DE400793C

DE400793C - Einrichtung zur dynamischen Pruefung von Materialien mittels Schwingungen

Info

Publication number: DE400793C
Application number: DESCH62812D
Authority: DE
Original assignee: HANS HEYMANN DR ING; Carl Schenck Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: HANS HEYMANN DR ING; Carl Schenck AG
Priority date: 1921-09-06
Filing date: 1921-09-06
Publication date: 1924-09-10

Description

Einrichtung zur dynamischen Prüfung von Materialien mittels Schwingungen. Wenn eine dynamische Mat@erialprüfmaschine möglichst getreu die tatsächlich im Betriebe auftretenden Belastungsbedingungen des Materials nachahmen soll, so muß sie, folgende Grundbedingungein erfüllen: i. Die Größe der Belastung muß sich periodisch ändern, also beispipisweise nach einer Kreisfunktion (P - cos) wachsen und wieder abnehmen.
2. Die Belastung muß ihrer Größe nach beliebig verändert werden können.
3. Die periodische Belastung (P # cos) muß mit einer bestimmten Taktzahl auftreten, die zweckmäßig in bestimmter Weise jedem Prüfkörper angepaßt wird.
¢. Die Taktzahl der periodischen Kraft muß nach Belieben verändert werden können. Diese vier Forderungen können gemäß der Erfindung dadurch erfüllt und eine Untersuchung des Materials entsprechend der Betriebsbeanspruchung dadurch erreicht werden, daß sich die den Prüfkörper belastenden Kraftwirkungen in Resonanz mit denn als Feder bzw. als federndes Pendel wirkenden Prüfkörper ändern. Hierbei ist .es gleichgültig, auf welchem Wege die Resonanzbelastung des Prüfkörpers erzielt wird.
Am einfachsten wird die neue dynamische Prüfmaschine dann, wenn die Belastung des Prüfkörpers durch eine umlaufende Wuchtmasse erfolgt, deren Fliehkräfte in beliebiger Art als Belastung auf den Prüfkörper übertragen werden. Hierbei empfiehlt es sich, nur die in einer Ebene wirkende Fliehkraftkomponente der sich drehenden Wuchtmasse als Prüflast auf das zu untersuchende Material zu übertragen.
Eine der zahlreichen möglichen Ausführungsformen der Erfindung ist als Beispiel schematisch auf der Zeichnung veranschaulicht, und zwar zeigt Abb. i die Vorrichtung, von der Seite gesehen, im Schnitt, während Abb. 2 einen Einzelteil der Vorrichtung im Grundriß darstellt.
Abb. 3 und q. lassen die Veränderung der Vorrichtung bei Untersuchungen besonderer Art erkennen.
Bei der Vorrichtung nach Abb. i ruht eine Welle io ' drehbar in den beiden Lagern i i und 12. Die Lager sind beispielsweise durch kugelförmige Ausgestaltung ihrer Lagerschalen 13 so eingerichtet, daß die Welle i o sich g egenüber ihren Lagerböcken i i und 12 verstellen kann. Der Antrieb der Welle kann auf beliebige Art, beispiels*eise durch einen Elektromotor, erfolgen; als Kupplung kann eine biegsame Welle 1 ¢ verwendet werden.
Auf der Welle io sitzt eine sorgfältig ausgewuchtete Schwungmasse, beispielsweise eine Scheibe 15, die eine Wuchtmasse 16, beispielsweise in Form eines Zusatzgewichtes, tragen kann. Diese Wuchtmasse 16 kann beliebig auswechselbar eingerichtet werden oder sie wird 'derart auf der Scheibe 15 gelagert, daß sie, am zweckmäßigsten während des Ganges, gegebenenfalls selbsttätig, radial oder in beliebiger anderer Weise verschoben werden kann, derart, daß sich die Größe ihrer Fliehkraft ändert.
Die Welle i o ist in dem Ausführungsbeispiel pendelnd gelagert. Zu diesem Zwecke ist der Lagerbz)ck I I ortsfest auf einem Sockel 17 angebracht, während das Lager 12 von einer Feder, beispielsweise einer Blattfeder i g, getragen wird, deren Fuß bei i9 fest eingespannt ist. Auf diese Weise vermag die Welle i o um die Achse x-x des Lagers i i als Pendelachse ebene Pendelschwingungen auszuführen, die in einer senkrecht zur Zeichnungsebene liegenden Ebene verlaufen.
Der Prüfkörper, beispielsweise ein auf Biegung zu untersuchender Prüfstab 2o, ist an seinem oberen Ende 21, also einseitig, fest eingespannt, während sein unteres Ende durch einen Spannkopf 22 gehalten wird, der mit dem Schwinglager 12 der Welle io verbunden ist. Ebenso wie jetzt im Material,-prüfungswesen empfiehlt es sich, bei der. neuen Prüfungsart sog. Einheitsstäbe zu verwenden. Während jedoch bei den jetzt üblichen Einheitsstäben nur die Abmessungen festliegen, muß bei den neuen Prüfstäben in erster Linie deren Eigenschwingungszahl berücksichtigt werden, und zwar in verschiedener Weise je nach der Art der Belastung, z. B. bei Biegungsschwingungen oder bei Torsionsbelastungen.
Nach Ingangsetzen der Vorrichtung wird bei den kleinen, durch die Wuchtmasse 16 hervorgerufenen periodischen Impulsen das Schwinglager 12 der pendelnd gelagerten Welle io so lange durch den Prüfstab 2o an einer Schwingung verhindert, als die Taktzahl der Wuchtmasse 16 noch unterhalb der Eigenschwingungszahl des Prüfstabes 2o liegt. Erst wenn bei derselben periodischen Belastung die Taktzahl des die Wuchtmasse 16 enthaltenden Pendelsystems in Übereinstimmung mit der Eigenschwingungszahl des Prüfstabes 2o kommt, wird das Schwinglager 12 in Tätigkeit treten, also senkrecht zur Zeichnungs@ ebene periodische Schwingungen ausführen.
Diese Änderung der Taktzahl des die Welle io und die Scheibe 15 enthaltenden Pendelsystems kann beispielsweise entweder durch Längsverschiebung der Scheibe 15 gegenüber der Welle i o oder auch durch Veränderung der Einspannlänge der Feder 18 oder schließlich auch durch Änderung des Abstandes der beiden Lager i i und 12 voneinander bewirkt werden. Eine einfache Vorrichtung zur Längsverschiebung der Scheibe 15 während des Betriebes ist in Abb. 2 im Grundriß veranschaulicht. Die Welle io trägt einen langen Federkeil 23, über welchem die Scheibe 15 achsial beweglich ist. Ein Ring 2¢, welcher in eine entsprechende Nut der Scheibe 15 greift, trägt Bolzen 25 (Abb. i), die in einen Schlitz einer bei 26 drehbar gelagerten Gabel 27 greifen. Diese Gabel kann mittels eines Steines 28 bewegt werden, der längs einer Schraubenspinde129 mittels eines Handrades 3o verschoben werden kann.
Hat man durch geeignete Einstellung das pendelnde Wellensystem in Resonanz mit der Eigenschwingungszahl des Prüfstabes gebracht und wird nun die Größe der durch die Wuchtmasse 16 erzeugten Fliehkraft in der eingangs beschriebenen Weise geändert, so kann der Prüfstab unter eine periodische Belastung von jeder beliebigen Größe gesetzt werden, die auch bis zum Bruch des Stabes allmählich gesteigert werden kann.
Die beschriebene Vorrichtung erfüllt vollkommen alle vier eingangs angegebenen Bedingungen für eine dynamische Materialprüfmaschine. Außerdem bietet die Vorrichtung noch den Vorteil, daß man die erforderliche periodische Belastung und die verlangte Taktzahl erst nach und nach einstellen kann, denn man hat es in der Hand, die Wuchtmasse 16 nacheinander in Dissonanz, Resonanz und wieder in Dissonanz laufen zu lassen.
Auf diesem Wege ist es auch möglich, nicht nur die Bruchbeanspruchung des Prüfstabes, sondern auch diejenige Beanspruchung zu ermitteln, bei der die Proportionalitätsgrenze erreicht ist. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise auf folgende Art vorgehen: Es wird die Taktzahl der dynamischen Prüfmaschine auf die Eigenschwingungszahl des Stabes abfestimmt und dann schrittweise durch Veränderung der Fliehkraft die Größe der periodischen, auf den Prüfstab wirkenden Kraft erhöht. Diese Pendelkraft läßt man für eine gewisse Zeit auf den Stab einwirken, stellt alsdann das pendelnde Wellensystem ab oder bringt es in Dissonanz mit derri Prüfstab und vergewissert sich, ob der Stab nun wieder in die Nullage zurückfedert. Dieses Verfahren wiederholt man für eine periodische Kraft von etwas größerer Amplitude usf., bis man an eine Belastung gelangt, bei welcher der Prüfstab nicht wieder seine Nullage einnimmt. In diesem Falle ist die Proportionalitätsgrenze erreicht. Ebenso kann durch mikroskopische Untersuchung des Stabes aus irgendwelchen Merkmalen auch auf die Fließgrenze geschlossen werden.
In entsprechender Weise läßt sich auch ein Prüfstab untersuchen, der beiderseitig eingespannt ist (Abb.3). Es braucht dann nur der Spannkopf 22 nach Abb. i durch einen gabelförmigen Kopf 31 ersetzt zu werden, dessen Schlitz den Prüfstab 2o in der Mitte umfaßt.
Abb. 4 zeigt, wie ein einseitig eingespannter Meßstab auf dynamische Torsions- und Biegungsbeanspruchung untersucht werden kann. In diesem Falle ist das untere Ende 32 des Prüfstabes 2o beispielsweise starr mit einem Hebel 33 verbunden, dessen geschlitztes Ende über einen am Lager 12 befestigten Stift 3q. greift.
Soll ein Stab ,auf periodische Druckbeanspruchung untersucht werden, so braucht der Prüfstab nur in -die Pendelebene gelegt zu werden, so daß das schwingende Pendel mit seiner Taktzahl auf den Stab Druckkräfte in seiner Längsachse ausübt. Man hat in diesem Falle eine Art Pendelschlagwerk, nur mit dem Unterschied, daß die Größe des Schlages und dessen Taktzahl nach Belieben und sehr genau veränderlich und einstellbar ist.
Es können auch beispielsweise mehrere beliebig zueinander liegende und in beliebig verschiedener Weise angetriebene Wuchtmassen auf ein und denselben Prüfstab einwirken, um Vorgänge untersuchen zu können, denen der Prüfstab im späteren Betriebe ausgesetzt ist.
An Stelle einer Beanspruchung durch Fliehkräfte können auch andere, z. B. hydraulische, Kräfte dazu dienen, den Prüfstab in Resonanz mit seiner Eigenschwingungszahl zu belasten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur dynamischen Prüfung von Materialien mittels Schwingungen, gekennzeichnet durch ein selbständiges Schwingungssystem mit mechanischen Anschlußmitteln für den Prüfkörper, durch welche der letztere sich in Schwingungen versetzen läßt.
2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenschwingungen des selbständigen Schwingungssystems im Betriebe regelbar sind.
3. Einrichtung zur dynamischen Prüfung von Materialien mittels Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Körpersystem, an das der Prüfstab anschließbar ist, sowohl in regelbare, periodisch an- und abschwellende Eigenschwingung als auch in Schwingungen versetzbar ist, die auf Resonanz mit denen des Prüfstabes einstellbar sind. ¢.
Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Fliehkräfte einer sich drehenden Masse am Schwingungssystem angreifen, die zum mindesten teilweise auf den Prüfkörper übertrage. werden.
5. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Mittel, vermöge deren die in einer Achsialebene auf das Schwingungssystem wirkenden Fliehkraftkomponenten einer sich drehenden Masse auf den Prüfkörper übertragen werden.
6. Einrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Wuchtmassenwirkung des Schwingungssystems zwecks Veränderung der Amplitüdengröße der auf den Prüfkörper wirkenden Kraft veränderlich ist.
Einrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch umlaufende, elastisch pendelnd gelagerte Wuchtmassen des Schwingungssystems, deren Kräfte durch Mittel beliebiger Art als periodisch wixi@ kende Belastung auf den Prüfkörper übertragen werden. B.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft der auf die pendelnden Wuchtmassen wirkenden Feder zwecks Veränderung der Amplitüdengröße der Prüfkraft veränderlich ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der Wuchtmassen von ihrer Drehachse zwecks Änderung der Amplitüdengröße der auf den Prüfkörper wirkenden Kraft veränderlich sind. io.
Einrichtung nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Änderung der Periodenzahl der Schwingung eine Belastungsmasse (15) auf ihrer Welle achsial verschiebbar und einstellbar ist. ii.
Einrichtung nach Anspruch 7 bis io, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Änderung der Periodenzahl der Schwingung die Schwingungslänge der die pendelnden Wuchtmassen beeinflussenden Feder veränderlich ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis i i, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Lager der Wuchtmassenwelle als Pendelachslager mit einer senkrecht zur Wellenachse stehenden Pendelschwingungsachse ausgebildet ist, während das andere pendelnde Lager der Welle unter der Einwirkung einer Feder und der des Prüfstabes steht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlager der Wuchtmasse zwecks Änderung der Periodenzahl der Belastung in achsialer Richtung der Welle verschiebbar oder vertauschbar sind.