DE10204258B4 - Prüfvorrichtung zur Dauerschwingprüfung von Prüflingen - Google Patents

Prüfvorrichtung zur Dauerschwingprüfung von Prüflingen Download PDF

Info

Publication number
DE10204258B4
DE10204258B4 DE10204258A DE10204258A DE10204258B4 DE 10204258 B4 DE10204258 B4 DE 10204258B4 DE 10204258 A DE10204258 A DE 10204258A DE 10204258 A DE10204258 A DE 10204258A DE 10204258 B4 DE10204258 B4 DE 10204258B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
dut
frame
test
vibration
closed frame
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE10204258A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10204258A1 (de
Inventor
Attila Alt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alt Attila 28203 Bremen De
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE10204258A priority Critical patent/DE10204258B4/de
Publication of DE10204258A1 publication Critical patent/DE10204258A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10204258B4 publication Critical patent/DE10204258B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/32Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0078Testing material properties on manufactured objects

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

Prüfvorrichtung zum Erzeugen einer statischen und harmonischen Zug-/Druck-, Biege- oder Torsionsbelastung eines Prüflings mit einer auf einem Fundament gelagerten Prüflingshalterung, einem an der Prüflingshalterung angreifenden Schwingungserzeuger und einem Sensor zur Ermittlung der Eigenfrequenz der aus Prüfling und Prüflingshalterung bestehenden Struktur, die an den Schwingungserzeuger zurückgekoppelt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
– die Prüflingshalterung einen einseitig offenen oder geschlossenen Rahmen (1) derart bildet, dass der Prüfling (2) einen offenen Rahmen (1) schließt oder zwei Abschnitte eines geschlossenen Rahmens (1) verbindet
– der Prüfling (2) durch eine innere Verspannung des geschlossenen Rahmens (1) oder die gegenseitige Verspannung von offenem Rahmen (1) und Prüfling (2) statisch belastet ist.
– die aus der Eigenschwingung der Struktur resultierenden Trägheitskräfte der Eigenschwingung den Prüfling mit Hebelwirkung belasten.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zur Dauerschwingprüfung von Prüflingen wie Werkstoffproben, Bauteilen oder Bauteilverbindungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • 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.
  • Geeignete Antriebe versetzen und betreiben die Anordnungen in Eigenschwingung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Verschiedene Ausführungsformen und Antriebe beinhalten weitere Nachteile.
  • Die Prüfvorrichtungen belasten den Prüfling direkt oder mit einer Feder in Reihenschaltung zwischen zwei gegenläufig schwingenden Massen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Prüfvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • 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.
  • Das Spektrum der Aufgabenstellung wird durch die abgestimmte Wahl von Struktur und angeregter Eigenschwingung und die beanspruchungsgerechte Dimensionierung der Struktur erfüllt.
  • 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.
  • 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.
  • Im Sinne einer Materialeinsparung können der offene oder geschlossene Rahmen und der Prüfling für eine ähnlich große Beanspruchung dimensioniert werden.
  • 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.
  • Die Hebel können nach Anspruch 3 vergrößert werden.
  • Die obere Grenze möglicher Eigenfrequenzen liegt oberhalb von 1 kHz.
  • Die Eigenfrequenz der Vorrichtung nach Anspruch 4 ist verstellbar.
  • Die Belastung kann bis an die Grenze der Messbarkeit reduziert werden.
  • Der Betrieb der Vorrichtung erfolgt ohne Gleit-, Roll- oder Stoßvorgänge. Es wird nur eine Eigenschwingung der Vorrichtung angeregt. Das Betriebsgeräusch enthält nur die Eigenfrequenz.
  • 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.
  • Die Vorrichtung nach Anspruch 2 ist frei von Reaktionskräften in den Knotenpunkten ihrer Eigenschwingung gelagert sein.
  • 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.
  • Der Betrieb in Eigenschwingung erfolgt nach bevorzugter Ausführungsform mit Hilfe von Elektromagneten.
  • Ein Messsignal der Eigenschwingung wird für die Ansteuerung der Elektromagneten ohne Veränderung der Frequenz verarbeitet und verstärkt.
  • Eine erste Anregung kann mechanisch durch ein Anstoßen der Eigenschwingung oder ebenfalls elektromagnetisch durch Störimpulse oder Ähnliches erfolgen.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung wird anhand von Ausführungsformen der Prüfvorrichtung näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
  • 1: die schematische Darstellung von Eigenformen eines quadratischen Rahmens mit einheitlichem Profil,
  • 2: Beispiele von Strukturvarianten und ihre möglichen Prüfbelastungen,
  • 3: Darstellungen der Prüfvorrichtung für Zugschwellbelastung einer hochvorgespannten Schraube-Mutter-Verbindung,
  • 4: Darstellungen der Prüfvorrichtung für Biegewechsel- oder -schwellbelastung einer hochvorgespannten Schraube-Mutter-Verbindung,
  • 5: Darstellungen der Prüfvorrichtung für kombinierte Zug- und Biegeschwellbelastung einer hochvorgespannten Schraube-Mutter-Verbindung,
  • 6: eine Prüfvorrichtung für die Biegewechselbelastung und statische Torsion einer Welle mit Kerbform,
  • 7: eine Prüfvorrichtung für die Torsionswechsel oder -schwellbelastung eines Kerbstabes,
  • 8: eine Prüfvorrichtung für kombinierte Torsions- und Biegewechsel- oder -schwellbelastung einer Welle-Nabe-Verbindung mit Keilprofil,
  • 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.
  • 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.
  • Die Prüfvorrichtung wird aus einem offenen oder einem geschlossenen Rahmen und einem Prüfling gebildet. Die Eigenschwingung dieser Struktur belastet den Prüfling dynamisch.
  • Der Zeitverlauf der Belastung ist sinusförmig. In der Richtung kann die Belastung wechseln oder schwellen. Gegebenenfalls können sich die statische und dynamische Belastungsart unterscheiden.
  • Der geschlossene Rahmen wird in sich oder der offene Rahmen gegen den Prüfling statisch verspannt.
  • Die Eigenschwingung des Rahmens kann durch Trägheitskörper, die fest an den Rahmen gebunden sind, beeinflusst werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Beiden Eigenformen 1b nach 1 ist eine Schubbeanspruchung überlagert. Sie verringert sich mit zunehmendem Verhältnis von Länge zu Höhe der Rahmenseiten.
  • In Verbindung mit Trägheitskörpern 1a oder Gelenken verändert sich der Verlauf oder die Art dieser Beanspruchungen des Rahmens.
  • Die 2 zeigt Strukturvarianten und ihre Eigenformen für typische Prüfbelastungen (Belastungsarten).
  • Bei gleicher Struktur und Eigenform werden mögliche statische Prüflasten unterschieden.
  • In den folgenden Anwendungsbeispielen wird auf die in der 2 dargestellten Varianten 1 bis 22 Bezug genommen.
  • Anwendungsbeispiele
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Rahmen 1 und Trägheitskörper 1a sind auf Stiften in einer Grundplatte 4 gelagert. Die Stifte befinden sich in den Knotenpunkten 5 der Eigenschwingung.
  • 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.
  • 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.
  • Die Darstellungen in der 3 zeigen eine Prüfvorrichtung für die Zugschwellbelastung einer hochvorgespannten Schraube-Mutter-Verbindung 2.
  • 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.
  • 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.
  • Die Darstellungen in der 4 zeigen eine Prüfvorrichtung für die Biegewechsel- oder -schwellbelastung einer hochvorgespannten Schraube-Mutter-Verbindung 2.
  • 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.
  • Die Struktur der Vorrichtung ergänzt die Varianten 6 und 7 in 2 um eine symmetrische Anordnung von Trägheitskörpern 1a.
  • 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.
  • Die Darstellungen in der 5 zeigen eine Prüfvorrichtung für die kombinierte Zug- und Biegeschwellbelastung einer hochvorgespannten Schraube-Mutter-Verbindung 2.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die 7 zeigt eine Prüfvorrichtung für die Torsionswechsel- oder -schwellbelastung der Kerbe eines Kerbstabes 10.
  • Ihre Struktur verzichtet auf die Trägheitskörper 1a der Variante 16 in 2.
  • 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.
  • 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.
  • 8 zeigt eine Prüfvorrichtung für kombinierte Torsions- und Biegewechsel- oder -schwellbelastung einer Welle-Nabe-Verbindung 11 mit Keilprofil.
  • Sie ist ein Anwendungsbeispiel der Struktur und Eigenform von Variante 16 in der 2.
  • 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.
  • 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.
  • 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

Claims (5)

  1. Prüfvorrichtung zum Erzeugen einer statischen und harmonischen Zug-/Druck-, Biege- oder Torsionsbelastung eines Prüflings mit einer auf einem Fundament gelagerten Prüflingshalterung, einem an der Prüflingshalterung angreifenden Schwingungserzeuger und einem Sensor zur Ermittlung der Eigenfrequenz der aus Prüfling und Prüflingshalterung bestehenden Struktur, die an den Schwingungserzeuger zurückgekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Prüflingshalterung einen einseitig offenen oder geschlossenen Rahmen (1) derart bildet, dass der Prüfling (2) einen offenen Rahmen (1) schließt oder zwei Abschnitte eines geschlossenen Rahmens (1) verbindet – der Prüfling (2) durch eine innere Verspannung des geschlossenen Rahmens (1) oder die gegenseitige Verspannung von offenem Rahmen (1) und Prüfling (2) statisch belastet ist. – die aus der Eigenschwingung der Struktur resultierenden Trägheitskräfte der Eigenschwingung den Prüfling mit Hebelwirkung belasten.
  2. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüflingshalterung in Knotenpunkten der Eigenschwingung gelagert ist.
  3. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem offenen oder geschlossenen Rahmen (1) und Prüfling (2) gebildete Struktur paarweise für Bereiche, die gemäß ihrer Verformung in der Eigenschwingung benachbarten Knotenpunkten zuzuordnen sind, um Trägheitskörper (1a) erweitert ist.
  4. Prüfvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägheitskörper (1a) lösbar oder verstellbar befestigt sind.
  5. Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschwingung elektromagnetisch angeregt ist.
DE10204258A 2001-09-25 2002-02-02 Prüfvorrichtung zur Dauerschwingprüfung von Prüflingen Expired - Fee Related DE10204258B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10204258A DE10204258B4 (de) 2001-09-25 2002-02-02 Prüfvorrichtung zur Dauerschwingprüfung von Prüflingen

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10148614.6 2001-09-25
DE10148614 2001-09-25
DE10204258A DE10204258B4 (de) 2001-09-25 2002-02-02 Prüfvorrichtung zur Dauerschwingprüfung von Prüflingen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10204258A1 DE10204258A1 (de) 2003-04-24
DE10204258B4 true DE10204258B4 (de) 2007-10-11

Family

ID=7701132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10204258A Expired - Fee Related DE10204258B4 (de) 2001-09-25 2002-02-02 Prüfvorrichtung zur Dauerschwingprüfung von Prüflingen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10204258B4 (de)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010027897B4 (de) * 2010-04-19 2013-02-28 Sven Henze Schwingungsprüfeinrichtung
DE102012014893B4 (de) 2012-07-27 2014-09-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Prüfsystem zur dynamischen und/oder zyklischen Belastungsprüfung einer Probe
CN103575491B (zh) * 2013-11-12 2016-04-20 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 空心结构高周疲劳振动测试装置及方法
CN104019950B (zh) * 2014-05-20 2016-03-30 北京航空航天大学 一种测试飞机油箱振动疲劳性能的试验***
CN104020259B (zh) * 2014-06-17 2015-06-17 哈尔滨工程大学 阻尼材料的损耗因子与能量及温度耦合关系的测试装置及测试方法
DE102019001241B4 (de) * 2019-02-21 2022-02-10 Attila Alt Biegeresonanzprüfvorrichtung
CN116296302B (zh) * 2022-09-09 2023-11-03 中国航发沈阳发动机研究所 一种涡轮后机匣结构典型弯曲部位应力试验件
CN117250095B (zh) * 2023-11-10 2024-02-02 鸿安(福建)机械有限公司 一种碳纤维制品疲劳强度检测装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2145996A1 (de) * 1971-09-15 1973-03-22 Volkswagenwerk Ag Anordnung zur bestimmung der schwingfestigkeit schwingungsbeanspruchter prueflinge, insbesondere schraubenfedern
US3751977A (en) * 1972-04-19 1973-08-14 Chem Instr Corp Material analyzing apparatus
US4295374A (en) * 1979-09-10 1981-10-20 E. I. Du Pont De Nemours And Company Specimen grips for dynamic mechanical analyzer
DE3102778A1 (de) * 1980-02-11 1981-12-17 Russenberger Prüfmaschinen AG, 8200 Schaffhausen Vorrichtung fuer die schwingfestigkeitspruefung
DE3309068A1 (de) * 1983-03-14 1984-09-20 MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München Piezoelektrischer schwingungserreger
JPS62124437A (ja) * 1985-11-26 1987-06-05 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 応力疲労試験装置
DE4412704A1 (de) * 1994-04-13 1995-10-19 Erich Gerards Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung periodischer Lasten

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2145996A1 (de) * 1971-09-15 1973-03-22 Volkswagenwerk Ag Anordnung zur bestimmung der schwingfestigkeit schwingungsbeanspruchter prueflinge, insbesondere schraubenfedern
US3751977A (en) * 1972-04-19 1973-08-14 Chem Instr Corp Material analyzing apparatus
US4295374A (en) * 1979-09-10 1981-10-20 E. I. Du Pont De Nemours And Company Specimen grips for dynamic mechanical analyzer
DE3102778A1 (de) * 1980-02-11 1981-12-17 Russenberger Prüfmaschinen AG, 8200 Schaffhausen Vorrichtung fuer die schwingfestigkeitspruefung
DE3309068A1 (de) * 1983-03-14 1984-09-20 MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München Piezoelektrischer schwingungserreger
JPS62124437A (ja) * 1985-11-26 1987-06-05 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 応力疲労試験装置
DE4412704A1 (de) * 1994-04-13 1995-10-19 Erich Gerards Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung periodischer Lasten

Also Published As

Publication number Publication date
DE10204258A1 (de) 2003-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3930297C2 (de) Abtastvorrichtung mit Torsionsstab und Dämpfung
DE3332239C2 (de)
EP1784583B1 (de) Befestigung die übertragung von schocks und vibrationen unterdrückt
DE102010027897B4 (de) Schwingungsprüfeinrichtung
EP2927660B1 (de) Vorrichtung zur Belastungsprüfung rotatorischer Prüflinge
EP2921842B1 (de) Resonanzprüfmaschine
DE4326146A1 (de) Vibrations-Linear-Förderer
DE10204258B4 (de) Prüfvorrichtung zur Dauerschwingprüfung von Prüflingen
DE102006030008A1 (de) Befestigung, die die Übertragung von Schocks und Vibrationen unterdrückt
DE2659692C3 (de) Vorrichtung zum Analysieren der dynamischen Eigenschaften einer Probe
CH715070A2 (de) Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten und Feststoffen mit Flüssigkeiten mittels Vibration.
EP0344194B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum prüfen von fahrzeug-stabilisatoren
DE102005042677A1 (de) Coriolis-Massendurchfluss-Aufnehmer
EP0356429B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum prüfen von federnden elementen mit im wesentlichen linearem federweg
DE102005053331A1 (de) Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße
EP0082884B1 (de) Lagerung für eine Auswuchtmaschine zum Auswuchten von elastischen Rotoren
DE10312706B4 (de) Vibrations-Linearförderer
DE102019001241B4 (de) Biegeresonanzprüfvorrichtung
DE102010060955B4 (de) Schwingungsprüfungs-Aktuator mit Unwuchterreger
DE651209C (de) Backenbrecher
DE102004035128B4 (de) Prüfvorrichtung und Verfahren zum Prüfen von Fahrzeug-Stabilisatoren
DE10321436A1 (de) Vorrichtung zur Erzeugung von Kräften
EP3732448B1 (de) Messgerät vom vibrationstyp mit einem messrohr
DE102006027577A1 (de) Antriebseinrichtung für einen Werkzeughalter und Verfahren zu dessen Antrieb
DE3712180C2 (de)

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: ALT, ATTILA, 28203 BREMEN, DE

8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee