DE102007047868A1

DE102007047868A1 - Vorrichtung zur Festigkeitsmessung von Materialien

Info

Publication number: DE102007047868A1
Application number: DE200710047868
Authority: DE
Inventors: Christian Förg; Antje Wenzel; Josefa Ender; Klaus Gebauer
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2009-05-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Festigkeitsmessung von Materialien, mit einem Fühler (11) und mit einem Sensor (12) zur Ermittlung einer Widerstandskraft eines Materials (M) sowie mit einer Auswerte- und Anzeigeeinheit (20) für die ermittelten Messdaten, die zur Datenübertragung mit dem Sensor (12) verbunden ist. Erfindungsgemäß weist der Fühler (11) wenigstens zwei zueinander beabstandete und mit Spitzen (14) versehene Einstichnadeln (13) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Festigkeitsmessung von Materialien, der im Oberbegriff von Patentanspruch 1 genannten Art.
Intumeszierende Materialien werden im Labor einem Brandtest unterzogen, um die physikalischen Eigenschaften, insbesondere die Stabilität der entstandenen Aschekruste zu charakterisieren. Bei der Entwicklung von Produkten aus intumeszierenden Materialien ist die Stabilität der Aschekrusten nämlich ein wesentliches Auswahlkriterium für die zu verwendenden Rohstoffe (auch in Bezug auf deren Qualität und ggf. Partikelgrössen).
Es ist insbesondere wünschenswert solche Aschekrusten dahingehend zu untersuchen, wie hoch die Festigkeit (Widerstand, Härte) der Aschekruste gegen eine Krafteinwirkung von aussen ist.
Aus der DE 32 23 648 ist eine Vorrichtung zum Messen der Festigkeit bzw. der Härte von Gummi oder Kunststoffen bekannt, wobei die Vorrichtung einen einzelnen stiftförmigen Fühler aufweist, der mit einem Sensor verbunden ist, der die Härte des zu messenden Materials ermittelt. Der Sensor gibt dabei einen Messwert in Form eines elektrischen Signals an eine Auswerte- und Anzeigeeinheit weiter, über die der Messwert angezeigt wird.
Von Nachteil bei dieser Vorrichtung ist, dass sie für inhomogene Materialien, wie z. B. Aschekrusten, nicht gut geeignet ist, da dort auf Grund der Inhomogenität des Materials mehrere Messungen notwendig sind. Ferner ist der stiftförmige Fühler nicht für eine Festigkeitsmessung von instabilen Materialien wie Aschekrusten geeignet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der vorgenannten Art bereitzustellen, die die genannten Nachteile vermeidet und die eine zuverlässige Bestimmung der Festigkeit auch von inhomogenen und/oder instabilen Materialien, wie z. B. Aschekrusten, ermöglicht.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Fühler wenigstens zwei zueinander beabstandete und mit (punktförmigen) Spitzen versehene Einstichnadeln aufweist. Hierdurch kann eine Messung der Widerstandskraft des Materials bei inhomogenen, instabilen Materialien, wie z. B. Aschekrusten, auf einfache Weise vorgenommen werden. Die Messergebnisse sind dabei gut reproduzierbar. Die gemessene Widerstandskraft ist dabei proportional zur Festigkeit bzw. zur Härte des Materials (bei instabilen, porösen Materialien). Die Vorrichtung ist vorzugsweise als portables Handgerät ausgebildet.
Vorteilhaft weist der Fühler wenigstens drei parallel ausgerichtete Einstichnadeln auf, wodurch eine optimierte Reproduzierbarkeit der Messwerte erzielt wird.
Von Vorteil ist es ferner, wenn die Einstichnadeln an einem Träger angeordnet sind und in gleichmässigen Abständen zueinander und in gleichmässigen Abständen zu einer durch einen Verbindungsabschnitt des Trägers definierten Achse an dem Träger angeordnet sind. Durch diese Massnahme wird der Einfluss von Inhomogenitäten im Probenmaterial weiter minimiert.
Günstig ist es auch, wenn eine der Auswerte- und Anzeigeeinheit zugeordnete optische Anzeige zur Wiedergabe der vom Sensor ermittelten Widerstandskraft vorgesehen ist, wodurch der Anwender die Messergebnisse direkt an der Auswerte- und Anzeigeeinheit ablesen kann.
Vorteilhaft ist eine Weg-Messeinrichtung zur Ermittlung einer Einstechtiefe der Einstichnadeln in ein Material vorgesehen, wodurch die Messdaten zur Widerstandskraft in eine direkte Beziehung zur Einstechtiefe gestellt werden können, was die Interpretation der Messdaten zur Kraft bzw. Widerstandskraft erleichtert. Von Vorteil ist es dabei, wenn die Weg-Messeinrichtung zur Datenübermittlung mit der Auswerte- und Anzeigeeinheit verbunden ist, so dass die Einstechtiefen-Messdaten zusammen mit den Messdaten zur Widerstandskraft ausgewertet werden können. Die Weg-Messeinrichtung kann dabei einen Wegaufnehmer oder eine motorbetriebene Spindel für den Träger aufweisen. Ist eine motorbetriebene Spindel vorgesehen, dann kann die Einstechgeschwindigkeit vorgegeben werden, wodurch die Qualität der Messergebnisse gesteigert werden kann.
Günstig ist es dabei ferner, wenn auf der Anzeige der Auswerte- und Anzeigeeinheit die von der Weg-Messeinrichtung gemessene Einstechtiefe der Einstichnadeln anzeigbar ist, so dass der Anwender beide Messdaten-Einstechtiefe und Kraft bzw. Widerstandskraft dort ablesen kann. Hierbei ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn die Messdaten im Anzeigegerät abspeicherbar sind, wozu das Anzeigegerät z. B. einen Speicher aufweist. Die gemessenen Kraftwerte können dann in Abhängigkeit von der Einstechtiefe graphisch ausgewertet werden (z. B. in einem Weg/Kraft Diagramm).
In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt.
Es zeigen:
1 eine erste erfindungsgemässe Vorrichtung zur Festigkeitsmessung von Materialien,
2 ein Detail der Vorrichtung aus 1,
3 ein Detail einer weiteren erfindungsgemässen Vorrichtung entsprechend 2.
Die 1 und 2 zeigen eine erste erfindungsgemässe Vorrichtung 10 zur Festigkeitsmessung von Materialien M (in 1 nur angedeutet), wie z. B. von Aschekrusten intumeszierender Materialien. Die Vorrichtung 10 ist als portables Handgerät ausgebildet beinhaltet eine Handhabe 17 an der an einem freien Ende ein Sensor 12 zum Messen einer Kraft, wie der Widerstandskraft eines Materials, angeordnet ist. Der Sensor 12, welcher z. B. als Drucksensor ausgebildet ist, ist dabei mit einem insgesamt mit 11 bezeichneten Fühler gekoppelt, der einen Träger 15 aufweist, an dessen einer, der Handhabe 17 abgewandten Seite mehrere (in dem dargestellten Beispiel genau drei) Einstichnadeln 13 angeordnet sind und an dessen anderer, gegenüberliegenden Seite ein Verbindungsabschnitt 16 zum Sensor 12 angeordnet ist. Der Verbindungsabschnitt 16 könnte aber auch entfallen und der Träger 15 direkt an den Sensor 12 gekoppelt sein. Von dem Sensor 12 geht eine elektrische erste Verbindungsleitung 24 zu einer Auswerte- und Anzeigeeinheit 20 der Vorrichtung 10, die separat zu der Handhabe 17 ist. Alternativ könnte die Handhabe mit dem Sensor 12 und dem Fühler 11 auch in die Anzeige- und Auswerteeinheit 20 integriert sein. Wie insbesondere 2 zu entnehmen ist, sind die Einstichnadeln 13 an dem Träger 15 in gleichmässigen Abständen s zueinander und in gleichmässigen Abständen r zu einer durch einen Verbindungsabschnitt 16 des Trägers 15 definierten Achse A angeordnet. Die Einstichnadeln 13 verlaufen parallel in eine Richtung und weisen jeweils eine (punktförmige) Spitze 14 auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Einstichnadeln 13 kegelförmig ausgebildet. Wie in dem Ausführungsbeispiel in 3 dargestellt, könnten die Einstichnadeln 13 am Träger 15 aber auch zylindrisch (mit einem runden oder polygonalen Querschnitt) ausgebildet sein und eine (punktförmige) Spitze 14 an ihrem freien Ende aufweisen.
Die Vorrichtung 10 weist ferner eine insgesamt mit 30 bezeichnete Weg-Messeinrichtung zur Ermittlung einer Einstechtiefe t der Einstichnadeln 13 in das Material M auf. Die Weg-Messeinrichtung 30 weist dabei ein Messelement 31 auf, das als stabförmiger Wegaufnehmer ausgebildet ist. Zur Übertragung der Weg-Messdaten der Weg-Messeinrichtung 30 ist diese über eine elektrische zweite Verbindungsleitung 25 ebenfalls mit der Auswerte- und Anzeigeeinheit 20 verbunden.
Die Auswerte- und Anzeigeeinheit 20 weist eine Anzeige 21 mit einem ersten Anzeigefeld 22 für die gemessene Widerstandskraft und ein zweites Anzeigefeld 23 für die gemessene Einstechtiefe t auf. Wird die Handhabe 17 mit dem Fühler 11, wie in 1 angedeutet, mit den Einstichnadeln 13 in ein Material M, wie eine Aschekruste, eingestochen, dann nimmt der Sensor 12 während des gesamtem Einstichweges die Widerstandskraft auf. Die Weg-Messeinrichtung 30 mit dem Messelement 31 nimmt ferner die Einstechtiefe t auf. Die Messdaten werden kontinuierlich (oder alternativ diskontinuierlich) über die erste Verbindungsleitung 24 und die zweite Verbindungsleitung 25 an die Auswerte- und Anzeigeeinheit 20 übermittelt, die diese auswertet und auf den Anzeigefeldern 22, 23 ausgibt. Die Widerstandskraft kann dort z. B. in Newton (N) und die Einstechtiefe z. B. in Millimetern (mm) ausgegeben werden (vgl. 1). Die Messdaten können anschliessend z. B. in einem Kraft-Weg-Diagramm aufgetragen werden, wodurch die Interpretation der Daten erleichtert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3223648 [0004]

Claims

Vorrichtung zur Festigkeitsmessung von Materialien, mit einem Fühler (11) und mit einem Sensor (12) zur Ermittlung einer Widerstandskraft eines Materials (M), sowie mit einer Auswerte- und Anzeigeeinheit (20) für die ermittelten Messdaten, die zur Datenübertragung mit dem Sensor (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Fühler (11) wenigstens zwei zueinander beabstandete und mit Spitzen (14) versehene Einstichnadeln (13) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fühler (11) wenigstens drei parallel ausgerichtete Einstichnadeln (13) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstichnadeln (13) an einem Träger (15) angeordnet sind und in gleichmässigen Abständen (s) zueinander und in gleichmässigen Abständen (r) zu einer durch einen Verbindungsabschnitt (16) des Trägers (15) definierten Achse (A) an dem Träger (15) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Auswerte- und Anzeigeeinheit (20) zugeordnete optische Anzeige (21) zur Wiedergabe der vom Sensor (12) ermittelten Widerstandskraft vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Weg-Messeinrichtung (30) zur Ermittlung einer Einstechtiefe (t) der Einstichnadeln (13) in ein Material (M) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Weg-Messeinrichtung (30) zur Datenübermittlung mit der Auswerte- und Anzeigeeinheit (20) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Anzeige (21) der Auswerte- und Anzeigeeinheit (20) die von der Weg-Messeinrichtung (30) gemessene Einstechtiefe (t) der Einstichnadeln (13) anzeigbar ist.