DE4200173A1 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung des dehnungsverhaltens von prueflingen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur ermittlung des dehnungsverhaltens von prueflingenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren/Vorrichtung zur
Ermittlung des Dehnungsverhaltens von Prüflingen, bei
spielsweise Baustahlstäben, gemäß Gattungsbegriff des
Hauptanspruches.
Es ist bekannt, das Dehnungsverhalten entsprechender
Prüflinge in sogenannten Tastarm-Dehnungsmeß-Geräten zu
untersuchen. Der zwischen zwei Spannköpfen eingespannte
Prüfling wird in axialer Richtung belastet, ggf. bis zum
Zerreißen. Eine bestimmte Strecke des Prüflinges wird
von einem Tastarm abgegriffen. Die Lösungen sind trotz
relativ aufwendiger Bauformen von der Arbeitsweise und
vom Ergebnis her unzureichend. Vielfach reißt der Prüf
ling gerade nicht im Bereich zwischen den vom Tastarm
abgegriffenen Meßpunkten. Da international die verschie
denen Normen zur Durchführung solcher Dehnungsmessungen
bestehen, können entsprechende Tastarm-Dehnungsmesser
auch nicht alle jeweiligen Normungen erfüllen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungs
gemäßes Verfahren, einschließlich einer dafür geeigneten
Vorrichtung, anzugeben derart, daß neben einer optimalen
vollständigen Registrierung aller Aussagen, die in die
ser Richtung von einem Prüfling von Interesse sein kön
nen, erreichbar ist, sondern daß man sogar Rückschlüsse
auf das Gefügeverhalten in möglichst kleinen Teilberei
chen bekommt, bis zu der Schlußfolgerung hin, sagen zu
können, wann und an welcher Stelle der Prüfling voraus
sichtlich reißt, bevor letzteres geschehen ist.
Gelöst ist diese Aufgabe durch die im Kennzeichnungsbe
griff des Hauptanspruches angegebene Erfindung. Die
Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterentwicklungen
dar.
Zufolge dieser Ausgestaltung ist es ermöglicht, daß na
hezu alle entsprechenden Kenndaten des Prüflings mit ho
her Genauigkeit erfaßt werden, eingeschlossen die Mög
lichkeit, die sich auf die einzelnen abgeteilten Berei
che gewonnener Meßdaten untereinander über bestimmte, be
liebige Längenabschnitte des Prüflings wieder zu inte
grieren. Die Zeilenkamera ist dabei ohne weiteres in der
Lage, durch eine entsprechend hohe Anzahl von Bildpunk
ten pro markiertem Bereich, alle Daten in genügender Ge
nauigkeit und Spreizung zu registrieren. Zusätzlich zu
den durch die Farbmarkierungen gebildeten definierten
Abständen ist als weiterer Meßparameter eingegliedert
die Variation der in definierter Breite aufgetragenen
Farbmarkierungen selbst, wobei gefunden wurde, daß es
ohne weiteres möglich ist, Farbmarkierungen aus solchen
Stoffen aufzubringen, die im Rahmen der hier vorliegen
den Größenordnung in der Dehnung ein rein elastisches
Verhalten zeigen, ohne die Gefahr einer messungsverfäl
schenden Rißbildung oder dergleichen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich anhand der nachfolgenden Beispielsbeschreibung:
Beim Zugversuch nach DIN 50 145 wird eine Werkstoffprobe mit
zwei Spannköpfen eingespannt und mit einer Kraft in axialer
Richtung der Probe diese bis zum Zerreißen gebracht. Dabei
kann ein Diagramm von der mechanischen Spannung über der
Dehnung aufgenommen werden. Die Dehnung als prozentuale Län
genänderung wird hierbei auf die Bezugslänge 10* Proben
durchmesser bestimmt.
Das Verfahren zur Ermittlung von Teildehnungen wird nachfol
gend beschrieben.
Auf jeder Probe werden manuell oder automatisch Farbmarkie
rungen in einem definierten Abstand und einer definierten
Breite aufgebracht. Dann wird die Probe mit den beiden
Spannköpfen eingespannt. Die gesamte Probe wird mit einer
hochauflösenden, fest installierten Zeilenkamera betrachtet.
Zu jedem Bildpunkt der Zeilenkamera läßt sich ein
geometrischer Ort in bezug zum unteren, feststehenden
Spannkopf zuordnen. Als Ausgangswerte der Zeilenkamera
erhält man analoge Spannungen zu jedem Bildpunkt, die von
der eingefallenen Lichtintensität und der Wellenlänge des
eingefallenen Lichtes abhängen.
Ebenso wie jedem Bildpunkt der Zeilenkamera dann auch jedem
Spannungswert ein geometrischer Ort zugeordnet werden.
Als Ergebnis der Betrachtung einer hellen Probe mit dunklen
Markierungen ist folgender Spannungsverlauf denkbar:
Zu beachten ist, daß es sich bei den Spannungen nach oben
genannter Zuordnung um ortsdiskrete Werte handelt, wie
folgende Ausschnittsvergrößerung darstellen soll:
Im weiteren Verlauf dieser Beschreibung werden der
Übersichtlichkeit wegen Diagramme in der Art nach Bild 2
verwendet.
Folgende Zuordnung ist somit denkbar:
Wird die Probe durch Wirkung einer axialen Kraft gedehnt,
dehnen sich die Markierungen und die Abstände zwischen den
Markierungen ebenfalls. Bild 5 soll dieses verdeutlichen:
Entsprechend den Markierungen und Abständen sind die folgenden
Spannungsverläufe ermittelbar:
Hierbei ist schon berücksichtigt, daß der Farbstoff der
dunklen Markierungen aufhellt und eine entsprechend größere
Lichtintensität reflektiert.
Eine Dehnung der Probe wirkt sich im Spannungsverlauf als
größerer Abstand der Spannungseinbrüche und der Abstände
zwischen den Spannungseinbrüchen aus.
Ebenso sind natürlich helle Markierungen auf einer dunklen
Probe möglich. Der Spannungsverlauf wurde dann an den Stel
len der hellen Markierung Spitzen aufweisen.
In den obigen Ausführungen wurde gezeigt, daß ein Dehnvor
gang einer Werkstoffprobe in ein Spannungs/Orts-Diagramm
übertragen werden kann.
Diese Spannungsverläufe können nun ausgewertet werden. Zu
Beginn der Messung werden alle markanten Orte bzw. Punkte
der Probe mit Hilfe der zugehörigen Spannungen ermittelt. Als
markante Orte zählen hier der Beginn und das Ende eines
Spannungseinbruches entsprechend Beginn und Ende einer Mar
kierung.
Im Verlauf der Dehnung der Probe werden nun kontinuierlich
die markanten Punkte ermittelt und somit ist für jeden denk
baren Abstand zweier markanter Punkte zu jedem Zeitpunkt die
Dehnung zwischen diesen angebbar.
Im nachfolgenden Bild 7 seien die markanten Punkte anhand
der ergebenen Spannungswerte und zugehörige Längen/Längen
änderungen (LOi, ΔLOi) dargestellt.
Im Idealfall, d. h. bei einer völlig homogenen Probe und
axialer Kraftwirkung sind alle ermittelbaren Dehnungen
gleich. In Wirklichkeit sind in den Proben Gefügeänderungen
und mechanische Spannungen vorhanden. Die mit diesem Verfahren
aufgenommenen Dehnungen geben somit Aufschluß über die
Homogenität des Werkstoffs und über mechanische Spannungen.
Auch kann vorhergesagt werden, an welcher Stelle die Probe
zerreißen wird, weil sich eine der Teildehnungen anders ver
hält als der Rest der Teildehnungen (z. B. früheres Erreichen
der Streckgrenze, oder flachere Steigung des Dehnungsverlau
fes gegenüber dem Rest der Teildehnungen bzw. der Gesamtdeh
nung).
So kann die Abweichungen der Teildehnungen von der Gesamt
dehnung zu jedem Dehnungszeitpunkt
ebenfalls dargestellt werden:
Zu beachten ist, daß alle ermittelten Teildehnungswerte
ortsdiskrete Werte sind.
Claims (5)
1. Verfahren zur Ermittlung des Dehnungsverhaltes von
Prüflingen, beispielsweise Baustahlstäben, bei welchen
das zu prüfende Teil (Prüfling) zwischen zwei Spannköp
fen eingespannt und in axialer Richtung, gegebenenfalls
bis zum Zerreißen, belastet wird, dadurch gekennzeich
net, daß der Prüfling mit in Zugbelastungsrichtung in
definierten Abständen hintereinander angeordneten Farb
markierungen einer definierten Breite ausgestattet wird,
deren zugbelastungsbedingte Teilungsänderung mittels
einer hoch auflösenden Zeilenkamera je für sich regi
striert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Registrierung auch als Funktion der Zeit festge
halten wird.
3. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Teilungsänderung die
Lichtintensitätsänderung registriert wird, die aus der
mit der Dehnung der Farbmarkierungsfelder einhergehenden
Veränderung der Lichtreflexion resultiert.
4. Verfahren, nach einem oder mehreren der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbmar
kierungen als Schwarzfelder gestaltet sind und die aus
der Dehnung resultierende Grauwertänderung der Felder
registriert wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zeilenkamera mit
einem von dem einen Spannkopf ausgehenden und über eine
Vielzahl von Farbmarkierungsfeldern des eingespannten
Prüflings erstreckenden Beobachtungsbereich, welche
Zeilenkamera analoge Spannungen zu den einzelnen Bild
punkten liefert, die von der eingefallenen Lichtintensi
tät und Wellenlänge des eingefallenen Lichtes abhängig
sind.
Priority Applications (1)
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