DE3342081C1 - Maschinengestell zur Durchführung von Werkstoffprüfungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft den in der Prüfmaschinennorm DIN 51221 als Maschinengestell bezeichneten Teil einer Universalprüfmaschine, die mit einem elektro-mechanischen Antrieb und Kraft- und Verformungsmeßeinrichtungen ausgerüstet ist. Letztere bestehen aus elektromechanischen (Kraftaufnehmer, Wegaufnehmer) und elektronischen Komponenten (Meßverstärker, DigitalAnalog-Umformer usw.).

Als Univcrsalprüfmaschinen werden in dieser Prüfmaschinennorm solche Maschinen bezeichnet, auf denen genormte Zugversuche, Druckversuche und Biegeversuche durchgeführt werden können. Es handel sich dabei in der Regel darum, durch mechanische Beanspruchung Eigenschaftswerte an Proben wie Probestäben, Formelementen, Bauteilen und Bauteilgruppen zu ermitteln.

Moderne Universalmaschinen der gekennzeichneten Art verfügen in der Regel über leistungsfähige Regelantriebe mit großen Geschwindigkeitsbereichen. Durch leicht auswechselbare elektro-mechanische Kraft- und Verformungsaufnehmer und Probenhalter können nunmehr auf derselben Maschine die unterschiedlichsten Werkstoffe geprüft werden. Vom textlien Faden, der nur sehr kleine Prüfkräfte benötigt, geht der Anwendungsbereich bis zu dicken Stahlproben mit Prüfkräften von mehreren 100 Kilonewton.

Der Arbeitsraum der Prüfmaschine nimmt die Versuchsanordnung auf. Diese wird gebildet aus der Probe, den Probehaltern und den Kraft- und Wegaufnehmern sowie den evtl. erforderlichen mechanischen Anschlußteilen an das Maschinengestell. Aus diesem Grunde befindet sich auch der eigentliche Arbeitsplatz des Benutzers direkt vor diesem Maschinengestell. Dieser Arbeitsraum soll nun in einem für den Benutzer ergonomisch günstigen Seh- und Griffbereich liegen.

Trotz der Bedeutung dieser Forderung ist aber heute noch die traditionelle Bauform bei den Maschinengestellen verbreitet, bei der auf einem Sockel, der die Antriebseinheiten in Form von Motor und Getriebe, gegebenenfalls auch die dazu erforderliche elektrische Leistungssteuereinheit enthält, der Lastrahmen aufgesetzt ist, über den die Wegänderung auf die Probe übertragen und die daraus resultierende Prüfkraft entnommen wird.

j5 Eine sitzende Bedienung dieser Prüfeinrichtung ist nicht möglich. Der Bereich des Maschinensockels ist für den Arbeitsraum nicht nutzbar. Darüber hinaus ist für den Einsatz von Temperatur-Prüfkammern usw. eine sehr große Bauhöhe erforderlich.

Insbesondere für kleinere Prüfkräfte gibt es nun Maschinengestelle, die an Stelle des Sockels einen Tisch als Untersatz haben, der die für eine sitzende Bedienung notwendige Beinfreiheit gewährleistet. Der dann vergleichsweise kleine Antrieb wird neben, hinter oder unter der Tischplatte angeordnet.

Der Nachteil dieser Konzeption besteht jedoch darin, daß auch hier der Raum bis Tischhöhe nicht als Arbeitsraum benutzt werden kann, so daß auch dieses Maschinengestell für den Einsatz einer Temperatur-Prüfkammer eine sehr große Bauhöhe aufweisen muß.

Die vorerwähnten ergonomischen Überlegungen werden nun von einer bereits realisierten Konzeption eines Maschinengestells berücksichtigt, bei der die Antriebseinheit nicht mehr in einem Sockel unter dem Lastrahmen, sondern direkt neben oder hinter der Prüfmaschine angeordnet ist. Damit ist nur noch eine vergleichsweise geringe Bauhöhe für ein Getriebesystem erforderlich, welches zur Synchronisation und Drehmoment-Übertragung zwischen den beiden Antriebsspin-

bo dein benötigt wird. Diese Konzeption erfordert zwei über die gesamte Bauhöhe reichende Antriebsspindeln und zusätzlich zur oberen Festtraverse und der Fahrtraverse eine darunter angeordnete höhenverstellbarc Festtraverse, die bei sitzender Bedienung in Tischhöhe und bei Versuchen mit der Temperatur-Prüfkammer in der untersten möglichen Position angeordnet wird. Damit kann dann auch ein größerer Bereich unterhalb der Tischhöhe als Arbeitsraum genutzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannte Konzeption insbes. im Hinblick auf eine verbesserte Ergonomie, nämlich einfachere Handhabung für die Änderung der Arbeitstraumposition, Kniefreiheit etc. weiterzubilden.

Es wird dabei von einem aus US-PS 26 76 381 bekannten Maschinengestell zur Durchführung von Werkstoffprüfungen ausgegangen, welches aus zwei einen gegenseitigen Abstand aufweisenden Säulen, zwei die Enden dieser Säulen verbindenden und damit einen Rahmen bildenden Quertraversen sowie zwei innerhalb dieses Rahmens verlaufenden und parallel zu den Säulen geführten Antriebsspindeln besteht.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß diesen Spindeln zwei weitere, mit jeweils zweiSpindelmuttern versehene Quertraversen zugeordnet sind, die über die Spindelmuttern mit den Spindeln in Eingriff stehen und daß die Spindelmuttern in diesen Quertraversen wahlweise drehbeweglich geführt oder feststellbar sind, derart, daß die Quertraversen wahlweise als Festtraverse oder als Fahrtraverse benutzbar sind.

Die erfindungsgemäße Lösung benötigt zwar ebenfalls zwei durchgehende Spindeln, jedoch nur zwei kraftübertragende Traversen. Die Säulen dienen ausschließlich der Führung der Fahr- und Festtraverse und bilden mit der unteren Rahmentraverse, die auch den Spindelantrieb trägt sowie der oberen Rahmentraverse einen eckensteifen Rahmen.

Als Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung können folgende Punkte zusammengefaßt werden:

1. Der insgesamt nutzbare Arbeitsraum ist bei dem erfindungsgemäßen Maschinengestell nur wenig niedriger als die Bauhöhe des Gestells; man erhält also eine optimale Raumausnutzung.

2. Der Kraftfluß geht von der Fahr- auf die Festraverse über die dazwischen liegenden Spindelabschnitte über.

3. Die Säulen dienen ausschließlich der Führung. Sie bilden mit der oberen und unteren Rahmentraverse einen eckensteifen Rahmen, der nur durch Führungskräfte nicht aber durch die Prüfkräfte beansprucht wird.

Jede der beiden Fahr- und Festtraversen kann einfach und schnell in die für den jeweiligen Benutzer und die jeweilige Anwendung günstigste Position gefahren und entsprechend als Fahr- und Festtraverse eingesetzt werden. Dieser Vorteil fällt besonders dann ins Gewicht, wenn ein häufiger Wechsel der Arbeitsraumhöhen erforderlich ist.

In oder an der unteren Rahmentraverse sind zweckmäßig die Antriebsmittel für die Spindel, z. B. ein Elektromotor und gegebenenfalls weitere Steuerungs- und Schaltmittel untergebracht.

Der bei dem erfindungsgemäßen Maschinengestell erforderlichen Umschaltmöglichkeit von Fest- auf Fahrtraverse und umgekehrt wird folgende Überlegung zugrunde gelegt:

Üblicherweise werden bei dieser Art von Maschinen die Spindeln über ein geeignetes Zwischengetriebe (Stirnradgetriebe, Schneckengetriebe, Kettentrieb oder dergl.) vom Antrieb angetrieben. Damit die Fahrtraverse bewegt werden kann, müssen deshalb die Spindelmuttern feststehen. Umgekehrt müssen sich die Spindelmuttern synchron mit der Spindel drehen, wenn die Traverse als Festtraverse eingesetzt werden soll.

Um eine Schrägstellung der Traverse zu vermeiden,

müssen die Spindelmuttern einer Traverse miteinander synchronisiert sein. Dabei sollte jede Traverse möglichst nur durch ein Betätigungselement, z. B. Hebel, Schraube usw. von Fahrtraverse auf Festtraverse umschaltbar sein. Außerdem sollte die Möglichkeit beste hen, diese Funktion durch Endschalter zu kontrollieren und gegebenenfalls sogar zu automatisieren.

Von diesen Überlegungen ausgehend besteht gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine Lösung für die Umschaltung der Spindelmuttern darin, daß parallel zu einer Spindel eine von dieser antreibbare Antriebswelle mit durchgehender Keilnut geführt ist, daß auf dieser Antriebswelle mit den Traversen verschiebbare Ketten- und Zahnriemenräder angeordnet sind und daß diese Ketten- oder Zahnriemenräder über Klauen- oder Stiftkupplungen für die Spindelmuttern derart schaltbar sind, daß diese entweder von der Antriebswelle angetrieben oder gegen die Traverse festgestellt werden. Bei einer anderen Ausführungsform für diese Um schaltmögichkeit ist ein Satz von im Querschnitt keilför mig ausgebildeten konzentrisch zur Spindelachse angeordneten Ringfederh vorhanden, welche durch ihre Bewegung in Achsrichtung der Spindel eine Ein- oder Auskopplung der Spindelmutter bewirken. Außerdem ist an der Traverse ein Raststift vorgesehen, der in der einen Schaltphase in die Spindelmutter zwecks Sicherung gegen ihr Verdrehen einrastbar ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt.

In F i g. 1 ist ein Maschinengestell für den Fall gezeichnet, daß eine Versuchsanordnung geringer Bauhöhe notwendig ist. In F i g. 2 ist die gleiche Anordnung dargestellt, jedoch für den Fall, daß man wegen der Durchführung der Prüfungen in einer Temperaturkam mer eine größere Arbeitshöhe benötigt. Die F i g. 3 und 4 zeigen zwei verschieden arbeitende Funktionsprinzipien für die Umschaltung von Fest- auf Fahrtraverse und umgekehrt. Das Maschinengestell nach den F i g. 1 und 2 besteht aus den beiden Säulen 1 und 2, welche mit der unteren und der oberen Rahmentraverse 16 und 17 einen eckensteifen Rahmen bilden. Dieser Rahmen ruht auf den Füßen 3 und 4. Es sind weiterhin zwei Traversen 5 und 6 vorgesehen, von denen jeweils eine als Fahrtraverse und die andere als Festtraverse eingesetzt wird. Zwischen diesen beiden Traversen ist die Versuchsanordnung 10 eingespannt. Die Festtraverse 5 stützt sich nicht auf den Säulen ab, sondern auf den Spindeln 7 und 8, weiche von der unteren Rahmentraverse 16 bis zur obe ren Rahmentraverse 17 reichen.

Die Ausführungsform eines Maschinengestells nach F i g. 2 entspricht im wesentlichen derjenigen nach F i g. 1, lediglich mit dem Unterschied, daß dort als Versuchsanordnung eine in einer Temperaturkammer 12 vorgesehene Anordnung eingespannt ist.

In F i g. 3 ist im Prinzip eine Ausführungsform für die Umschaltung der Spindelmuttern dargestellt, um die jeweilige Traverse wahlweise als Fest- oder als Fahrtraverse benutzen zu können. Zu diesem Zweck ist parallel zu der einen Spindel 8, auf der die Traverse 6 angeordnet ist, eine Antriebswelle 18 mit durchgehender Keilnut vorgesehen. Diese Antriebswelle wird von der Spindel 8 über ein Ketten- oder Zahnriemenglied 19 angetrieben. Auf der Antriebswelle 18 sind — mit der Traverse verschiebbar — Ketten- oder Zahnriemenräder 21 angeordnet, die über einfache Klauen-, Stift- oder elektromagnetische Kupplungen so geschaltet werden können, daß sie entweder von der Antriebswelle 18 angetrieben

oder gegen die jeweilige Traverse 6 festgestellt werden. Über einen Ketten- oder Zahnriementrieb 22 wird dann die in der Traverse 6 drehbar gelagerte Spindelmutter 20 angetrieben oder festgehalten.

Damit beide zu den Spindeln 7 und 8 gehörenden Muttern 20 synchron geschaltet werden, ist noch ein Synchronisations-Trieb 24 in der Zeichnung angedeutet.

In Fig.4 ist eine weitere Ausführungsform für diese Spindelumschaltung dargestellt. In dieser Ausführungsform ist die Traverse wiederum mit 6 bezeichnet, die Antriebsspindel mit 8. Die Spindelmuttern 23 sind in der Traverse 6 drehbar gelagert, z. B. mit Hilfe eines zweiseitig wirkenden, spielfrei vorgespannten Axial-Schrägkugellagers 14.

Auf die Spindelmutter 23 ist stirnseitig ein Kettenrad 24 oder dergl. angeflanscht. Über diesen Kettentrieb oder einen anderen formschlüssigen Trieb werden die beiden zu der Traverse 6 gehörenden Spindelmuttern synchronisiert.

Über einen Satz von im Querschnitt keilförmigen Ringfedern 25 kann die Spindelmutter 23 an den äußeren Mantelflächen der Spindel 8 geklemmt werden, wozu der Flansch 26 gegen die Spindelmutter 23 gespannt wird. Beim Lösen dieser Flanschverbindung wird die Klemmung durch die elastische Rückverformung der Ringfedern 25 wieder aufgehoben.

Durch einen Raststift 27 kann die Spindelmutter 23 gegen Verdrehen gesichert werden.

Die Klemmung und die Rastung sind nur an einer Spindelmutter der Traverse erforderlich, weil die zweite Spindelmutter über den oben erwähnten Kettentrieb automatisch festgehalten bzw. synchron mitgedreht wird.

Anstelle des Raststiftes 27 oder den Ringfedern 25 können auch andere Mittel eingesetzt werden, um einerseits den Kraftschluß zwischen Spindel und Spindelmutter und andererseits den Formschluß (oder auch Kraftschluß) zwischen Spindelmutter und Traverse zu realisieren.

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Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

1. Patentansprüche:

   , 1. Maschinengestell zur Durchführung von Werkstoffprüfungen, welches aus zwei einen gegenseitigen Abstand aufweisenden Säulen, zwei die Enden dieser Säulen verbindenden und damit einen Rahmen bildenden Quertraversen sowie zwei innerhalb dieses Rahmens verlaufenden und parallel zu den Säulen geführten Antriebsspindeln besteht, die der Einspannung der Versuchsanordnung dienen, d a durch gekennzeichnet, daß diesen Spindeln (7, 8) zwei weitere, mit jeweils zwei Spindelmuttern (20, 23) versehene Quertraversen (5, 6) zugeordnet sind, die über die Spindelmuttern (20, 23) mit den Spindeln (7,8) in Eingriff stehen und daß die Spindelmuttern (20,23) in diesen Quertraversen (5,6) wahlweise drehbeweglich geführt oder feststellbar sind, derart, daß die Quertraversen (5, 6) wahlweise als Festtraverse (5) oder als Fahrtraverse (6) benutzbar sind.
2. 2. Maschinengestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in oder an der unteren Rahmentraverse (16) die Antriebsmittel für die Spindeln, z. B. ein Elektromotor und gegebenenfalls weitere Steuerungs- und Schaltmittel untergebracht sind.
3. 3. Maschinengestell nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsspindeln (7, 8) zwischen der unteren und der oberen Rahmentraverse (16, 17) gelagert sind.
4. 4. Maschinengestell nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Synchronisierung der beiden jeweils zu einer Traverse gehörenden Spindelmuttern vorgesehen sind.
5. 5. Maschinengestell nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu einer Spindel (8) eine von dieser antreibbare Antriebswelle (18) mit durchgehender Keilnut geführt ist, daß auf diese Antriebswelle (18) mit den Traversen (6) verschiebbare Ketten- oder Zahnriemenräder (20) angeordnet sind und daß diese Ketten- oder Zahnriemenräder (20) über Klauen- oder Stiftkupplungen für die Spindelmutter derart schaltbar sind, daß diese entweder von der Antriebswelle (18) angetrieben oder gegen die Traverse (6) festgestellt werden.
6. 6. Maschinengestell nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Satz von im Querschnitt keilförmig ausgebildeten konzentrisch zur Spindelachse angeordneten Ringfedern (25) vorgesehen ist, welche durch ihre Bewegung in Achsrichtung der Spindel (8) eine Ein- oder Auskopplung der Spindelmutter (23) bewirken und daß an der Traverse (6) ein Raststift (27) vorgesehen ist, der in die Spindelmutter (23) zwecks Sicherung gegen Verdrehen einrastbar ist.