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verfanren und Vorrichtung zur Prüfung von Hohlkörpern mit Impulshydraulik
bei Innendruck-Schwellanlagen.
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Die Vorliegende Erfindung betrifft ein beues Vrfahren und eine neue
Vorrichtung zur Prüfung von Hohlkörpern, d.h.Spezieli von Behältern und Rönren durch
hydraulische Impulse, die ohne elketronische Steuerung in ihrer Frequenz und Amplitude
stufenlos regelbar einem vorgespanntem Medium im Pröfling überlagert werden.
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Zur Herstellung von Hohlkörpern im allgemeinen gehört eine Prüfung
des Fertigproduktes zu den Vorschften der einzelnen Arbeitsgänge.
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Im wesentlichen handelt es sich bei der Prüfung um die Erfassung von
Materialfenler, bezw. von Materialermüdung des Werkstofftes oder auch um Herstellfeder,
die z.B. bei der Verformung oder Bearbeitung des Werkstoffes auftreten können.
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Die Prl;rvorscnrirten sind senr unterschiedlicher Art und ricnteii
sich sinnvollerweise nach dem späteren Verwendungsweck des Produktes.
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Es wird beispielsweise bei Nehöltern, die verformt oder geschweisst
hergestellt werden und senr geringen Drücken ausgesetzt sind, nur eine einfache
Dichtigkeitsprüfung vorgenommen, da ein bestimmter, statischer Druck für die Sicherheit
des Produktes völlig ausreichend ist.
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Die Prüfungsvorschriften ändern sich weitgenend, wenn z.B. Druckbehälter,
Tanks, Flaschen, Zylinder oder Rohre den Bestimmungen des Technischen Überwachungsvereins
oder bestimmten Abnahmebedingungen des Kunden unterliegen. Diese Vorschriften sind
ebenlalls vielseitig Je nacn Verwendungszweck des Prüflings. Man kann sie unterteilen
in statische und dynamische Prüfverfahren.
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Es wird beispielsweise bei flaschen oder Oelspeichern, die aus einem
Ronling durch Verformung hergestellt werden, normalweise nur eine statische Drückprüfung
vorgenommen.
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Bei Röhren, die aus Stahl oder Kunststoff gefertigt werden und den
verschiedensten Druck- und Temperaturspannungen ausgesetzt sind, werden nicht nur
vom TÖV, sondern vorwiegen vom Kunden besondere Abnahmebedingungen für die Sicherheit
der Fertigteile im Späteren Einsatz gestellt. Aus diesen Grund werden die Produkte
sehr ort auf das dynamische Verhalten geprüft Man bedient sicn bei der Druckprüfung,
die zum grössten Teil den Sicherheitsbestimmungen entsprechen, der Hydraulik als
Druckmittel, wobei Oel, Oelemulsion und Wasser die Medien mit geringstem Kompressibilitätsfaktor
im Gegensatz zur Luft zum Einsatz kommen.
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in den letzten Jahren sind die Prdfmethoden ständig verbessert und
rationalisiert worden, da die Prüf- und Abnahmebedingungen in zunehmendem Masse
verschärft worden sind.
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bei den Hohlkörpern trifit dieses vorwiegend für die Herstellung von
Flaschen und Röhren zu. Beispielsweise ist oft bei geschweissten Röhren die laulende
Röntgenuntersuchung der Schweissnaht für bestimmte Rohrqualitöten nicht ausreichend.
Der Kunde wünscht darüber hinaus eine Er-Probung auf katerialermüdung durch Dauerstandsversuche.
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Aufgrund dieser Anforderungen nat man $Prüfeinrichtungen entwickelt,
um das dynamische Verhalten von Prüflingen zu untersucnen und sogenannte Innendruck-Schwellanlagen
gebaut.
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Der Wusch des Werkstattlabors der hersteller von Hohlkörpern geht
dahin, die vorgespannte Druckflüssigkeit im Prüfling in verschiedenen bruckbereichen
pulsieren zu lassen d.h. variable Schwingungen durch Anderung der Frequenz und Amplitude
in weiten Grenzen zu erzeugen, um somit einen Test über die Materialermüdung zu
erhalten.
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Es sind bisher Prüfverfahren angewandt worden, die auf elektro-hydraulischem
Wege ein An- und Abschwellen des Prüfdruckes herbeiführen.
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Abb. 1 veranschaulicht den Aufbau eines Hydraulikschemas, wobei eine
regelbare Achsialkolbenpumpe elektronisch umgesteuert wird und ihre wechselnden
Impulse in das Prüfsystem übertragt. Der elektronische Teil hierzu geht aus Abb.
2 hervor, Anstelle von regelbaren Achsialkolbenpumpen werden bei den Prüfverfanren
Pulsationen auch durch Umsteuerung von Wegeschiebern erzeugt. bei diesem Aufbau
kommt bisner ebenfalls die Elektronik zur Anwendung.
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Die Entwicklung von Innendruck-Schwellanlagen zur materialprülung
für Dauerstandsversuche ohne Elektronik und ohne umsteuerbare Pumpen, bezw.
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Wegeschieber war der Gedanke zur Patentanmeldung.
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Der Erfindung hinsichtlich des Verfahrens zur Prüfung von Hohlkörpern
liegt die Anwendung der neuen Impulshydraulik zugrunde, die es ermöglicht, ohne
Elektronik in weiten Grenzen Frequenz und Amplitude eines Druckmittels zu ändern
und dem vorgespannten medium eines Prüflings zu überlagern.
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Es ist als besonders zweckmässig anzusehen, wenn die schwingende Bewegung
von in zeitlichem Abstand eingeführten Impulsen erzeugt wird.
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Hirdurch wird es möglich, die Schwingungen so zu gestalten, dass sich
optimale Schwellwerte erzielen lassen.
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Insbesondere ist dieses dann der Fall, wenn Impulse bei Impulsbeginn
einen strken Kraftanstieg und dann bis zum Impulsende eine gleichmässig oder sich
gleichmässig ändernde Kraft aufweisen.
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Das Wesen der erfindungsgemässen Vorricutung bestent in dem Aufbau
einer Innendruck-Schwellanlage, bei der ein L'lit einem Druckmittel vorgespannter
Prüfling mit einem doppelseitig beauiscnla6ten Lylinder in Verbindung stent, der
wecnselseitig durch ein Druckmittel über ein Steuergerät beaufschlagt wird und variable
Impulse dem medium des Prüflings überträgt.
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Das Steuergerät ist an eine zentrale Druckoelstation angeschlossen.
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Aus Abb. 3 gent der Aufbau einer Innendruck-Schwellanlage mit Impuls-Hydraulik
hervor.
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Der Elektromotor l treibt eine Oelpumpe z an, die inr Oel über den
Mengenregler 4 zur Amplitudenreglung weiter zum Inpulsgenerator (Steuergerät) 5
fördert. Letzterer wird hydraulisch oder elektrisch mit fester oder regelbarer Drehzahl
zur Frequenzregelung 6 angetrieben und besitzt vier Leitungsanschlüsse. Die Leitungen
B und A führen das Druckoel zu dem pulsierenden hydrozylinder 7 , der wechselseitig
beaufschlagt wird. Im Steuergerät wird die Verbindung P - A kurzgeschlossen und
das zurückstrõmende tiel des Zylinders 7 fliesst von B - T über lilter 8 in den
Tank zurück. Das Druckbegrenzungsventil 3 bestimmt den Systemdruck und dient zur
Kraftregelung.
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Die Kraftschlässige Verbindung zwischen dem pulsierenden Arbeitszylinder
7 und dem Prüfling erfolgt nach Abb. 3 über eine Laterne in deren Achse die eine
Seite der Kolbenstange des Arbeitszylinders verlängert in uen Prülling hineinragt,
Es gibt noch eine Reihe andere Konstruktienmittel, die eine Pulsation des Arbeitskolbens
im Zylinder 7 auf das Drückmittel im Prüfling übertragen, z.B. Membrane.
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Die Vorrichtung zur Erzeugung von Druckimpulsen (Steuergerät) kann
ein drehender oder schwingender Steuerschieber sein, mit welchem zumindest gegen
die eine Seite des Kolbens im Arbeitszylinder in wechselnder Folge einmal eine Druckleitung,
das andere Mal die Rücklaufleitung angeschlossen wird.
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Der drehende oder schwingende Steuerschieber weist sehr einfache Möglichkeiten
auf, um die Impulsform und die Impulsfrequenz zu verändern.
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Eine Möglichkeit zur bestimmten Gestaltung von Impulsformen und auch
zu deren Veränderung besteht darin, dass die Schlitze und Öffnungen (Len Druckmitteldurchlass
im Steuerschieber mit in Kurvenform gestalteten Kahten ausgestattet sind. Durch
von der Rechteckform abweichende Schlitze und Ütinungen lase sicn unterschiedliche
Impulsformen erzeugen.
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Die Frequenz lässt sich bei einem schwingenden Steuerschieber leicht
dadurch variieren, dass als Antrieb ein hockenrad vorgeseiien ist, dessen Antriebsmotor
auf verschiedene Drehzahlen einstellbar ist.
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Bei einem drehenden Steuerschieberkolben lösst sich die Frequenz leichter
dadurch ändern, dass als Antrieb ein auf verschiedene Drehzahlen einstellbarer Antriebmotor
vorgesehen ist.
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Der Steuerschieberkolben eines Drehschiebers kann sowohl dreh-, als
aucn verschiebbar ausgebildet sein. Bei einem drehenden Steuerscnieber ist die Antriebsdrehzahl
des Steuerkolbens massgebend fur die erzeugten Druckfrequenzen. Eine zusätzliche
Verschiebung des drehenuen Steuerschieberkolbens bewirkt eine Veränderung der Durchlassmengen
und bei N = const. eine Veränderung der Drücke.
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bei eine oszillierenuen Steuerschieberkolben benutzt man die Schwingfrequenz
des Kolbens einer bestimmten Frequenz der hydraulisenen Impulse. Zusätzlich läsbt
sicn der oszillierende Steuerschieberkolben
noch während seines
Hubes verdrehen. Dadurch erhält man ebenfalls variable Durchflusswerte.
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Die Ausbildung des von einem Antriebsmotor angetriebenen Drehschiebers
in einfacher Ausführungm ohne Längsverschiebung und seine Wirkungsweise gent aus
Abb. 4 hervor.
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Die Darstellung zeigt schematisch die Abwicklung des Umlanges des
Drehschiebers in Verbindung mit dem Arbeitskolben in beiden Endlagenstellungen und
hierzu die Aufteilung des Stromes. Bei hydraulischer betätigung des Drehschiebers
erfolgt der Oeleintritt durch eine Einlassöffnung im Gehäuse und eine Verbindung
zu einer umlaufenden Ringnut des Drehschiebers. Rechts und links dieser Ringnut
sind um 180° versetzt je eine oder zwei achsial angeordnete Geltaschen am Umfang
eingefräst.
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Ausserdem sind zu den Oeltaschen gehörend eine oder zwei korrespondierende
Oelbohrungen am Umfang versetzt angeordnet, die nach Innen verlaufen und das Druckmittel
mit einer achsial gerichteten Bohrung zu der Oelaustritts-Ringnut führen.
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Im Drehschiebergehäuse sind ebenfalls radiale bohrungen vorgesehen,
die bei einer Umdrehung des Drehschiebers mit den Oeltaschen und Bohrungen des Schiebers
zur Überdeckung kommen.
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Demzufolge wird bei Eintritt des Drucsmittels in die Ringnut im Schnitt
a - b die Oelbohrung A mit der Kolbenseite A des Arbeitszylinders kurzgeschlossen.
Das auf B verdrängte Oel fliesst gleichzeitig über die Bohrung B zur Oelaustritts-Ringnut.
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Nach einer Halben Umdrehung des Drehschiebers wird die Oelbohrung
C mit dem Druckmittelzufluss kurzgeschlossen. A und B bleiben dabei verschlossen.
Das Druckmittel beaufschlagt nunmehr in umgekehrter Weise die Solbenseite C . Der
Arbeitskolben bewegt sich in die andere Endlagenstellung untt schiebt das Oel über
Bohrung D aus.
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Durch die Wahl dieses Drehscniebers wird der Druckmittelzufluss intermittierend
in zwei Oelströme geteilt. Die Frequenz ändert sich mit der Drehzahl. Die Durchflussmengenänderung
variiert den Druck.
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Der konstruktive Aufbau von Innendruck-Schweilanlagen richtet sich
nach der Form und den Abmessungen des Prüflings.
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Der einlaciie Aufbau für kleinere und mittlere LeistullOen kleinerer
Prüflinge ist nach Abb. 3 die Kombination von Steuergerät 5 und der Arbeitszylinder
7 zusammen mit der Druckoelversorgungsstation in einer Einheit.
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Zwischen tier austretenden Kolbenstange des Arbeitszylinders und dem
Prüfling ist eine mechanische oder hydraulische Kraftschlüssige Verbindung herzustellen,
uni die Pulsation aul das Druckmedium des Priiflings zu übertragen.
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bei grüsseren Prüflingen erscheint es, wie in Abb. 3 , zweckmässig,
den Arbeitszylinder vom Steuergerät zu trennen und diesen mit dem Prüfling starr
zu verbinden.
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Ein spezieller Aufbau einer Innendruck-Schwellanlage entstent, wenn
ein 20 - 30 m langer Hohlkörper, z.b. Röhren im Dauerversuch auf Festigkeit und
Materialermüdung geprüft werden sollen.
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In Abb. o ist eine derartige Anlage dargesteilt. Die Druckoelstation
für steuergerät unu Arbeitszylinder bilden eine Einheit.
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Der PrZflinO der an den Enden verschlossen ist, ernält in seiner Achse
ein sleiner dimensioniertes Rohr mit einer Durchführung an einer Seite des Prüflings.
Dieses honr welches in kurzen Abständen im Inneren des Prätlings mit Membrankörpern
ausgerustet ist, wird wie der Prüfling mit einer Druckflüssigkeit gefüllt und erhält
vom Arbèitszylinder überlagernde variable Impulse.
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Eine andere Variation bei der Prüfung langer Rohre ergibt sich durch
einen im Innenraum durchlaufenden Druckkürper (Molch).
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Zusammenfassend liegen der Erfindung folgende Vorteile gegenüber den
bisherigen Prüfmethoden bei Innendruck-Schwellanlagen zugrunde: - Impulsprüfungen
bei lnnendruck-Schwellanlagen zur Untersuchung von Materialermüdung im Dauerversuch
ohne Elektronik nur mit nydraulisch erzeugten, in Frequenz und Amplitude variablen
Pulsationen, die dem vorgespannten Medium im Prüfling überlagert werden.
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- lnnendruck-SchwellanlagenJ die als Prüfstand in einer Einheit Druckoelstation,
Steuergerät und Pulsationszylinder vereinen und Impulse mechanisch oder hydraulisch
an einen Prüfling dbertragen.
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- unter Anwendung der Impulshydraulik die Verwendung eines Drehschiebers
mit Aufteilung des Druckmittelstromes und idealer Anpassung zur Erreichung optimaler
Schwellwerte.