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Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüfeinrichtung zur Ermittlung von bruchmechanischen
Kennwerten, bestehend aus einem geschlossenen Rahmen, in dem an gegenüberliegenden Seiten eine
Drückeinheit mit auswechselbarer Lasteinleitungsvorrichtung und ein Auflager vorgesehen sind, zwischen welchen ein Prüfkörper einsetzbar ist, wobei die Abstützflächen des Auflagers senkrecht auf die Druckkraftrichtung steht.
Prüfeinrichtungen der genannten Art sind in den Büchern von H. Blumenauer (Hsg.) : Werk- stoffprüfung, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, S. 35, 36,72 und Siebel : Hand- buch der Werkstoffprüfung (Springer Verlag) beschrieben und besitzen mit wenigen Ausnahmen die oben genannten Merkmale, wie z. B. einen geschlossenen mechanisch steifen Rahmen mit einer in einer Richtung angreifenden Lasteinleitungsvorrichtung. Die in der genannten Literatur beschrie- benen Prüfeinrichtungen sind hauptsächlich für die Bestimmung von mechanischen Kennwerten (z.
B.
Zug- und Druckfestigkeit, Elastizitätsmodulbestimmung usw.) für den Laborbetrieb konstruiert wor- den und lassen sich nicht ohne grössen Aufwand zur Bestimmung von bruchmechanischen Kennwerten an Bruchmechanikproben umbauen. Die Gründe hiefür sind die unterschiedlichen Probenformen und
Spannungsverhältnisse bei mechanischen Festigkeitsprüfungen und Bruchmechanikuntersuchungen.
Aus der US-PS Nr. 4, 075, 886 ist eine Vorrichtung bekannt, die zur Ermittlung von Material- kennwerten dient und aus einem Grundkörper (Rahmen), eine Drückeinheit mit Lasteinleitungsvor- richtung, sowie einer entsprechenden Auflage besteht. Sie weist keinen geschlossenen Rahmen auf und die Drückeinheit und das Auflager liegen einander nicht gegenüber, wie es bei der eingangs genannten Einrichtung der Fall ist.
Ziel der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile bei der Gewinnung von bruchmechani- schen Kennwerten mit den bisher bekannten Prüfeinrichtungen zu beseitigen und den Einsatzbereich auf einen Baustellenbetrieb, der eine möglichst einfache Handhabung erfordert, zu erweitern. Die- ses Ziel wird durch eine Prüfeinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Lasteinleitungsvorrichtung in an sich bekannter Weise eine Zerlegung der ausge- übten Druckkraft in zwei spiegelsymmetrisch zu ihr verlaufende Komponenten gewährleistet und dass die Abstützfläche des Auflagers einen geringen Reibungskoeffizienten aufweist.
Die erfindungsgemässe Einrichtung wird durch die besondere Art der Krafteinleitung und durch die besonders ausgeführte Abstützfläche für viele Bruchmechanikprobenarten verwendbar. Durch die getroffenen Massnahmen lassen sich leicht prismatische Proben-Körper (insbesondere würfelförmige Prüfkörper wie sie bei Druckuntersuchungen z. B. von Beton oder betonartigen Festkörpern verwendet werden) prüfen. Liegen z. B. von Beton, Fels oder andern Materialien bereits quader- oder würfelförmige Probestücke vor, so lassen sich daraus auf einfache Weise geeignete Proben für eine billige und rasche bruchmechanische Prüfung herstellen. Handelt es sich um andere geometrische Formen wie z. B.
Bohrkerne usw., so lassen sich auch diese mit einem geringen Aufwand zu Prüfkörpern modifizieren, die dann billig und einfach in der erfindungsgemässen Prüfeinrichtung im Labor oder auf einer Baustelle geprüft werden können.
Weiters kann die erfindungsgemässe Prüfeinrichtung durch die besondere Art der Krafteinleitung und der Abstützfläche bei allen Probenformen in leichter Bauweise ausgeführt werden, da durch den Prüfvorgang nur geringe mechanische Beanspruchungen der Prüfeinrichtung entstehen.
Die leichte Bauweise begünstigt eine Verwendung der erfindungsgemässen Einrichtung als mobile Einheit z. B. auf Baustellen und bei Feldprüfungen.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Lasteinleitungsvorrichtung in an sich bekannter Weise als Keil ausgebildet ist, dessen beide Keilflächen mit Gleitfolien versehen sind oder abgestützte Wälzkörper, beispielsweise Rollen, aufweisen, wodurch sich definierte Krafteinleitungsverhältnisse ergeben, die die nachgeschaltete numerische Berechnung wesentlich erleichtern.
Die nach der Kraftzerlegung an den Prüfkörperkeilflächen in Richtung der externen Prüfkraft wirkende Druckkomponente erzeugt im Prüfkörper parallel zum Anriss ein Druckspannungsfeld. Diese Druckspannung ist für die gewünschte Risswegstabilität notwendig. Nicht solcher Art vorgespannter Prüfkörper zeigen ein Abweichen im Rissverlauf von der Symmetrieebene und führen meist zu Fehlmessungen.
Es ist weiters von Vorteil, wenn die Lasteinleitungsvorrichtung aus einem Bogenelement besteht, das mit seinem Scheitelbereich an der Drückeinheit befestigbar ist. Alternativ dazu kann
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die Lasteinleitungsvorrichtung auch aus Y-förmigen Spreizleisten bestehen. Diese konstruktiven
Ausführungen bedingen, dass durch Dehnmessstreifen, die am Bogenelement bzw. an den Y-förmigen
Spreizleisten aufgeklebt sind, eine einfache Messung der ausgeübten Kraft auf den Probekörper möglich wird und darüber hinaus die Krafteinleitung einfach und unempfindlich für einen rauhen
Betrieb (z. B. auf Baustellen) wird.
Die Ausführung der Lasteinleitungsvorrichtung in Form eines einseitig abgeflachten Zylinders erweist sich wegen der Einfachheit vorteilhaft.
Vorzugsweise ist die Abstützfläche als gemeinsame Tangantialebene von Wälzkörpern, beispiels- weise Rollen oder Kugeln, definiert. Zweckmässigerweise kann sie auch eine Gleitschicht aufweisen, die aus Teflon bzw. Teflonflocken besteht. Diese Ausgestaltung bedingt, dass sich der Probekörper auch bei höheren Prüfkräften in der Tangentialebene leicht und mit geringer Reibung bewegen kann. Diese stark verringerte Reibung durch die erfindungsgemässe Ausführung garantiert einen nahezu einachsigen Druckspannungszustand im Auflagerbereich des Prüfkörpers.
In Einklang mit der Erfindung kann zum Einsatz in einer erfindungsgemässen Prüfeinrichtung der Prüfkörper, wie an sich bekannt, quader-, würfel- oder zylinderförmig ausgebildet sein, wobei er dann an einer Seite eine Kerbe mit V-Profil aufweisen muss, von deren Grund ein in das Körper- innere verlaufender, als Starterriss fungierender Schlitz ausgeht, dem ein von der gegenüberliegen- den Seite ausgehender und mit ihm fluchtender Risseinfangschlitz zugeordnet ist. Diese Merkmale bringen die Vorteile mit sich, dass der Prüfkörper leicht aus den oben genannten Proben-Rohformen herstellbar ist und einer, bezüglich des Rissverlaufes unproblematischen, schnellen Prüfung unterworfen werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Prüfeinrichtung mit eingebautem würfelförmigen Prüfkörper, Fig. 2 bis 7 Ausführungsformen von erfindungsgemässen Lasteinleitungsvorrichtungen, Fig. 8 und 9 erfindungsgemässe Ausführungsbeispiele der Abstützfläche und Fig. 10 und 11 erfindungsgemässe Prüfkörper.
Fig. 1 zeigt einen geschlossenen Rahmen --1-- an dessen oberen Querbalken die Drückeinheit - -2-- (hydraulische, mechanische, pneumatische oder elektromagnetische Einrichtung) eingebaut ist, um eine senkrecht auf das Auflager --7-- wirkende Kraft zu erzeugen. An der Drückeinheit - ist eine Kraftmesseinrichtung --11-- angebracht, an die wieder die Lasteinleitungsvorrichtung --3-- befestigt ist. Die Lasteinleitungsvorrichtung --3-- liegt in der V-Kerbe des Prüf- körpers --9-- mit einem Risseinfangschlitz --6-- und einem Starterriss --5-- auf der Keilfläche - auf. Zentriereinrichtungen --10-- sind an den Seitenschenkeln des geschlossenen Rahmens - angebracht.
Der Prüfkörper --9-- liegt auf einem Auflager --7--, das beispielsweise aus einer Sandwich-Konstruktion (Folie-Kugelschichte-Stahlplatte) besteht, auf dem unteren Querbalken des geschlossenen Rahmens --1-- auf. Alternativ könnte die Kraftmesseinrichtung --11-- und die Drückeinheit --2-- im unteren Querbalken des geschlossenen Rahmens --1-- eingebaut sein.
Fig. 2 zeigt eine Lasteinleitungsvorrichtung in Form eines Keiles, dessen Keilflächen mit Gleit- folien --13-- versehen sind. In der Ausführungsform gemäss Fig. 3 und 4 sind an Stelle der Gleitfolien Wälzkörper in Form von Rollen --14-- oder Segmentkörpern --15-- an den Keilflächen vorgesehen.
Fig. 5 zeigt eine Lasteinleitungsvorrichtung in Form eines Bogenelementes --16--, das mit
EMI2.1
--2-- befestigtFig. 6 zeigt eine Lasteinleitungsvorrichtung in Form von Y-förmig angeordneten Spreizleisten - -19--, auf die Dehnmessstreifen --17-- aufgeklebt sind. Die Kraftverteilung erfolgt über ein Gelenk --20-- auf die Schenkel, die wieder über Rollen --18-- die Kraft auf die Keilflächen --4-- des Probekörpers --9-- übertragen.
Fig. 7 zeigt schematisch eine Lasteinleitungsvorrichtung in Form eines einseitig abgeflachten Zylinders --21--.
Fig. 8 zeigt eine Abstützfläche für den Probekörper --9--, welche eine Gleitschicht --8-aufweist.
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Fig. 9 zeigt eine Abstützfläche für den Prüfkörper --9--, welche als eine gemeinsame Tangentialebene von Wälzkörpern definiert ist.
Fig. 10 zeigt einen Schrägriss eines würfelförmigen Prüfkörpers --9--. In der oberen Würfel- fläche --12-- ist eine keilförmige Nut mit einem als Starterriss fungierenden Schlitz --5--, dem wieder ein Risseinfangschlitz --6-- fluchtend gegenüberliegt.
Fig. 11 zeigt einen Schrägriss eines zylindrischen Prüfköprers --9-- (Bohrkern). Eine keilförmige Nut ist parallel zur Achsrichtung am Umfang des Zylinders eingearbeitet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Prüfeinrichtung zur Ermittlung von bruchmechanischen Kennwerten, bestehend aus einem geschlossenen Rahmen, in dem an gegenüberliegenden Seiten eine Drückeinheit mit auswechselbarer Lasteinleitungsvorrichtung und ein Auflager vorgesehen sind, zwischen welchen ein Prüfkörper einsetzbar ist, wobei die Abstützfläche des Auflagers senkrecht auf die Druckkraftrichtung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasteinleitungsvorrichtung (3) in an sich bekannter Weise eine Zerlegung der ausgeübten Druckkraft in zwei spiegelsymmetrisch zu ihr verlaufende Komponenten gewährleistet und dass die Abstützfläche des Auflagers (7) einen geringen Reibungskoeffizienten aufweist.