer Abstandshalter
95: Arretierungssäule
96: Arretierungssäule
97: Arretierungssäule
98: Arretierungssäule
10: erfindungsgemäße zweite Vorrichtung
101: erste seitliche Verstellbarkeitshalterung der Begrenzung des Stützgerüstteils
102: zweite seitliche Verstellbarkeitshalterung
103: dritte seitliche Verstellbarkeitshalterung
104: vierte seitliche Verstellbarkeitshalterung
11: obere Feststelleinheit
12: unter Feststelleinheit
13: Abstandshülse
14: Lagersitz
15: vorderseitige Lagerführung
16: rückseitige Lagerführung
17: Abstandshülse
18: Abstandshülse
19: Abstandshülse
20: Stützgerüst für dünnwandige Prüfkörper
21: Durchgang
22: stabförmiger Prüfkörper
23: Lagerelement
24: Lagerelement
25: Lagerelement
26: Versagen
27: Sensor
28: Auswerteeinheit
29: Anzeigeeinheit
30: erste seitliche Führung
31: zweite seitliche Führung
32: Abstandshülse
33: Abstandshülse
34: Abstandshülse
35: Abstandshülse
36: Lagerelement
37: Lagerelement
38: Lagerelement
39: Lagerelement
40: Lagerelement
60: Lagersitz
61: Lagersitz
62: Lagersitz
63: Lagersitz
64: Stützelement
65: Stützelement
70: Stützgerüst
71: Kontaktelemente
72: Kontaktelemente
73: seitliche Einschubrichtung
F₁: Druckkraft
F₂: Druckkraft
F₃: Druckkraft
l₀: Knicklänge nach dem Stand der Technik
l₁: erste eingestellte Knicklänge
l₂: zweite eingestellte Knicklänge
l₃: dritte eingestellte Knicklänge/Versagenslänge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 65380 [0008]
DIN 14126 [0008]
DIN EN 2850 [0008]
DIN EN ISO 14126 [0009]

Claims

Vorrichtung (1, 10) zur einachsigen Druckprüfung schlanker Prüfkörper (3, 22), aufweisend zumindest zweiseitig sich gegenüberliegende Stützelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) zur Vermeidung eines Knickens des Prüfkörpers (3, 22), wobei in der Vorrichtung (1, 10) eingestellte oder einstellbare Stützelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) mit eingestellter oder einstellbarer Knicklänge definiert sind, wobei die Vorrichtung (1, 10) bezogen auf den Querschnitt des Prüfkörpers (3, 22) höchstens zwei sich jeweils parallel gegenüberliegende und den Prüfkörper (3, 22) mehrseitig stützende Anordnungen von Stützelementen (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) gehaltert aufweist, wobei als Knicklänge der Abstand zwischen zumindest zwei bestimmten, einseitig in Reihe angeordneten und den Prüfkörper (3, 22) stützenden Stützelementen (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) zur Vermeidung des Knickens definiert ist, so dass die Stützelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) an dem Prüfkörper (3, 22) einen reibungsverminderten Kontakt aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) in gasförmiger, flüssiger und/oder fester Ausführung in der entsprechenden Anzahl ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Stützelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) als Lager mit Lagerelementen (23, 24, 25) oder als einfache Kontaktelemente (71, 72) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1, 10) ein gestellartiges Stützgerüst (20, 4) enthält, das aus zumindest zwei Stützgerüstteilen (6, 8) besteht, aus – einem vorderen Stützgerüstteil (6), das mit einer beidrandseitigen vertikalen Reihe von Stützelementesitzen (14) ausgebildet ist, in die parallel zueinander gerichtete Stützelemente (51 bis 54) einsetzbar sind, und – einem hinteren Stützgerüstteil (8), das mit einer beidrandseitigen vertikalen Reihe von Stützelementesitzen (14) ausgebildet ist, in die parallel zueinander gerichtete Stützelemente (55 bis 58) einsetzbar sind, wobei die beiden Stützgerüstteile (6, 8) sich derart gegenüberliegen, dass die sich gegenüber angeordneten Stützelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) jeweils zumindest auf ein vorgegebenes Niveau angeordnet sind, und – des Weiteren zumindest eine Feststelleinheit (11; 12) enthält, wobei die Feststelleinheit (11; 12) die sich gegenüberliegenden Stützgerüstteile (6, 8) haltert, und wobei die Feststelleinheit (11; 12) zumindest aus – zwei sich gegenüberliegenden Verstellbarkeitshalterungen (101, 102; 103, 104) zur Begrenzung der Stützgerüstteile (6, 8), wobei die Funktion der Verstellbarkeitshalterungen (101, 102; 103, 104) von den Stützelementen (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) übernommen werden kann und die Stützelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) kombinierte Stützelemente-Verstellbarkeitshalterungen sind, und – mindestens einem Abstandshalter (91, 92, 93, 94) für das vordere Stützgerüstteil (6) und das hintere Stützgerüstteil (8) zur stabilen Halterung besteht, wobei der Abstand der sich gegenüberliegenden Stützgerüstteile (6, 8) mit den Stützelementen (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) mittels der verstellbaren Abstandshalter (91, 92, 93, 94) der Feststelleinheit (11; 12) an die Prüfkörperdicke anpassbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststelleinheit (11; 12) das Stützgerüst (20, 4) mit ihren Abstandshaltern (91 bis 94) und Verstellbarkeitshalterungen (101, 102; 103, 104) im Rechteck fasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststelleinheiten (11, 12) jeweils aus zwei Verstellbarkeitshalterungen (101, 102; 103, 104) und einem Abstandshalter (91, 92, 93, 94) zur Aus bildung eines U-förmigen Stützgerüstes (70) besteht und die Stützgerüstteile (6, 8) stabil haltert, wobei die Stützelemente wahlweise stabartige Kontaktelemente (71, 72) sind, die von beiden Seiten der Stützgerüstteile (6, 8) aus und sich innerhalb der U-Form zugewandt den Prüfkörper (3) haltern.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Stützgerüst (20, 4) eine einzige Feststelleinheit (11; 12) wahlweise im Mittenbereich (73) des Stützgerüstes (20, 4) oder auch jeweils eine Feststelleinheit (11; 12) an den Endbereichsseiten des Stützgerüstes (20, 4) angeordnet sind.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1, 10) ein gestellartiges Stützgerüst (20, 4) aufweist, das aus zumindest zwei Stützgerüstteilen (6, 8) besteht, aus – einem vorderen Stützgerüstteil (6), das mit einer beidrandseitigen vertikalen Reihe von Stützelementesitzen (14) ausgebildet ist, in die parallel zueinander gerichtete Stützelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) einsetzbar sind, und – einem hinteren Stützgerüstteil (8), das mit einer beidrandseitigen vertikalen Reihe von Stützelementesitzen (14) ausgebildet ist, in die parallel zueinander gerichtete Stützelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) einsetzbar sind, wobei die beiden Stützgerüstteile (6, 8) sich derart gegenüberliegen, dass die sich gegenüber angeordneten Stützelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) jeweils zumindest auf ein vorgegebenes Niveau angeordnet sind, und des Weiteren zumindest zwei Feststelleinheiten (11, 12) enthält, die – eine obere Feststelleinheit (11) und – eine untere Feststelleinheit (12) darstellen, wobei die beiden Feststelleinheiten (11, 12) die sich gegenüberliegenden Stützgerüstteile (6, 8) haltern, und wobei die Feststelleinheiten (11, 12) zumindest aus jeweils – zwei sich gegenüberliegenden Abstandshaltern (91, 92, 93, 94) für das vordere Stützgerüstteil (6) und das hintere Stützgerüstteil (8) zur stabilen Halterung und – zwei sich gegenüberliegenden Verstellbarkeitshalterungen (101, 102; 103, 104) zur Begrenzung der Stützgerüstteile (6, 8) bestehen, wobei die Stützelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) den Prüfkörper (3) stützen und zwischen den Stützelementen (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) der sich gegenüberliegenden Stützgerüstteile (6, 8) der Prüfkörper (3) mittels der verstellbaren Abstandshalter (91, 92, 93, 94) der Feststelleinheiten (11, 12) gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die obere Feststelleinheit (11) einen senkrechten Durchgang zur Einfügung des Prüfkörpers (3) von außerhalb der Vorrichtung (1, 10) aufweist oder der Prüfkörper (3) von der Seite in Einschubrichtung (73) zwischen vorderem Stützgerüstteil (6) und hinterem Stützgerüstteil (8) eingefügt wird.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) der sich gegenüberliegenden Stützgerüstteile (6, 8) sich auf gleichen horizontalem Niveau gegenüberliegen oder versetzt auf verschiedenen Niveaus gegenüberliegend angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützgerüst (20, 4, 70) eine erforderliche Anzahl an Stützelementen (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) in Form von Lager und Lagerelementen (23, 24, 25) oder an Kontaktelementen (71; 72) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die fest ausgebildeten Lagerelemente (23, 24, 25) in Form von Wälzlagern, insbesondere von Rollelementen, z. B. Kugellagern oder Rollenlagern, Gleitlagern oder stabförmigen Abstützelementen ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente gasförmig, z. B. in Form eines gasförmigen Polsters, etwa eines Luftpolsters, oder flüssig, z. B. in Form eines flüssigen Polsters, ausgeführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente auf Düsen basieren.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützgerüst (20, 4) modular aufgebaut ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stützgerüstteil (6, 8) oder eine Stützgerüstführung (30, 31) aus zwei beabstandeten Arretierungssäulen (95, 96, 97, 98) besteht, die über eine Verstellbarkeitshalterung (101, 102; 103, 104) endseitig verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungssäulen (95, 96, 97, 98) mit einem geometrisch definierten, z. B. rechteckigen oder runden Querschnitt längsgerichtete Befestigungsrillen oder -nute oder Profile zum verschiebbaren Arretieren von Stützelementesitzen (14) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einem geometrisch definierten, z. B. rechteckigen oder runden Querschnitt versehenen Arretierungssäulen mit beabstandeten Bohrungen und mit darin befindlichen Augenschrauben zur Halterung der Stützelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) versehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungssäulen (95, 96, 97, 98) zumindest einen teilweise gerundeten Querschnitt aufweisen und mit beabstandeten Schellenbefestigungen die Stützelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) im Abstand einer ermittelten Knicklänge haltern.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine gruppenweise Verstellbarkeit der sich gegenüberliegenden Stützelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) zueinander und zum Prüfkörper (3) über eine Verstellung an den Arretierungssäulen (95, 96, 97, 98) des Stützgerüstes (20, 4) und/oder der Stützelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) einschließlich der Stützelementesitze (14) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) zur berührungslosen oder optischen Analyse des ungestörten oder gestörten Bereiches – beispielsweise durch eine oder mehrere Kerben, durch eine oder mehrere elastische oder unelastische Einschlüsse oder durch einen oder mehrere Bolzen – des Prüfkörpers (3) zur Ausbildung mindestens eines Messbereiches (7) unterbrochen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Lagern (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) die erforderlichen Lagerelemente (23, 24, 25) auf verschiedene Positionen wahlweise aufgeteilt sind, so dass je nach Anzahl der Lagerelemente (23, 24, 25) die Anzahl von Positionshilfen (13, 17, 18, 19) oder von Abstandselementen vorgegeben ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je nach Dimension des Prüfkörpers (3) sich die Lager (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) samt Lagerelementen (23, 24, 25) und Positionshilfen (13, 17, 18, 19) über die Abstandshalter (91, 92, 93, 94) der beiden Stützgerüstteile (6, 8) zueinander positionieren.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Positionshilfen (13, 17, 18, 19) oder Abstandselemente Abstandshülsen oder Stellringe oder Sicherungsringe eingesetzt sind, wobei die Positionshilfen (13, 17, 18, 19) in ihrer Dimensionierung variierbar sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Stützgerüst (20) erweitertes Stützgerüst (4) vorhanden ist, das zur Druckprüfung von stabförmigen Prüfkörpern (22) vorgesehen ist und aus den beiden Stützgerüstteilen (6, 8) und zumindest einer die Stützgerüstteile (6, 8) seitlich kreuzenden und den Prüfkörper (22) kontaktierenden halternden Stützgerüstführung (30, 31) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Stützgerüstführungen (30, 31) für stabförmige Prüfkörper (22) wahlweise um einen Winkel von 90° gedreht zu den beiden Stützgerüstteilen (6, 8) der Vorrichtung (1) angeordnet sind und – eine erste seitlich kreuzende Stützgerüstführung (30) und – eine zweite seitlich kreuzende Stützgerüstführung (31) darstellen, die den Stützgerüstteilen (6, 8) analog und ähnlich aufgebaut sind.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stützgerüstführungen (30, 31) in die Feststelleinheiten (11, 12) eingebunden sind und denen ebenfalls Abstandshalter und Verstellbarkeitshalterungen zugeordnet sind, wobei die Stützgerüstführungen (30, 31), die jeweils mit einer beidrandseitigen vertikalen Reihe von Stützelementesitzen (14) ausgebildet ist, in die parallel zueinander gerichtete Stützelemente (64, 65) einsetzbar sind, und wobei die Stützelemente (64, 65) den stabförmigen Prüfkörper (22) stützende Stützelemente (39, 40) aufweisen und der Prüfkörper (22) zwischen den Stützelementen (39, 40) der sich gegenüberliegenden Stützgerüstführungen (30, 31) des Stützgerüstes (4) mittels der verstellbaren Abstandshalter der Feststelleinheiten (11, 12) gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitung der Druckkraft auf den Prüfkörper (3, 22) über einen Druck, ein Auflegen einer Masse oder von Gewichten, mittels Klemmung, mittels speziellen Lastgeschirrs oder Schneidenlagerung oder durch betätigbare Druckstempel erfolgt.
Verfahren zur Einstellung einer Knicklänge zwischen zwei zumindest sich gegenüberliegenden und einen Prüfkörper (3) stützenden Stützelementen (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) innerhalb eines Stützgerüstes (20, 4, 70) der Vorrichtung (1, 10) nach den Ansprüchen 1 bis 28, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Registrierung der einachsigen Druckkraft mittels mindestens eines Kraftmesssensors, der mit einer Steuereinheit verbunden ist, – Registrierung von Messgrößen der richtungsabhängigen Werkstoffeigenschaften durch mindestens einen Sensor (27), der mit der Steuereinheit verbunden ist, – Auswertung der registrierten und vorgenannten Messgrößen und Bestimmung der Knicklängen durch Berechnung in einer Auswerteeinheit (28), der die Steuereinheit zugeordnet ist, wobei die bestimmte Knicklänge durch veränderte Abstände der stützenden Stützelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) und/oder durch Einbringung neuer stützender Stützelemente zur Kontaktierung am Prüfkörper (3) gegeben ist, – Anzeige zumindest der berechneten Knicklänge auf einer zugehörigen Anzeigeeinheit (29) und – Verschiebung der Stützelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) und/oder Änderung der Anzahl der den Prüfkörper (3) stützenden Stützelemente am Stützgerüst (20, 4, 70) bei Änderung der Messgrößen und somit der dem Prüfkörper (3) zugeordneten und bestimmten Knicklänge.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nachführung oder eine Einstellung der Steifigkeit oder der Stützkräfte seitens der Stützelemente/Lagerelemente (51, 52, 53, 54; 55, 56, 57, 58) auf den Prüfkörper (3) mit geringen Kräften, die gegenüber der Druckkraft vernachlässigbar klein sind, durchgeführt wird.