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Die
Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung
zur Dauerschwingprüfung
von Prüflingen
wie Werkstoffproben, Bauteilen oder Bauteilverbindungen gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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In
den
DE 43 41 127 A1 ,
DE 31 02 778 A1 ,
DE 29 42 263 A1 ,
DE 25 22 890 C3 ,
DE-OS 14 73 649, DE-PS 9 57 981, DE-PS 8 72 667 und
CH 329426 werden Resonanzprüfvorrichtungen
für wechselnde
oder schwellende Belastungen von Werkstoffproben, Bauteilen oder
Bauteilverbindungen beschrieben. Sie verbinden den Prüfling, Schwungmassen
und Federn zu unterschiedlichen schwingungsfähigen Systemen. Federn in Parallelschaltung
zum Prüfling
dienen dem Vorspannen des Prüflings,
Feder in Reihenschaltung der Einflussnahme auf die Prüffrequenz.
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Geeignete
Antriebe versetzen und betreiben die Anordnungen in Eigenschwingung.
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Die
strukturelle Aufteilung in Federn und Massen ist bei diesen Vorrichtungen
bewusst gewählt.
Federsteifigkeiten und Massen werden einstell- oder auswechselbar
variiert, um bei gegebenen Vorspannkräften gewünschte Prüffrequenzen zu erreichen.
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Für die Dimensionierung
der Federn hinsichtlich Steifigkeit und Beanspruchung und der Massen
hinsichtlich Prüffrequenz
und Schwingungsamplitude gibt es einfache Berechnungs formeln. Die
Federn sind relativ zum Prüfling
nachgiebig, bei einer Parallelschaltung im Sinne einer geringen
Schwingbeanspruchung, bei einer Reihenschaltung im Sinne der Einflussnahme
auf die Prüffrequenz.
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Die
Massen sind groß,
um den Einfluss unterschiedlicher Steifigkeiten verschiedener Prüflinge auf
die Prüffrequenz
klein zu halten. Die Knotenpunkte der Schwingung der Vorrichtung
variieren mit dem Prüfling.
Keine der Vorrichtungen ist frei von Reaktionskräften in den Knotenpunkten der
Eigenschwingung gelagert.
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Der
universelle Anspruch der Vorrichtungen an eine Prüffrequenz
unabhängig
von dem variierenden elastischen Verhalten eines wechselnden Prüflings bringt
die Nachteile des großen
Gewichtes, der geringen Ausnutzung der Werkstofffestigkeit der Schwungmassen,
der schwingungsbehafteten Lagerung, der Beschränkung auf eine Belastungsart,
einer großen
Anzahl von Vorrichtungseinzelteilen und der großen Schwingungsdämpfung wegen
einer großen
Anzahl von Verbindungsstellen mit sich.
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Verschiedene
Ausführungsformen
und Antriebe beinhalten weitere Nachteile.
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Die
Prüfvorrichtungen
belasten den Prüfling direkt
oder mit einer Feder in Reihenschaltung zwischen zwei gegenläufig schwingenden
Massen.
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Bei
den Vorrichtungen bzw. den Maschinen in
DE 43 41 127 A1 ,
DE 31 02 778 A1 ,
DE 25 22 890 C3 ,
DE-OS 14 73 649, DE-PS 9 57 981 und
CH 329426 ist
eine der beiden Massen besonders groß gewählt, um ihre Schwingungsamplitude
klein zu halten. Sie wird federnd oder mit Gummifüßen dämpfend auf
dem Fundament gelagert.
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Bei
der Vorrichtung in
DE
29 42 263 A1 sind die beiden Massen jeweils federnd mit
dem Fundament verbunden. Nur im Ausnahmefall sind die Federkräfte gleich
groß.
Die resultierende Federkraft regt das Fundament zu Schwingungen
an.
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Die
Massenschwerpunkte der Vorrichtungen in
DE 43 41 127 A1 ,
DE 31 02 778 A1 ,
DE 29 42 263 A1 ,
DE 25 22 890 C3 ,
DE-OS 4 73 649, DE-AS 11 11 863, DE-PS 8 72 667 und
CH 329426 oszillieren in einer Linie
mit den Aufnahmepunkten für
den Prüfling. Die
Massen- und Federkräfte
belasten den Prüfling ohne
Hebelwirkung. Mit einer Hebelwirkung könnten bei reduziertem Gewicht
gleiche Frequenzen erreicht werden.
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In
der
DE 9 57 981 wird
die einstellbare Hebelwirkung einer federnd abgestützten gelenkig
gelagerten Wippe genutzt. Die Gleit- oder Rollbewegungen im Gelenk
dämpfen
die Schwingung.
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Öl- und Gasfedern
in
DE 29 42 263 A1 und
DE 25 22 890 C3 und
aufliegende Ringfedern in DE-OS 14 73 649 verformen sich mit Relativbewegungen,
deren Reibung die Eigenschwingung dämpft.
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Die
Anregungskräfte
der Exzenter-Unwuchtantriebe in DE-OS 14 73 649, DE-PS 9 57 981
und DE-PS 8 72 667 ändern
sich nur mit deren Drehzahl. Die Amplitude der Prüflast wird über die
Differenz von Anregungs- und Resonanzfrequenz geregelt. Die erforderliche
Antriebsleistung ist wesentlich größer als bei voller Resonanzverstärkung.
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Die
hydraulischen Antriebe in
DE
29 42 263 A1 und
DE
25 22 890 C3 haben im Vergleich zu Antrieben mit Hilfe
von Elektromagneten oder elektromotorisch angetriebenen Unwuchtmassen
große Verlustleistungen.
Das Hydraulikaggregat und die Servoventile der Ansteuerung sind
laut und die Servoventile verschleißanfällig.
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DE 23 61 349 A1 ,
DE-OS 22 44 630 und Heft 182 der Forschungsvereinigung Antriebstechnik
E.V. (FVA) von 1985 beschreiben weitere Resonanzprüfvorrichtungen
für rein
wechselnde Belastungen von Werkstoffproben, Bauteilen oder Bauteilverbindungen.
In der Funktion der einzigen Feder verbindet der Prüfling zwei
Trägheitskörper zu
einem Schwingsystem. Der Prüfling
lässt sich
nicht vorspannen. Die Knotenpunkte der Eigenschwingung liegen im
Prüfling
und werden deshalb nicht für
eine schwingungsfreie Lagerung genutzt. Die schwingenden Trägheitskörper sind
in Belastungsrichtung vergleichsweise nachgiebig federnd gelagert.
Die Ausführung
dieser Lager in
DE 22 44 630 und
Heft 182 der FVA als Schraubenfedern machen die Maschinen anfällig für eine Anregung
einer Eigenschwingung mit einer nicht beabsichtigten Torsionsbelastung
des Prüflings.
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DE 21 45 996 A1 beschreibt
eine Resonanzprüfvorrichtung,
die aus einen Einmassenschwinger und einem von der Masse gehaltenen,
gegebenenfalls vorgespannten Prüfling
besteht. Der Einmassenschwinger wird elektromagnetisch angeregt
zu einer Schwingung mit einer solchen Frequenz gezwungen, die den
Prüfling,
zum Beispiel eine Schraubenfeder, zu einer Eigenschwingung anregt.
Die Art und Verteilung der Belastung sowie die Prüffrequenz
ist durch die anregbaren Eigenformen des Prüflings stark eingeschränkt. Die
Schwingung von Prüfling und
Einmassenschwinger erzeugt Reaktionskräfte im Fundament, welches die
Einspannung des Einmassenschwingers bildet.
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JP 62124437 A beschreibt
eine kompakte Prüfvorrichtung
zur Dauerfestigkeitsprüfung
von Prüflingen
bei hohen Prüffrequenzen
aber kleinen Prüfwegen.
Ein Piezoaktuator, ein elastisch linear geführter Schlitten und der Prüfling werden
innerhalb eines geschlossenen Rahmens verspannt. Der Piezoaktuator
belastet den Prüfling über den
Schlitten. Es wird keine Resonanzverstärkung genutzt.
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In
US 4 295 374 ist eine Resonanzprüfvorrichtung
dargestellt, bei der eine Biegeeigenschwingung zweier gelenkig gelagerter
Hebel die auf einer Seite durch den Prüfling verbunden sind den Prüfling wechselnd
biegebelasten. Der Prüfling
kann nicht vorgespannt werden.
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US 3 751 977 beschreibt
eine Resonanzprüfvorrichtung,
bei der zwei Stäbe
auf der einen Seite im Fundament eingespannt sind und auf der anderen Seite
den Prüfling
halten. Uber einen der beiden Stäbe
wird elektromagnetisch eine Eigenschwingung angeregt, bei der sich
die Anordnung in der Axt eines Parallelogramms verformt und bei
der der Prüfling schubbeansprucht
wird. Die Vorrichtung dient zum Beispiel der Bestimmung der Dämpfungseigenschaften
des Prüflings
aus der Phase zwischen angeregter und passiver Stabschwingung. Zug-
Biege- und Torsionsbelastungen des Prüflings lassen sich in der Vorrichtung
nicht erzeugen. Die Eigenschwingung erzeugt Reaktionskräfte im Fundament.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine einfache, kleine, leichte und geräuscharme
Prüfvorrichtung
zu schaffen, die Prüflinge
wie Werkstoffproben oder Bauteile oder Bauteilverbindungen mit minimaler
Antriebsleistung in der Art, Richtung und Frequenz veränderlich
und harmonisch belastet, ohne ihr Fundament in Schwingungen zu versetzen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Prüfvorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Die
Prüfvorrichtung
nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
- – die
Prüflingshalterung
einen einseitig offenen oder geschlossenen Rahmen derart bildet,
dass der Prüfling
einen offenen Rahmen schließt
oder zwei Abschnitte eine geschlossenen Rahmens verbindet
- – der
Prüfling
durch eine innere Verspannung des geschlossenen Rahmens oder die
gegenseitige Verspannung von offenem Rahmen und Prüfling statisch
belastet ist.
- – die
aus der Eigenschwingung der Struktur resultierenden Trägheitskräfte der
Eigenschwingung den Prüfling
mit Hebelwirkung belasten.
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Das
Spektrum der Aufgabenstellung wird durch die abgestimmte Wahl von
Struktur und angeregter Eigenschwingung und die beanspruchungsgerechte
Dimensionierung der Struktur erfüllt.
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Strukturvarianten
ergeben sich aus der Anordnung des Prüflings innerhalb der von einem
offenen oder geschlossenen Rahmen und einem Prüfling gebildeten Struktur und
werden weiterhin in den Unteransprüchen beschrieben.
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Unter
Verwendung gleicher Werkstoffe oder von Werkstoffen gleicher Festigkeit
kann die Vorrichtung immer schwingfest im Vergleich zum Prüfling und
für eine
Vorspannung an dessen Fließgrenze ausgelegt
werden.
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Im
Sinne einer Materialeinsparung können der
offene oder geschlossene Rahmen und der Prüfling für eine ähnlich große Beanspruchung dimensioniert
werden.
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Die
Nutzung der Unteransprüche
bietet weitere Möglichkeiten,
Größe und Gewicht
der Vorrichtung bei einer Vorgabe von Frequenz und Verhältnis der
Beanspruchung von offenem oder geschlossenem Rahmen zu Prüfling zu
minimieren.
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Die
Hebel können
nach Anspruch 3 vergrößert werden.
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Die
obere Grenze möglicher
Eigenfrequenzen liegt oberhalb von 1 kHz.
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Die
Eigenfrequenz der Vorrichtung nach Anspruch 4 ist verstellbar.
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Die
Belastung kann bis an die Grenze der Messbarkeit reduziert werden.
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Der
Betrieb der Vorrichtung erfolgt ohne Gleit-, Roll- oder Stoßvorgänge. Es
wird nur eine Eigenschwingung der Vorrichtung angeregt. Das Betriebsgeräusch enthält nur die
Eigenfrequenz.
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Die
Antriebskräfte
verrichten nur einmal die Verformungsarbeit der Struktur für die größte Auslenkung
in ihre Eigenform. Sie verteilt sich auf mehrere Schwingungsperioden
mit wachsender Amplitude. Abgesehen davon gleichen die Antriebskräfte nur eine
mögliche
Schwingungsdämpfung
aus.
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Die
Vorrichtung nach Anspruch 2 ist frei von Reaktionskräften in
den Knotenpunkten ihrer Eigenschwingung gelagert sein.
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Der
offene oder der geschlossene Rahmen und die mit dem Rahmen verbundenen
Trägheitskörper sind
so dimensioniert, dass sie gegenüber
einer Schwingbeanspruchung, die den Prüfling ermüdet, dauerfest sind. Der Rahmen
ist so dimensioniert, dass er die beabsichtigte Vorspannung erträgt.
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Der
Betrieb in Eigenschwingung erfolgt nach bevorzugter Ausführungsform
mit Hilfe von Elektromagneten.
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Ein
Messsignal der Eigenschwingung wird für die Ansteuerung der Elektromagneten
ohne Veränderung
der Frequenz verarbeitet und verstärkt.
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Eine
erste Anregung kann mechanisch durch ein Anstoßen der Eigenschwingung oder
ebenfalls elektromagnetisch durch Störimpulse oder Ähnliches erfolgen.
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Magnetenpaare
können
an der Struktur befestigt sein und gegenläufig mitschwingen oder nur
je ein Magnet ist an der schwingenden Struktur befestigt und der
jeweils zweite ist an dem Fundament befestigt, in welchem die Struktur
gelagert ist. Sie können
sich wechselnd anziehen oder abstoßen oder anziehen und abstoßen. Ein
ferromagnetischer Teil der schwingenden Struktur oder Körper auf
dem Fundament kann einen Magnet eines Paares ersetzen, wenn die
Frequenz der Anregung halbiert wird oder ihre Kraft höchstens
während
einer halben Periode wirkt.
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Die
Elektromagnete sind so angeordnet, dass ihre Anregung keine resultierende
Kraft in der Lagerung der Struktur erzeugt. An den Stellen der größten Schwingungsamplituden
verrichten sie die größtmögliche Arbeit.
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Die
Erfindung wird anhand von Ausführungsformen
der Prüfvorrichtung
näher erläutert. In
der zugehörigen
Zeichnung zeigen:
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1:
die schematische Darstellung von Eigenformen eines quadratischen
Rahmens mit einheitlichem Profil,
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2:
Beispiele von Strukturvarianten und ihre möglichen Prüfbelastungen,
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3:
Darstellungen der Prüfvorrichtung
für Zugschwellbelastung
einer hochvorgespannten Schraube-Mutter-Verbindung,
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4:
Darstellungen der Prüfvorrichtung
für Biegewechsel-
oder -schwellbelastung einer hochvorgespannten Schraube-Mutter-Verbindung,
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5:
Darstellungen der Prüfvorrichtung
für kombinierte
Zug- und Biegeschwellbelastung einer hochvorgespannten Schraube-Mutter-Verbindung,
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6:
eine Prüfvorrichtung
für die
Biegewechselbelastung und statische Torsion einer Welle mit Kerbform,
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7:
eine Prüfvorrichtung
für die
Torsionswechsel oder -schwellbelastung eines Kerbstabes,
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8:
eine Prüfvorrichtung
für kombinierte Torsions-
und Biegewechsel- oder -schwellbelastung einer Welle-Nabe-Verbindung
mit Keilprofil,
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Die
Erfindung dient der Dauerschwingprüfung von Werkstoffproben oder
von Bauteilen oder Bauteilverbindungen, die als Prüfling in
eine Prüfvorrichtung
eingebracht werden, z.B. als eine Schraube-Mutter-Verbindung nach
den 3 bis 5.
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Das
Prinzip der Prüfvorrichtung
besteht darin, den Prüfling
je nach Auslegung durch
- – eine Zug- oder Druckkraft,
- – ein
Biegemoment,
- – ein
Torsionsmoment,
- – die
Kombination einer Zug- oder Druckkraft und eines Biegemomentes oder
- – die
Kombination von Torsions- und Biegemoment
zu belasten.
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Die
Prüfvorrichtung
wird aus einem offenen oder einem geschlossenen Rahmen und einem
Prüfling
gebildet. Die Eigenschwingung dieser Struktur belastet den Prüfling dynamisch.
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Der
Zeitverlauf der Belastung ist sinusförmig. In der Richtung kann
die Belastung wechseln oder schwellen. Gegebenenfalls können sich
die statische und dynamische Belastungsart unterscheiden.
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Der
geschlossene Rahmen wird in sich oder der offene Rahmen gegen den
Prüfling
statisch verspannt.
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Die
Eigenschwingung des Rahmens kann durch Trägheitskörper, die fest an den Rahmen
gebunden sind, beeinflusst werden.
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Die
Trägheitskörper 1a entsprechend
der Darstellung in den 3, 5 und 8 verformen sich
in der Eigenschwingung elastisch. Entsprechend der Darstellung in
der 4 schwingen sie starr.
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Die
Eigenschwingung der von einem offenen oder geschlossenen Rahmen
und einem Prüfling
gebildeten Struktur besitzt vier Knotenpunkte. Sie liegen innerhalb
der Rahmenstruktur auf einer Ebene. Zwei mögliche Eigenformen werden unterschieden:
- – Die
Struktur schwingt in der Ebene der Knotenpunkte.
- – Die
Struktur schwingt senkrecht zur Ebene der Knotenpunkte.
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1 zeigt
die entsprechenden Eigenformen 1b eines quadratischen Rahmens 1 mit
einheitlichem Profil. Die Beanspruchung der Eigenformen 1b ist
in der linken Spalte durch Biegung und in der rechten Spalte durch
eine Kombination von Torsion und Biegung gekennzeichnet.
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Beiden
Eigenformen 1b nach 1 ist eine Schubbeanspruchung überlagert.
Sie verringert sich mit zunehmendem Verhältnis von Länge zu Höhe der Rahmenseiten.
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In
Verbindung mit Trägheitskörpern 1a oder Gelenken
verändert
sich der Verlauf oder die Art dieser Beanspruchungen des Rahmens.
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Die 2 zeigt
Strukturvarianten und ihre Eigenformen für typische Prüfbelastungen
(Belastungsarten).
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Bei
gleicher Struktur und Eigenform werden mögliche statische Prüflasten
unterschieden.
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In
den folgenden Anwendungsbeispielen wird auf die in der 2 dargestellten
Varianten 1 bis 22 Bezug genommen.
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Anwendungsbeispiele
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Die
Anwendungsbeispiele der 3 bis 5 dienen
der Dauerschwingprüfung
hochvorgespannter Schraube-Mutter-Verbindungen 2 bei Zug- und
Biegebelastung und deren Kombination, beispielsweise für Schrauben
der Größe M6 bis
M24.
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Die
geschlossenen Rahmen 1 ihrer schwingenden Strukturen sind
so dimensioniert, daß sie eine
Vorspannung der Schraube 2 in Höhe ihrer Streckgrenze ohne
plastische Verformung ertragen.
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Rahmen 1 und
Trägheitskörper 1a sind
so dimensioniert, dass sie eine Schwingungsamplitude, bei welcher
die Schraube 2 ermüdet,
ohne Dauerbruch ertragen und die Eigenform die gewünschte Eigenfrequenz
hat.
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Rahmen 1 und
Trägheitskörper 1a sind
auf Stiften in einer Grundplatte 4 gelagert. Die Stifte
befinden sich in den Knotenpunkten 5 der Eigenschwingung.
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Im
Schwingungsbauch der Eigenform sind Dehnmessstreifen 7 auf
die Seiten des Rahmens 1 geklebt. Sie messen eine Beanspruchung,
die proportional zur Belastung der Schraube 2 ist. Das Dehnmessstreifensignal
der Schwingung wird in einem Rechner in einen Rechteckimpuls gleicher
Frequenz umgewandelt, wird verstärkt
und steuert Elektromagnete 3 an. Die Schwingungsamplitude
der Vorrichtung wird über
die Amplitude des Rechteckimpulses mit Proportional-Differential-Verhalten
von einem Rechnerprogramm geregelt. Phase und Impulsbreite können während des
Betriebes von Hand optimiert werden. Störungen der Netzspannung genügen, um
die Vorrichtung infolge der vom Rechner generierten Störimpulse
in die gewünschte
Eigenschwingung zu versetzen.
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Die
Vorrichtungen sind im Sinne einer hohen Dauerfestigkeit aus Einsatzstahl
(21MnCr5) gefertigt und einsatzgehärtet. Der Werkstoff ist ferromagnetisch
und wird von den Elektromagneten 3 unabhängig von
ihre Polung angezogen. Die Orientierung der Kraftwirkung ergibt
sich aus der Anordnung der Magnete 3. Sie werden phasengleich
angesteuert.
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Die
Darstellungen in der 3 zeigen eine Prüfvorrichtung
für die
Zugschwellbelastung einer hochvorgespannten Schraube-Mutter-Verbindung 2.
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Es
sind im oberen Bild die aus dem geschlossenen Rahmen 1 und
Trägheitskörpern 1a sowie
Schraube-Mutter-Verbindung 2 gebildete Struktur der Prüfvorrichtung
und die Anordnung der Elektromagnete 3 ersichtlich, im
unteren Bild ist eine Detailansicht der Schraubenverbindung 2 mit
geschnittener Darstellung des Rahmens 1 mit Trägheitskörpern 1a gezeigt.
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Die
Vorrichtung ist ein Anwendungsbeispiel der Struktur und Eigenform
von Variante 2 in 2. Die Vorrichtung ist zum Beispiel
für die
Schraube-Mutter-Verbindung der Gewindegröße M12 und einer Klemmlänge von
48 mm ausgeführt
und schwingt mit 120 Hz Eigenfrequenz.
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Die
Darstellungen in der 4 zeigen eine Prüfvorrichtung
für die
Biegewechsel- oder -schwellbelastung einer hochvorgespannten Schraube-Mutter-Verbindung 2.
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Es
sind im oberen Bild die von geschlossenem Rahmen 1 und
starren Trägheitskörpern 1a sowie
Schraube-Mutter-Verbindung 2 gebildete
Struktur und die Anordnung der Elektromagnete 3 ersichtlich,
im unteren Bild ist eine Detailansicht der Schraubenverbindung und
Einstellschrauben 6 zum statischen Biegen der geschnitten
dargestellten Struktur aus Rahmen 1 und Trägheitskörper 1a gezeigt.
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Die
Struktur der Vorrichtung ergänzt
die Varianten 6 und 7 in 2 um eine symmetrische Anordnung
von Trägheitskörpern 1a.
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Die
Vorrichtung ist z.B. für
die Schraube-Mutter-Verbindung der Gewindegröße M12 und einer Klemmlänge von
48 mm ausgeführt
und schwingt mit 120 Hz Eigenfrequenz. Für den Schwellbetrieb wird der
Rahmen 1 durch Aufweiten oder Verkleinern und Fixieren
der Spalte 8 in den Trägheitskörpern 1a nach
dem Vorspannen der Schraube 2 einstellbar statisch gebogen.
Die axiale Vorspannung und die Biegeschwingbeanspruchung der betroffenen
Rahmenseite werden mit Dehnmessstreifen 7 getrennter Brückenschaltungen
gemessen.
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Die
Darstellungen in der 5 zeigen eine Prüfvorrichtung
für die
kombinierte Zug- und Biegeschwellbelastung einer hochvorgespannten
Schraube-Mutter-Verbindung 2.
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Es
sind im oberen Bild die von Rahmen 1 und Trägheitskörpern 1a sowie
Schraube-Mutter-Verbindung 2 gebildete Struktur und die
Anordnung der Elektromagnete 3 ersichtlich, im unteren Bild
ist eine Detailansicht der Schraubenverbindung und der Rahmenseite 15 variabler
Länge zum
Einstellen des Verhältnisses
von statischer Zug- zu Biegebelastung mit geschnittener Darstellung
der Struktur von Rahmen 1 und Trägheitskörper 1a gezeigt.
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Die
Vorrichtung ist ein Anwendungsbeispiel der Struktur und Eigenform
von Variante 12 in der 2. Die Vorrichtung ist zum Beispiel
für die Schraube-Mutter-Verbindung
der Gewindegröße M10 und
einer Klemmlänge
von 40 mm ausgeführt und
schwingt mit 120 Hz Eigenfrequenz.
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In
den Anwendungsbeispielen nach den 6 bis 8 kennzeichnen
die Pfeile die mögliche
elektromagnetische Kraftanregung zu einem Zeitpunkt. Die Knotenpunkte 4 der
Eigenschwingungen für
eine vorgesehene Lagerung der schwingenden Strukturen sind ebenfalls
gekennzeichnet.
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Die 6 zeigt
eine Prüfvorrichtung
für die Biegewechselbelastung
und statische Torsion einer Welle 9 mit Kerbform. Sie ist
ein Anwendungsbeispiel der Struktur und Eigenform von Variante 5
in der 2.
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Die
Verbindungen der Rahmenseiten werden für den Schwingbetrieb festgeklemmt.
Zuvor wird der Rahmen 1 in sich verdreht, um die Welle 9 an
der Stelle ihrer Kerbform statisch zu tordieren. Die ganze Welle 9 wird
dabei in der Ebene senkrecht zur Ebene der Eigenschwingung in einen
S-Schlag gebogen und
durch eine konstante Querkraft belastet. Der Verlauf des Biegemomentes
in Richtung der Wellenachse hat seinen Nulldurchgang in der Mitte
der Welle 9 an der Stelle der Kerbform. Die Schubbeanspruchung
infolge der Querkraft ist für
Verhältnisse
der Welle 9 von Länge
zu Außendurchmesser
von mehr als zehn gering.
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Die 7 zeigt
eine Prüfvorrichtung
für die Torsionswechsel-
oder -schwellbelastung der Kerbe eines Kerbstabes 10.
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Ihre
Struktur verzichtet auf die Trägheitskörper 1a der
Variante 16 in 2.
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Der
ganze Stab 10 wird in einen S-Schlag gebogen und durch
eine veränderliche
Querkraft belastet. Der Verlauf des Biegemomentes in Stabrichtung
hat seinen Nulldurchgang in der Mitte des Stabes 10 an
der Stelle der Kerbe. Die Schubbeanspruchung der Kerbe infolge der
Querkraft ist für
Verhältnisse
des Stabes 10 von Länge
zu Außendurchmesser
von mehr als zehn gering.
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Die
Verbindungen der Rahmenseiten werden für den Schwingbetrieb festgeklemmt.
Zuvor wird der Rahmen 1 in sich verdreht. Die statische
und dynamische Beanspruchung der Kerbe sind dann gleichartig und
ihre Verläufe
entlang der Stabachse ähnlich.
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8 zeigt
eine Prüfvorrichtung
für kombinierte
Torsions- und Biegewechsel-
oder -schwellbelastung einer Welle-Nabe-Verbindung 11 mit Keilprofil.
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Sie
ist ein Anwendungsbeispiel der Struktur und Eigenform von Variante
16 in der 2.
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Die
ganze Welle 11 wird in einen S-Schlag gebogen und durch
eine veränderliche
Querkraft belastet. Das Biegemoment ist an den beiden Einspannungen
der Welle 11 am größten. Das
Torsionsmoment ist in Richtung der Wellenachse konstant. Die Schubbeanspruchung
der Welle 11 infolge der veränderlichen Querkraft ist für Verhältnisse
von Länge
zu Durchmesser von mehr als zehn gering.
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Die
Verbindung der Rahmenseiten wird für den Schwingbetrieb festgeklemmt.
Zuvor wird der Rahmen 1 in sich verdreht. Die statische
und dynamische Beanspruchung der Welle-Nabe-Verbindung 11 sind dann gleichartig
und ihre Verläufe
in Richtung der Wellenachse ähnlich.
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- 1
- Rahmen
- 1a
- Trägheitskörper
- 1b
- Eigenform
des Rahmens 1
- 2
- Schraube-Mutter-Verbindung
(Prüfling)
- 3
- Elektromagnet
- 4
- Grundplatte
- 5
- Knotenpunkt
- 6
- Einstellschraube
- 7
- Dehnmeßstreifen
- 8
- Spalt
- 9
- Welle
- 10
- Kerbstab
- 11
- Welle-Nabe-Verbindung
- 15
- Rahmenseite