DE4307899A1 - Biege- und Prüfvorrichtung für die Festigkeit von Probekörpern, vor allem mit Schweißverbindungen oder -nähten aus thermoplastischen Kunststoffen, sowie dafür geeignete Biegewinkel-Meßeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Biege- und Prüfvorrichtung für die Festigkeit von Probekörpern, vor allem mit Schweißverbindungen oder -nähten aus thermoplastischen Kunststoffen, sowie eine Meßeinrichtung zur Ermittlung des Biegewinkels, der mit zunehmendem Biegen des Probekörpers bei dessen Anriß oder Bruch erreicht wird.

Bei der Beurteilung von Schweißnähten der Prüfgruppen I und II nach der DVS-Richtlinie 2212 (Deutscher Verband für Schweißtechnik e.V.) sowie im Rahmen der betrieblichen Qualitätsüberwachung müssen Streifenproben im techno­ logischen Biegeversuch (DVS-Richtlinie 2203, Teil 1 und 5) geprüft werden. Dabei geben der Biegewinkel, der mit Erreichen des Anrisses bzw. Bruches des Probekörpers zu messen ist, und das Bruchbild einen Anhalt für die Verform­ barkeit der Verbindung und damit für die Qualität der Ausführung.

Bisher ist es bekannt, im Dreipunkt-Biegeversuch gemäß der genannten Richtlinien den Biegewinkel mittels einer Schablone zu ermitteln, die als auf den maximalen Biege­ winkel vor Eintritt des Anrisses oder Bruches zugeschnittenes Winkelprofil ausgeführt ist. Es muß dann mit bloßem menschlichen Auge abgeschätzt werden, ob der gebogene Probekörper einen Winkel etwa bündig bzw. deckungsgleich mit dem der Winkelprofil-Schablone bildet. Ist der Probekörper, beispielsweise einer mit einer Heizelement-Stumpfschweißverbindung, bereits gerissen oder gebrochen, bevor der von der Schablone vorgegebene Winkel erreicht wurde, handelt es sich um ein Ausschußteil unzureichender Qualität. Diese Methode ist naturgemäß sehr ungenau, weil man auf das menschliche Augenmaß angewiesen ist.

Als weitere Methode zur Ermittlung des Biegewinkels ist die mechanische Wegmessung bekannt: Ein Druckstempel oder Biegebalken drückt über seine Finne vorzugsweise auf den mittleren Bereich der Schweißverbindung. Dabei wird der Weg gemessen, den die Finne mit zunehmendem Ver- bzw. Durch­ biegen des Probekörpers mit beispielsweise einer Kunststoff-Schweißverbindung zurücklegt. Anhand vorher ermittelter Eichkurven, in denen unter anderem die Dicke der zu prüfenden Schweißprobe eingearbeitet bzw. ein­ gerechnet wurde, wird der dem gemessenen Weg der Finne zugeordnete Biegewinkel abgelesen. Da die Eichkurven bereits vorher - unabhängig vom jeweils vorliegenden Probekörper - mittels praktischer Versuche und Tests empirisch erarbeitet wurden, ist auch diese Wegmeß-Methode mit zahlreichen Fehlerquellen und Ungenauigkeiten behaftet und zudem - ebenso wie die Schablonen-Methode - nur sehr umständlich durchzuführen.

Es ergibt sich das der Erfindung zugrundeliegende Problem, unter Vermeidung der genannten Nachteile eine Methode bzw. ein Gerät zu entwickeln, welches eine rasche und exakte Ermittlung des Biegewinkels ermöglicht. Insbesondere sollen dabei Biegewinkel-Werte ausgebbar sein, die auf unmittel­ bare Messung oder Abtastung am Probekörper zurückgehen. Gleichzeitig ist ein Biegewinkel-Prüfgerät mit kompakter Bauweise anzustreben, so daß ein mobiler Einsatz auf Bau­ stellen möglich ist. Neben der raschen wirtschaftlichen und somit effizienten Abwicklung der Prüfung soll auch eine flexible Anpassung an unterschiedliche Probekörper- Werkstoffe und -Abmessungen sowie eine einfache Handhabung eines Biegewinkel-Prüfgeräts ermöglicht sein, so daß das Bedienungspersonal nach kurzer Einweisung die Biegewinkel- Kennwerte schnell und zuverlässig ermitteln kann.

Zur Lösung dieses Problemkreises wird bei der eingangs genannten Prüf- bzw. Biegevorrichtung erfindungsgemäß vor­ geschlagen, daß die Meßeinrichtung wenigstens ein beim Probekörper die Winkelauslenkung eines Biegeschenkel­ abschnitts erfassendes Meßorgan und eine derart nachge­ schaltete und ausgebildete Verarbeitungseinheit aufweist, daß darin das Winkelauslenkungs-Signal des Meßorgans zum Gesamt-Biegewinkel des Probekörpers weiter verarbeitet wird. Indem so die Winkel- bzw. Schwenkbewegungen eines Biegeschenkelabschnitts des Probekörpers unmittelbar sensorisch "gefühlt" und daraus mittels weniger, einfacher Verarbeitungs- bzw. Rechenschritte der Gesamt-Biegewinkel­ wert abgeleitet werden können, läßt sich bei einfacher Aus­ führung mit relativ wenig Bau- bzw. Konstruktionselementen eine hohe Genauigkeit für den ermittelten Biegewinkel erzielen.

Vor allem, wenn der auf Festigkeit zu prüfende Probekörper auf oder gegen zwei Auflageböcke abgestützt ist und dazwischen von einem Biegebalken durchgebogen wird, werden mit Vorteil zwei Meßorgane bzw. Winkelsensoren je einem der beiden Biegeschenkelabschnitte zugeordnet. Mithin werden zwei Teilwinkel je eines Biegeschenkelabschnitts gemessen, die sich dann einfach zum Gesamt-Biegewinkel zusammenfassen bzw. addieren lassen. Damit wird dem möglicherweise vor­ kommenden Umstand begegnet, daß die den Biegewinkel begrenzenden Schenkelabschnitte des Probekörpers unter­ schiedlich weit abgebogen werden. In dieser Hinsicht ist es ferner von Vorteil, daß die Verarbeitungseinheit ein Verknüpfungs-, insbesondere Summierglied aufweist, das mit Ausgangssignalen unterschiedlicher bzw. unterschiedlichen Schenkelabschnitten zugeordneter Winkelsensoren verbunden ist.

Bei Anriß oder Bruch des entsprechend verbogenen Probe­ körpers ist der Endpunkt und Zweck des Biegeprüfprozesses erreicht, und weitere Verschwenkbewegungen des Probekörper­ schenkelabschnitts ergeben keine Aufschlüsse mehr über Qualität und Streck- beziehungsweise Streßverhalten des Probekörpers, sondern können vielmehr den mit dem Zeitpunkt des Anrisses oder Bruchs ermittelten Biegewinkel-Wert verfälschen. Dem wird mit einer weiteren Ausbildung der Erfindung dahingehend begegnet, daß den Probekörper abtastende Bruch- und/oder Anrißsensoren vorgesehen sind, deren jeweilige Ausgänge mit der Verarbeitungseinheit verbunden und insbesondere mit Signalen einer oder mehrerer Winkelsensoren verknüpft sind. Damit wird die Möglichkeit eröffnet, bei Auftreten eines Bruch- und/oder Anrißsignals nachfolgende Winkelsensorsignale, die den ermittelten Wert für den letzten, maximalen Biegewinkel verfälschen würden, für die Weiterverarbeitung zu stoppen bzw. "auszublenden". Dies läßt sich beispielsweise elektronisch leicht mittels an sich bekannter Logik-Torschaltungen realisieren.

Zur Realisierung des Anrißsensors ist eine optoelektronische Lösung denkbar: Beispielsweise am Fußpunkt zwischen den beiden Auflage-Böcken werden eine oder mehrere Lichtsender abgebracht, deren Lichtstrahlen auf die Oberfläche des Probekörpers gerichtet sind. Treten Risse in der Probekörper-Oberfläche auf, verändert sich das Reflektionsverhalten der Lichtstrahlen, was mit Foto­ empfängern und/oder Schwellwertkomparatoren, also an sich handelsüblicher, billiger Bauelemente, leicht detektiert bzw. festgestellt werden kann.

Darüber hinaus ist im Rahmen der Erfindung realisierbar, für das menschliche Auge einen Beobachtungsspiegel, beispielsweise am Fußpunkt zwischen den beiden Auflage- Böcken, anzuordnen, vorzugsweise in Wirkungsverbindung mit einer Beleuchtungseinrichtung, so daß die Oberfläche des Probekörpers von der Bedienperson beispielsweise auf Anriß oder Bruch überprüft werden kann.

Den Bedienungskomfort erhöht es, wenn die Verarbeitungs­ einheit beispielsweise eine Eingabetastatur oder -schalter besitzt, über die der Beobachtungsspiegel verstellt oder die zugehörige Beleuchtung eingeschaltet werden kann.

Hierzu kann die erfindungsgemäße Verarbeitungseinheit neben einer derartigen manuell betätigbaren Eingabeschnittstelle noch ein zweckmäßig damit gekoppeltes Steuerungsmodul aufweisen, durch das auch der Antrieb für die Biegeeinrichtung bzw. den Biegebalken kontrollierbar ist. Mit Vorteil ist das - vorzugsweise frei programmierbare - Steuerungsmodul derart ausgelegt bzw. mit Software versehen, daß über die Eingabeschnittstelle für den Biege- Antrieb Hand- oder Automatik-Kontrolle, möglicherweise mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, je nach Material und Dicke des Probekörpers, wählbar sind. Hierdurch läßt sich Schnelligkeit, Flexibilität und Effizienz beim Biegeprüf- Serienbetrieb unter einfacher, übersichtlicher Bedienung weiter erhöhen.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung als Biegewinkel-Prüfgerät für den technologischen Biegeversuch beschränkt. Vielmehr läßt sich im Rahmen der allgemeinen erfinderischen Idee als Erfindungsalternative eine Winkel- Meßeinrichtung der anfangs genannten Art herausschälen, die sich dadurch auszeichnet, daß das Meßorgan bzw. der Winkel­ sensor einen schwenkbar gelagerten Tasthebel oder -bügel, der am Biegeschenkelabschnitt des zum Biegen abgestützten Probekörpers anlegbar ist, und einen daran angekoppelten Schwenkbewegungsumsetzer zur Verbindung bzw. Kopplung des Biegeschenkel-Tastbügels mit der Verarbeitungseinheit aufweist. Diese Meßeinrichtung kann integrierter Bestand­ teil des obengenannten Biegeprüfgeräts sein, mit dem die Schweißnahtprüfungen nach DVS-Richtlinien 2203 Teil 5 und 2212 Teil 1 und 2 durchgeführt werden können. Darüber hinaus ist die Winkelmeßeinrichtung - in im wesentlichen baugleicher Ausführung - auch für andere Anwendungsfälle einsetzbar, beispielsweise in jede handels-übliche Zugprüfmaschine montierbar, wenn dies die Abmessungen des Prüfraumes zwischen den Traversen zulassen. Dabei wird der Vorteil erzielt, daß sich die meßtechnischen Möglichkeiten der Zugprüfmaschine in vollem Umfang nutzen lassen (zum Beispiel Kraft- und Wegmessungen).

Damit die beim Biegen dem jeweiligen Schenkelabschnitt des Probekörpers erteilte Schwenkbewegung genau und zuverlässig erfaßt wird, ist vorteilhaft ein Anstell-Antrieb vorgesehen, der dem Tastbügel selbsttätig Schwenkbewegungen in Richtung auf den Probekörper erteilt.

Während des Abtast- und Meßvorgangs können Störungen einwirken, die in aller Regel kurzzeitig einwirken bzw. schnell vor sich gehen. Meßverfälschungen können auch beim Bruch des Probekörpers auftreten, wenn, vor allem wegen des genannten Anstell-Antriebs, der Tastbügel mit dem sich schnell nach innen knickenden Biegeschenkel mitgeht, so daß seine Stellung nicht mehr dem zu ermittelnden Biegewinkel entspricht. Zur Lösung dieses Problems wird nach einer Weiterbildung der Erfindung ein Verzögerungsglied vor­ geschlagen, das dem Tastbügel und dem Schwenkbewegungs­ umsetzer zwischengeschaltet oder in letzterem integriert ist. Das Verzögerungsglied kann gleichsam als (Tiefpaß-)
Filter wirken, welcher schnell vor sich gehende und auf die Tastbügel einwirkende Störungen daran hindert, an die Verarbeitungseinrichtung weitergeleitet zu werden.

Wird der Schwenkbewegungsumsetzer - in Weiterentwicklung der Erfindung - als Getriebe mit einem oder mehreren Zahn­ rädern ausgebildet, ist es zweckmäßig, das genannte Verzögerungsglied dadurch zu realisieren, daß im Getriebe ein Rad als leerlaufend angetriebenes Schwungrad oder als beispielsweise kraftschlüssig gebremstes Bremsrad verwendet wird. Aufgrund der Trägheit des Schwungrades oder der dämpfenden Einwirkung des Bremsrades auf die Getriebe­ bewegungen ergibt sich eine verzögerte Übertragung bzw. Umsetzung der Schwenkbewegungen des Tastbügels zur Verarbeitungseinheit.

Mit Vorteil ist der Schwenkbewegungsumsetzer auf der Basis eines inkremantalen Winkelwertgebers bzw. Winkelschritt­ gebers realisiert, der (wie an sich bekannt) zum Beispiel aus einer in einzelne Segmente unterteilten Scheibe und einer lichtelektrischen oder magnetischen Abtastvorrichtung bestehen und nach inkrementalen Verfahren zum Drehwinkel (hier Schwenkwinkel des Tastbügels) von Drehachsen eine proportionale Anzahl elektrischer Pulse ausgeben. Im Rahmen der Erfindung wird die Impulsgeberscheibe zweckmäßig mit der Schwenkbewegung des Tastbügels zu deren Umsetzung in elektrische Impulse gekoppelt.

Vor allem die Wirkung des Verzögerungsglieds wird gefördert, wenn nach einer Erfindungsausbildung der Tast­ bügel mit dem Schwenkbewegungsumsetzer bzw. Getriebe in der vom Probekörper wegführenden Dreh- bzw. Schwenkrichtung freilaufend gekoppelt ist oder in Eingriff steht. Schnellen aufgrund Probekörper-Bruch der oder die Biegeschenkel ruckartig nach innen bzw. außen, haben der oder die Tastbügel aufgrund des genannten Freilaufs die Freiheit, erst mit Verzögerung nachzueilen.

Zweckmäßig ist für die Tastbügel eine Schwenkwinkelhub- Begrenzungseinrichtung vorgesehen, in der beispielsweise ein mit dem Tastbügel verbundener Anschlagstift in einer bogenartigen Ausnehmung über einen begrenzten Winkelhub in einem ortsfesten Tragkörper geführt ist.

Bei einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung, die zur Durch­ führung der Prüfungen nach den genannten Richtlinien einen oder mehrere Auflage-Böcke aufweist, gegen die der Probe­ körper zum Biegen abstützbar ist, geht eine Weiterbildung der Erfindung dahin, daß der Auflage-Bock gleichzeitig als Gehäuse ausgeführt ist, in dem der Schwenkbewegungsumsetzer oder gegebenenfalls das Getriebe untergebracht und der Tast-Bügel schwenkbar gelagert sind.

Weitere Einzelheiten, Merkmale, Vorteile und Gesichtspunkte auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:

Fig. 1 eine schematische Vorderansicht auf ein erfindungsgemäßes Biegewinkel-Prüfgerät,

Fig. 1A eine vergrößerte Darstellung des Detailbereichs A in Fig. 1,

Fig. 2 eine Ansicht auf das Bedienfeld des Ver­ arbeitungs- bzw. Steuergeräts,

Fig. 3 eine perspektivische, detailliertere Ansicht auf das Biegewinkel-Prüfgerät der Fig. 1,

Fig. 4 eine Fig. 1 entsprechende Ansicht auf das Biege­ winkel-Prüfgerät im Biegebetrieb,

Fig. 4A eine vergrößerte Darstellung des Detailbereichs A in Fig. 4,

Fig. 5 eine Ansicht auf einen erfindungsgemäß aus­ gebildeten Auflage-Bock mit abgenommener Front­ platte,

Fig. 6 einen Schnitt gemäß der Linie VI - VI in Fig. 5,

Fig. 7 einen Schnitt gemäß der Linie VII - VII in Fig. 5,

Fig. 8 eine Teilansicht in Richtung VIII in Fig. 7,

Fig. 9 eine perspektivische Rückansicht auf das Biege­ prüfgerät etwa gemäß Richtung VIII in Fig. 7.

Das in Fig. 1 dargestellte Biege-Prüfgerät ist vorgesehen zum Messen der Biegewinkel an Schweißproben nach der DVS- Richtlinie 2203, Teil 5, und 2212, Teil 1 und 2. Der Sockel des Gerätes ist aus einer Bodenplatte 1 mit Abstellfüßen 2, einer darüber im Abstand angeordneten Tischplatte 3 und dazwischen senkrecht angeordneten Stützen oder Seitenwänden 4 gebildet. Im Innenraum zwischen Bodenplatte 1, Tischplatte 3 und Seitenwänden 4 sind zum Antrieb eines an einer Vorschub-traverse 5 angebrachten Biegebalkens 6 ein motorischer Antrieb, ein damit gekoppeltes, beispielsweise drei-stufiges, Zahnriemengetriebe, eine Motorbefestigung sowie ein Zahnriemenantrieb (jeweils nicht gezeichnet) unter-gebracht, letzterer der Kopplung mit den beiden Antriebs-Kugelumlaufspindeln 7 dienend, die sich auf je einer Endseite der Vorschubtraverse 5 neben einer der beid­ seitigen Führungssäulen 8 erstrecken. Die Lager der Antriebsspindeln 7 sind an die Tischplatte 3 angeflanscht und in der oberen Abschlußplatte 9 des gesamten Geräterahmens jeweils in (nicht gezeichneten) Stützlagern untergebracht. Die Antriebs- bzw. Führungsspindeln 7 (Steigung 5 mm) sind zu ihrem Antrieb mit einem (nicht gezeichneten) Schrittmotor mit separater Steuereinheit verbunden, die ihrerseits in dem Steuergerät gemäß Fig. 2 untergebracht ist. Durch die wählbaren Vorschub­ geschwindigkeiten von beispielsweise 10, 20 und 50 mm pro Minute können Schweißproben aus PVC, PE, PP und PVDF bis zu einer Dicke von etwa 15 mm geprüft werden.

Wie aus Fig. 3 noch detaillierter hervorgeht, ist die erfindungsgemäße Winkelmeßeinrichtung mit zwei Auflage­ Böcken 10 (Auflageradius z. B. 25 mm) ausgeführt, die auf der Tischplatte 3 in einem variablen Abstand 11 voneinander, beispielsweise im Bereich von 80 - 160 mm, verstellbar montiert sind. Die Vorderseite jedes Auflage­ Bocks 10 ist mit einer lösbar angeschraubten Frontplatte 12 gebildet. An deren jeweiliger Rückseite im oberen, gerundeten Bereich ist ein Tastbügel 13 hebelartig angelenkt und an seinem freien, schwenkbaren Ende mit einer etwa parallel zur Schwenkachse vorspringenden Auflage­ stange 14 versehen.

Wie in Fig. 1A näher verdeutlicht, weist der Biegebalken 6 an seinem den Probekörper 15 zwischen den Auflage-Böcken 10 durchdrückenden Endbereich eine als separates Stück, beispielsweise länglicher Zylinder, ausgeführte Druck­ finne 16 auf, die in einer komplementären Nut 17 des Biegebalkens 6 längs der Vorschubrichtung 18 hin- und herverschiebbar gegen den Druck eines Federelements 19 auf­ genommen ist. In der in Fig. 1A gezeichneten Stellung befindet sich die Druckfinne 16 innerhalb des Biege­ balkens 6 bzw. dessen Aufnahmenut 17 in der untersten bzw. äußersten Stellung, wobei ein mit ihr verbundenes Schalt­ element (nicht gezeichnet), dessen Ausgang mit dem Steuer­ gerät gemäß Fig. 2 verbunden ist, sich in geöffnetem (Sperr-) Zustand befindet.

An die Winkelmeßeinrichtung ist das Verarbeitungs- bzw. Steuergerät gemäß Fig. 2 angeschlossen, das in einem im Beispiel kastenartigen, quaderförmigen Gehäuse 20 untergebracht ist. Auf der Frontseite befindet sich eine Vielzahl von Bedien- und Displayelementen, insbesondere ein Notausschalter 21, ein Netzschalter 22, Leuchtdioden 23 zur Spannungsanzeige, beispielsweise für 5, 24 und 70 Volt Gleichspannung, Leuchtdioden 24 zur Zustandsanzeige, beispielsweise für Störung, Biegebalken-Endstellung oben und unten, Druck-taster 25 für Biegebalken-Vorschub nach oben, unten und Biegebalken-Stop, ein dreistufiger Drehschalter 26 für die Vorschubgeschwindigkeit des Biegebalkens 6, darunter ein Leuchttaster 27 zur Umstellung von Hand- auf Automatik-betrieb, Handschalter 28 zur Betätigung der Beleuchtung, Aktivierung eines (nicht gezeichneten) Zählerbausteins innerhalb des Gehäuses 20 und zum Reset des Steuerungs-moduls innerhalb des Gehäuses 20 und eine Mehrsegment-Diodenanzeige 29 zur numerischen Ausgabe des Biegewinkels des Probekörpers 15 (vgl. Fig. 4) in Winkelgraden.

Auf Fig. 4 und 4A wird weiter unten bei der Beschreibung der Funktionsweise eingegangen.

In Fig. 5 ist ein Auflage-Bock 10 mit abgenommener Front­ platte dargestellt, wobei das uhrwerkartige Getriebe zur Umsetzung der Schwenkbewegungen 30 des Tastbügels 13 sicht­ bar ist. Die sich drehende, den Auflage-Bock 10 durch­ setzende Schwenkachse 31 des Tastbügels 13 ist von einer daran starr angebrachten, sich mitdrehenden Mitnehmer­ scheibe 32 umgeben. An ihrem Rand steht ein Mitnehmer­ vorsprung 33 radial vor. An dessen Seite, die der zum Probekörper 15 gerichteten Drehrichtung 30a entgegengesetzt ist, liegt ein Anschlagstift 34, der an einem ersten Zahnrad 35 mit deckungsgleicher Drehachse exzentrisch und achsparallel vorspringend befestigt ist, in Umfangs- bzw. Drehrichtung 30a an. Das erste Zahnrad 35 steht mit einem zweiten, im Durchmesser größeren Zahnrad 36 in Eingriff, an dem in peripherer Lage bzw. exzentrisch und radial teilweise sowie achsparallel vorspringend eine Gewichts­ scheibe 37 angeschraubt ist. Diese taucht in einen Freiraum beziehungsweise eine Führungsnut 38 mit dem zweiten Zahnrad 36 entsprechender Kreisring-Segmentform, die beispielsweise durch eine formgleiche Aus-sparung in der rückwärtigen Innenwandung des Auflage-Bocks 10 hergestellt sein kann. Aufgrund ihrer Anordnung und der Schwer-kraft hat die Gewichtsscheibe 37 die Wirkung, das zweite Zahnrad 36 im Uhrzeigersinn, das erste Zahnrad 35 entgegen dem Uhrzeigersinn und damit - über den Anschlagstift 34 - in Anlage an den Tastbügel 13 zu bringen und so in "Tuchfühlung" mit dein Probekörper 15 zu halten.

Mit dem zweiten Zahnrad 36 kämmt ein drittes Zahnrad 39, an dem im dargestellten Beispiel die Impulsgeberscheibe eines inkrementalen Winkelwertgebers 48 starr und sich mitdrehend angekoppelt ist (nicht gezeichnet). Vom dritten Zahnrad 39 wird ein koaxial und starr angekuppeltes, viertes (größeres) Zahnrad 39b mitgenommen beziehungsweise gedreht, das seinerseits ein leerlaufendes Bremsrad 40 treibt, welches aufgrund seiner Massenträgheit Bremsfunktion ausführt und beispielsweise ebenfalls Zahnräder zum formschlüssigen Eingriff mit dem vierten Zahnrad 39b aufweisen kann.

Gemäß Fig. 6 besitzt die im Freiraum 38 sich längs einer Kreisbahn bewegende Gewichtsscheibe 37 rundlich­ zylindrische Form. Das die Gewichtsscheibe 37 exzentrisch tragende, zweite Zahnrad 36 ist über seine Drehachse 36a in einer Kugellagerung 41 drehbar aufgenommen.

Gemäß Fig. 7 und 8 ist der Tastbügel 13 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 42 verschwenkbar, die gegen den Tast­ bügel 13 in zum Probekörper 15 gerichtete Drehbewegung 30a drückt, um den Tastbügel 13 mit seinem Auflagestab 14 stets in Anlage an den Probekörper 15 zu halten (wie in Fig. 1-4 dargestellt). Gemäß Fig. 8 umfaßt die Kopplung der Rückstellfeder 42 mit dem Tastbügel 13 einen Einhänge­ stift 43, um den das umgebogene Ende der Rückstellfeder, beispielsweise in Form einer Spiralfeder, eingehängt ist. Ferner ist in der Rückwandung des Auflage-Bocks 10 nach Fig. 8 eine Winkelhub-Begrenzungsnut 44 ausgespart, in die ein parallel zur Schwenkachse 31 vorspringender Anschlag­ stift 45 eingerückt ist. Dieser schlägt entweder am freien Ende 46 der Begrenzungsnut 44 oder an einem Anschlag­ zapfen 47 am entgegengesetzten Ende der Begrenzungsnut an. Der von der Begrenzungsnut 44 definierte Umfangsabschnitt ist so bemessen, daß die Gewichtsscheibe 37 in dem ihr zu­ geordneten Freiraum 38 deren Enden nicht berühren kann (vgl. Fig. 5). In Fig. 7 ist noch das zylindrische Gehäuse des genannten inkrementalen Winkelwertgebers 48 gezeichnet, dessen Drehachse sich mit der Drehachse 39a des dritten Zahnrads 39 deckt. Die Impulsgeberscheibe (nicht gezeichnet) des Winkelwertgebers 48 ist - sich mit dem dritten Zahnrad 39 mitdrehend - an dessen Drehachse 39a starr angekoppelt. So können am elektrischen Anschluß 48a des Drehgebers 48 der Drehbewegung entsprechende Impulse entstehen.

In Fig. 9 ist das Biegeprüfgerät in einer perspektivischen, der Richtung VIII in Fig. 7 entsprechenden Ansicht auf die Rückseite dargestellt. Die Tastbügel 13 jedes Auflage­ Bocks 10 sind - mangels Gewichts eines aufliegenden Probe­ körpers - durch ihre jeweilige Rückstellfeder 42 (vgl. Fig. 7 und 8) aufeinanderzu nach innen geschwenkt. Die Ausgänge der beiden Winkelwertgeber 48 in den beiden Auflage­ Böcken 10 sind über jeweilige, beispielsweise fünfpolige Anschlußleitungen 49 der Verarbeitungs- und Steuereinheit gemäß Fig. 2 zugeführt und darin mit einem Zähl- bzw. Summierglied verbunden, das daraus die Summe der Auslenkungen der beiden Tastbügel 13 bzw. den Gesamt- Biegewinkel (vgl. Fig. 4) errechnet. Ein weiteres Verbindungskabel 50 führt den Ausgang des der im Biege­ balken 6 verschiebbaren Druckfinne 16 zugeordneten Schalt­ glieds bzw. Näherungsschalters (nicht gezeichnet) ebenfalls der Verarbeitungseinheit gemäß Fig. 2 zu, wobei bei geschlossenem Näherungsschalter eine (nicht gezeichnete) Torschaltung für Impulse des Winkelwertgebers 48 zum Summierglied geöffnet, andernfalls geschlossen ist. Über ein beispielsweise mehrpoliges Motor-Verbindungskabel 51 ist das Motor-Steuerungsmodul im Verarbeitungs- und Steuergerät gemäß Fig. 2 mit an der Biegeprüfvorrichtung den Antriebs-mitteln zugeordneten Schaltern verbunden. Die beiden Verbindungskabel 49 der Winkelwertgeber 48 sind aus dem jeweiligen Gehäuse-Auflagebock 10, das Verbindungskabel 50 für den Näherungsschalter aus dem Gehäuse-Biegebalken 6 dazwischen herausgeführt.

Zur Funktionsweise sei folgendes angemerkt:

Zur Durchführung der Prüfung wird zunächst im Handbetrieb über den oberen der Drucktaster 25 (vgl. Fig. 2) die Vorschubtraverse 5 nach oben verfahren. Nach Einsetzen des passenden Biegebalkens 6 ist der damit integrierte Näherungsschalter über das Verbindungskabel 50 (vgl. Fig. 9) anzuschließen. Ein Probekörper 15 kann dann auf die Auflage-Böcke 10 gelegt werden, wobei die Tastbügel 13 auch in ihrer oberen Ausgangs-Stellung (vgl. Fig. 9) verbleiben können. Sodann wird weiter im Handbetrieb der Biegebalken 6 in vertikal nach unten gerichteter Vorschubrichtung 18 knapp über den Probekörper 15 gefahren, wie etwa in Fig. 3 ersichtlich. Über den Drehschalter 26 wird die gewünschte Vorschubgeschwindigkeit eingestellt und über den Taster 27 auf Automatik-Betrieb umgestellt. Nachdem der Probe­ körper 15 wieder entnommen worden war, werden die beiden Tastbügel 13 in die in Fig. 1 und 3 ersichtliche Stellung nach außen bzw. unten bewegt und daraufhin der Probe­ körper 15 wieder zwischen der Druckfinne 16 des Biege­ balkens 6 und die Auflagestäbe 14 der Tastbügel 13 geschoben. Bei Bedarf kann zur Beobachtung der Unterseite des Probekörpers 15 ein etwaiger, im Innenraum 11 zwischen den beiden Auflage-Böcken 10 angebrachter Spiegel gegebenenfalls manuell eingestellt und mittels eines der Handschalter 28 eine zugehörige Beleuchtung eingeschaltet werden. Mittels eines anderen der Handschalter 28 wird das Steuerungssystem innerhalb des Gehäuses 20 in den Ausgangs­ zustand zurückgesetzt, wobei das bereits genannte Zähl- bzw. Summierglied für die Impulse aus den Winkelwert­ gebern 48 auf Null gesetzt wird. Nun kann mit einem der Drucktaster 25 der nach unten gerichtete Vorschub aktiviert werden. Sobald dabei der Biegebalken 6 über seine Druck­ finne 16 auf die Oberfläche des Probekörpers 15 aufsetzt, wird der in ihrer Aufnahmenut 17 verschiebbar gelagerten Druckfinne 16 gegen die Kraft ihrer Rückstellfeder 19 eine Aufwärtsbewegung 52 (vgl. Fig. 4A) erteilt, wobei der damit gekoppelte, genannte Näherungsschalter betätigt wird und die genannte Torschaltung für die Winkelwertgeber-Impulse zum Summierglied freigibt bzw. öffnet. Mit weiterem, nach unten gerichtetem Vorschub 18 des Biegebalkens 6 wird der Probekörper 15 zwischen den Auflage-Böcken 10 gemäß Fig. 4 zunehmend durchgebogen, wobei die zugehörigen Schenkel­ abschnitte 15a, 15b des Probekörpers entsprechend den Schwenkrichtungen 30 nach innen bzw. aufeinander zu geschwenkt werden mit sich entsprechend verkleinerndem Gesamt-Biegewinkel 53 dazwischen. Aufgrund Zählung und Zusammenfassung der Impulse beider Winkelwertgeber 48 im Steuer- und Verarbeitungsgerät gemäß Fig. 2 läßt sich durch geeignete, darin integrierte Rechenmittel die Summe der von beiden Schenkelabschnitten 15a, 15b jeweils zurückgelegten Winkelwege bilden, durch Subtraktion von 180° zum Gesamt- Biegewinkel 53 umrechnen und auf der Anzeige 29 komfortabel ausgeben.

Bei zu starkem Druck bzw. zu starker Verbiegung durch den Biegebalken 6 bricht der Probekörper 15 im Auflagebereich der Druckfinne 16, die dabei aufgrund des an ihr angreifenden Federelements 19 von der in Fig. 4A gezeigten Stellung mit geschlossenem Näherungsschalter in die in Fig. 1A gezeigte, zurück nach unten gestellte Stellung bewegt wird. Der dadurch geöffnete Näherungsschalter schließt die genannte Torschaltung zum Zähl- bzw. Summierglied, so daß die Zählung von Impulsen gestoppt und das mit Bruch des Probekörpers 15 erreichte Biegewinkel- Ergebnis auf der Anzeige 29 festgehalten werden kann. Zwar folgen einem etwaigen Nach-innen-Schnellen der Biegeschenkel-Abschnitte 15a, 15b des Probekörpers 15 aufgrund plötzlichen Bruchs die Tastbügel aufgrund der Wirkung der Andrück- bzw. Rückstellfeder 42, unmittelbar nach. Das Festhalten des Zählergebnisses wird jedoch auch noch dadurch sichergestellt, daß das Meß-Getriebesystem 35, 36, 39 den Tastbügeln nur verzögert nachfolgen kann. Diese Verzögerung wird durch die Massenträgheit der Gewichtsscheibe 37 und darüber hinaus durch die des Schwungrads 40 (vgl. jeweils Fig. 5) erreicht. Sowohl das zweite, durch die Gewichtsscheibe 37 verzögerte Zahnrad 36 als auch das Schwung- beziehungsweise Bremsrad 40 stehen mit dem der Umsetzung der Schwenkbewegungen 30 der Tastbügel 13 in eine Drehung der Impulsgeberscheibe dienenden Getriebesystem 35, 36 und 39 formschlüssig in Eingriff, so daß die Umsetzung der Schwenkbewegungen 30 in Impulse aus dem Winkelwertgeber 48 immer mit einer Totzeit erfolgt. Diese gewährleistet, daß bei Auftreten des Bruchs des Probekörpers 15 der Näherungsschalter, der mit der verschiebbaren Druckfinne 16 gekoppelt ist, ausreichend Zeit hat, die Impuls-Torschaltung zum Summier- bzw. Zähl­ glied rechtzeitig auszuschalten, bevor das Ergebnis für den Biegewinkel 53 auf der Anzeige 29 verfälscht werden würde. Vorteilhaft wird also die Gewichtsscheibe 37, die primär zum Antrieb des Anschlagstifts 34 auf die Mitnehmernase 33 der Mitnehmerscheibe 32 dient, um Kontakt zu den Tastbügeln zu gewährleisten, auch noch als Verzögerungsglied zwischen Tastbügel und Impulsgeberscheibe verwendet. Die "Tuchfühlung" des Getriebesystems 35, 36, 39 mit den Biegeschenkel-Abschnitten des Probekörpers wird zweifach, durch die Bremscheibe 40 und die Gewichtsscheibe 37, verzögert.

Unmittelbar nach Bruch kann der Vorschub über einen der Drucktaster 25 gestoppt, der (festgehaltene) Biegewinkel auf der Anzeige 29 abgelesen und der Biegebalken über einen der Druckschalter 25 nach oben in die vorher im Handbetrieb eingestellte Ausgangsposition gefahren werden. Diese ist in einem im Verarbeitungsgerät gemäß Fig. 2 angelegten Positionsspeicher für die Startposition festgehalten und wird bei jedem Einschalten des Geräts im Handbetrieb mit handgesteuerter Einstellung der Ausgangsposition neu gesetzt. Sobald vom Handbetrieb auf Automatik-Betrieb umgeschaltet wird, wird dann die momentane Position des Biegebalkens 6 als Ausgangsposition abgespeichert. Bei serienmäßiger Prüfung einer Vielzahl von Probekörpern kehrt dann im Automatikbetrieb der Biegebalken 6 bei Betätigung des entsprechenden Drucktasters 25 stets in die abgespeicherte Ausgangsposition zurück, so daß rationell und zügig die Prüfung einer Vielzahl etwa gleichdicker Probekörper abgewickelt werden kann.

Claims (28)

1. Vorrichtung zum Prüfen der Festigkeit von Probe­ körpern (15), insbesondere von solchen mit Schweiß­ verbindungen oder -nähten aus thermoplastischen Kunststoffen, mit einer auf den Probekörper (15) einwirkenden Biegeeinrichtung (5, 6, 16) und einer Meßeinrichtung zur Ermittlung des Biegewinkels (53), der mit zunehmendem Biegen des Probekörpers (15) bei dessen Anriß oder Bruch auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung wenigstens ein beim Probekörper (15) die Winkelauslenkung eines Biegeschenkelabschnitts (15a, 15b) erfassendes Meß­ organ (13, 14, 48) und eine derart nachgeschaltete und ausgebildete Verarbeitungseinheit (Fig. 2) aufweist, daß darin das Winkelauslenkungs-Signal des Meß­ organs (13, 14, 48) zum gesamten Biegewinkel (53) des Probekörpers (15) weiterverarbeitet wird.

2. Vorrichtung zum Biegen von auf Festigkeit zu prüfenden Probekörpern (15), vor allem mit Schweißverbindungen oder -nähten aus thermoplastischen Kunststoffen, ins­ besondere nach Anspruch 1, mit einem oder mehreren, vorzugsweise zwei, Auflage-Böcken (10) und einem zwischen oder neben diesen bewegbaren Biegebalken (6), um den gegen die Böcke (10) abgestützten Probe­ körper (15) ab- oder durchzubiegen, und mit einer Meßeinrichtung für den Biegewinkel (53), der am Probekörper (15) bei dessen Bruch oder Anriß auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung einen oder mehrere, vorzugsweise zwei, Winkelsensor­ elemente (13, 14) oder sonstige Meßorgane, die jeweils zum Erfassen der vom Biegewinkel (53) abhängigen Stellung eines Biegeschenkel-Abschnitts (15a, 15b) des Prüfkörpers (15) angeordnet und ausgebildet sind, sowie eine Verarbeitungseinheit (Fig. 2) aufweist, die mit den Ausgängen (49) der Winkelsensorelemente (13, 14) verbunden und zur Bestimmung des Probekörper- Biegewinkels (53) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinheit (Fig. 2) ein zur Anzeige des Biegewinkels (53) angesteuertes Display (29) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinheit (Fig. 2) ein Verknüpfungs-, insbesondere Summierglied aufweist, dem Signale unterschiedlicher Winkelsensor­ elemente (13, 14) zugeführt sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung einen inkrementalen Winkelwertgeber (48) aufweist, der mit der Auslenkung (30) eines Biegeschenkels (15a, 15b) des Probekörpers (15) vorzugsweise über das Meßorgan beziehungsweise Winkelsensorelement (13, 14) gekoppelt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsimpulse eines oder mehrerer Winkel­ wertgeber (48) einem Zähl- beziehungsweise Summierglied der Verarbeitungseinheit (Fig. 2) zugeführt sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen den Probekörper (15) abtastenden Bruchsensor (16, 17), der ausgangsseitig mit der Verarbeitungseinheit (Fig. 2) verbunden und/oder mit Signalen einer oder mehrerer Winkelsensorelemente (13, 14) verknüpft ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Verarbeitungs­ einrichtung (Fig. 2) die Ausgangsimpulse eines oder mehrerer Winkelwertgeber (48) einem Zähl- beziehungs­ weise Summierglied über ein Torglied zugeführt sind, das zu seinem Öffnen oder Schließen vom Ausgang des Bruchsensors (16, 17) angesteuert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bruchsensor (16, 17) ein mit der Verarbeitungseinheit (Fig. 2) integriertes oder verbundenes Schaltglied und eine im Biegebalken (6) vorzugsweise gegen Federdruck (19) verstellbar (52) gelagerte Druckfinne (16) aufweist, mit deren Verstellbewegung (52) aufgrund Druckes (18) auf den Probekörper (15) das Schaltglied zu seiner Betätigung gekoppelt ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen den Probekörper (15) und/oder dessen Oberfläche optoelektronisch abtastenden Anrißsensor, der ausgangseitig mit der Verarbeitungseinheit (Fig. 2) verbunden und/oder mit Signalen einer oder mehrerer Winkelsensorelemente (13, 14) verknüpft ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Beobachtungsspiegel und/oder eine vorzugsweise damit in Wirkungsverbindung angeordnete Beleuchtungseinrichtung, die jeweils auf den Probekörper (15) gerichtet und gegebenenfalls zu ihrer Verstellung beziehungsweise Betätigung mit der Verarbeitungseinheit (Fig. 2) verbunden sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anrißsensor beziehungsweise Beobachtungsspiegel und/oder Beleuchtungskörper unterhalb des Probekörpers (15) zwischen den beiden Auflage-Böcken (10) angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinheit (Fig. 2) eine manuell betätigbare Eingabeschnitt­ stelle und/oder ein gegebenenfalls damit gekoppeltes Steuerungsmodul aufweist, durch das jeweils ein Antrieb (7) für die Biegeeinrichtung oder den Biegebalken (6), gegebenenfalls für den Beobachtungs­ spiegel und/oder die Betätigung der Beleuchtungs­ einrichtung, kontrollierbar sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungsmodul derart ausgelegt und/oder programmiert ist, daß über die Eingabeschnittstelle für den Biege-Antrieb Handbedienung (25) oder Automatikbetrieb (27) und/oder unterschiedliche Geschwindigkeiten (26) wählbar sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß im oder für das Steuerungsmodul eine Schnittstelle für ein Biegebalken-Positionssignal und ein damit verbundener Speicherplatz eingerichtet sind.

16. Winkel-Meßeinrichtung für eine Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßorgan beziehungsweise das Winkelsensor­ element (13, 14) einen schwenkbar gelagerten Tasthebel oder -bügel (13), der am Biegeschenkelabschnitt (15a, 15b) des zum Biegen abgestützten Probekörpers (15) anlegbar (14) ist, und einen diesem zur Kopplung mit der Verarbeitungseinheit (Fig. 2) nachgeordneten Schwenkbewegungsumsetzer aufweist.

17. Winkel-Meßeinrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen Anstell-Antrieb (42), der zum selbsttätigen Anlegen des Tastbügels (13) an den Probekörper (15) angeordnet und ausgebildet ist.

18. Winkel-Meßeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstell-Antrieb (42; 36, 37) mittels eines oder mehrerer, am Tastbügel angreifender Federelemente (42), die ortsfest abgestützt sind, und/oder eines oder mehrerer Gewichte (37), die am Tastbügel oder Schwenkbewegungsumsetzer aufgehängt sind, realisiert ist.

19. Winkel-Meßeinrichtung nach Anspruch 16, 17 oder 18, gekennzeichnet durch ein Verzögerungsglied, das dem Tasthebel (13) und dem Schwenkbewegungsumsetzer zwischengeschaltet oder in letzterem integriert ist.

20. Winkel-Meßeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tast­ bügel (13) beziehungsweise dessen Schwenkachse (31) mit einer Impulsgeberscheibe eines Winkelwert­ gebers (48) beziehungsweise mit deren Drehachse (39a) derart gekuppelt ist, daß die Schwenkbewegung (30) des Tastbügels (13) in eine Drehbewegung der Impulsgeberscheibe umgesetzt wird.

21. Winkel-Meßeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenk­ bewegungsumsetzer mittels eines Getriebes vorzugsweise aus einem oder mehreren Zahnrädern (35, 36, 39) realisiert ist.

22. Winkel-Meßeinrichtung nach Anspruch 20 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Zahnrad (35, 39) mit einem die Schwenkachse (31) umgebenden Anlenkbereich, beispielsweise ortsfest angebrachtes Drehelement (32), des Tastbügels (13) und/oder mit der Impulsgeber­ scheibe drehübertragend verbunden und/oder baulich intregriert ist und/oder in Eingriff steht.

23. Winkel-Meßeinrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein Getrieberad als leerlaufend angetriebenes Bremsrad (40) und/oder mit einem gebremst angetriebenen Bremsrad ausgebildet ist.

24. Winkel-Meßeinrichtung nach Anspruch 21, 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein Getrieberad (36) mit einem derart exzentrisch angebrachten Gewicht (37) versehen ist, daß der mit dem Getriebe in Eingriff stehende Tastbügel (13) selbsttätig in eine Ruhe- oder Ausgangstellung (Fig. 9) und/oder in Anlage an den Probekörper (15) (Fig. 1-4) getrieben wird.

25. Winkel-Meßeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tast­ bügel (13) mit dem Schwenkbewegungsumsetzer beziehungsweise Getriebe (35, 36, 39) in der vom Probekörper (15) wegführenden Dreh- beziehungsweise Schwenkrichtung (30b) mit Spiel und/oder zumindest teilweise freilaufend, gegebenenfalls im Rahmen einer Schwenkwinkel-Hubbegrenzungseinrichtung (44) und/oder bis zu einem Anschlag (45, 47) für den Tastbügel (13), gekuppelt ist und/oder in Eingriff steht.

26. Winkel-Meßeinrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkwinkel-Hubbegrenzungs­ einrichtung (44) mittels Führung eines parallel zur Schwenkachse vorspringenden Anschlagstiftes (45) innerhalb einer ortsfesten Aussparung (44), vorzugsweise in Form eines Kreissegmentrings, und/oder der Anschlag mittels eines vorzugsweise elastischen Gegen-Anschlagkörpers (47) realisiert ist.

27. Winkel-Meßeinrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastbügel (13) und ein Getrieberad (35) über einen radialen Mitnehmervor­ sprung (33) und einen exzentrisch versetzten, achsparallelen Anschlagstift (34) miteinander in Eingriff stehen, wobei der Vorsprung (33) oder Stift (34) an den Stift beziehungsweise Vorsprung jeweils in der den Tastbügel (13) zum Probe­ körper (15) schwenkenden Dreh- beziehungsweise Umfangsrichtung (30a) andrückbar angeordnet ist.

28. Winkel-Meßeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem oder mehreren Auflage­ Böcken (10), gegen die der Probekörper (15) zum Biegen abstützbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Auflage-Bock (10) gleichzeitig als den Schwenk­ bewegungsumsetzer oder gegebenenfalls das Getriebe (35, 36, 39) aufnehmendes Gehäuse ausgeführt ist, von dem der Tastbügel (13) schwenkbar (30) gelagert vorsteht.