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Dauerprüfmaschine zur Erzeugung von Wechselkräften Die meisten Dauerprüfmaschinen
für wechselnde Beanspruchung verwenden zur Erzeugung der Wechselkraft entweder Kurbelgetriebe
oder Fliehkräfte oder Magnetkräfte oder CTldruck, d. h. Vorrichtungen, die unmittelbar
wechselnde Kräfte erzeugen. Infolge dieser Anordnung treten im Antrieb meist große
wechselnde Kräfte auf, deren Beherrschung Schwierigkeiten macht und vielfach nur
durch besondere Regelorgane erreicht werden kann. Bestechend einfach ist gegenüber
diesen Konstruktionen die Erzeugung der Wechselbeanspruchung bei den Dauerbiegemaschinen
mit umlaufendem Probestab durch eine ruhende I(raft. Die Erzeugung einer wechselnden
Zug-Druck-Beanspruchung durch eine ruhende Kraft hat gegenüber den vorgenannten
IÇonstruktionen den Vorteil, daß jede komplizierte Regelung wegfällt, da es leicht
gelingt, die ruhende Kraft gleichzuhalten und auf den gewünschten Wert einzustellen,
während die Maschine mit voller Betriebsdrehzahl arbeitet.
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Bisher ist nur in einem Fall der Versuch gemacht worden, eine Dauerprüfmaschine
für Zug-Druck-Wechs elbeanspruchung, die durch eine rubende Kraft hervorgebracht
wird, zu bauten. Bei dieser Maschine wird der Prüfstab in radialer Richtung auf
die Stirnseite einer umlaufenden Scheibe gelegt.
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Das eine Ende des Prüfstabes wird am äußeren ITmfang der Scheibe
festgespannt während das andere Ende mit einem Schlitten verbunden ist, der sich
in einer radialen Gleitführung der Scheibe bewegen kann. In diesem Schlitten ist
ein Kugellager angeordnet, das am kurzen Ende eines doppelarmigen Hebels aufgesetzt
ist, dessen Drehachse von einem ortsfesten Lagerbock aufgenommen wird. Am freien
Ende dieses Hebels wird ein Gewicht
angehängt. Der Prüfstab erfährt
beim Umlaufen der Scheibe eine sinusförmig veränderliche Beanspruchung, deren Höhe
sich aus dem an dem Hebel angehängten Gewicht ergibt.
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Der Nachteil dieser Anordnung ist vor allem darin zu erblicken, daß
der Prüfstal umläuft, so daß er während der Prüfung nicht für die Beobachtung zugänglich
ist. Weiterhin kann bei dieser Maschine nur eine rein sinusförmige Last erzeugt
werden. Es lassen sich keine Versuche durchführen, bei denen die Probe vorgespannt
wird. Schließlich ist nachteilig, daß die gesamte auf die Probe übertragene Kraft
von dem am Ende des zweiarmigen Hebels angeordneten Kugellager aufgenommen werden
muß.
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Die Erfindung bezweckt, die Nachteile der obenerwähnten Bauformen
zu vermeiden und eine besonders vorteilhafte Anordnung für eine Dauerprüfmaschine
zu schaffen, bei der die Zug-Druck-Wechselkraft durch Feder-oder Gewichtbelastung
hervorgebracht wird. Die Erfindung besteht darin, daß an dem ruhenden Prüfkörper,
vorzugsweise unter Zwischenschaltung von einem Lager und von Geradführungsgliedern,
eine an einer umlaufenden Scheibe erzeugte, annähernd konstante ruhende Kraft angreift.
Dieses kann erfindungsgemäß so ausgeführt werden, daß an den Prüfkörper der eine
Arm eines Winkelhebels angreift, welcher an einer umlaufenden Scheibe oder Trommel
derart gelagert ist, daß seine Drehachse einen senkrecht zur Drehachse der Scheibe
gedachten Kreis tangiert, während an seinem anderen Arm die in Richtung der Drehachse
der Scheibe ausgeübte Kraft wirkt.
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Erfindungsgemäß wird ferner vorteilhaft zwischen den Prüfkörper und
dne Winkelhebel noch ein Zwischenhebel geschaltet, der vorzugsweise mit seinem kürzeren
Ende an dem Prüfkörper und mit seinem längeren Ende an dem Winkelhebel angreift.
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Hierdurch wird nicht nur eine Vergrößerung der durch den Winkelhebel
ausgeübten Kraft erzielt, sondern es werden auch erheblich günstigere Bedingungen
für die Gestaltung der Maschine geschaffen. Dieser Zwischenhebel wird zur Vermeidung
der Reibung, des Spiels und der Abnutzung im Drehgelenk nach einem weiteren Merkmal
der Erfindung zweckmäßig von einem Federkreuzgelenk geführt und mittels eines weiteren
Federkreuzgelenkes mit dem Prüfkörper verhunden. Dabei wird erfindungsgemäß zwischen
dem Zwischenhebel und dem Prüfkörper ein Schwingrahmen angeordnet, der durch Blattfedern
o. dgl. geführt wird. Dieser Schwingrahmen trägt die Einspannvorrichtung für den
Prüfkörper. Besonders günstige bauliche Bedingungen bietet es, wenn man erfindungsgemäß
die umlaufende Scheibe trommlart:'g ausbildet und sie an zwei Seiten lagert. xvobei
der Zwischenhebel durch das eine Lager hindurchgeführt ist und in die Trommel hineingreift.
Erfindungsgemäß wird ferner die umlaufende Scheibe mit einer im Maschinengestell
gelagerten zylindrischen Fortsetzung versehen, durch welche die auf der Winkelhebel
wirkende Kraft geleitet wird.
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Dabei kann erfindungsgemäß in der zylindrischen Fortsetzung ein Gleitstein
angeordnet werden, der einerseits über eine Feder mit dem Winkelhebel verbunden
ist und an dem andererseits die an der umlaufenden Scheibe erzeugte, annähernd konstante
ruhende Kraft angreift. Weitere Merkmale der Erfindung werden bei der folgenden
eigentlichen Beschreibund des Erfindungsgegenstandes auf gezeigt werden.
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In Abb. 1 sind eine schematische Darstel lung des Gegenstandes der
Erfindung und in den Abb. 2 bis 3 sowie 4 bis 7 je ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt.
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In den Abb. 8 und 9 ist je ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt.
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Der Prüfstab 1 ist mit seinem oberen Ende in der Einspannvorrichtung
2 befestigt, die ihrerseits gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Federkraftmessers
3 an dem Maschinengestell befestigt ist. Das untere Ende des Prüfstabes I ist in
der Einspan.i -vorrichtung 4 befestigt, die an einem Schwingrahmen 5 sitzt. Der
Schwingrahmen 5 ist durch waagerechte Blattfedern 6 und 7 geführt, die an Teilen
8 des Maschinengestells befestigt sind. Bei den äußerst geringen Ausschlägen kann
die Führung durch die Elattfedern 6 und 7 als Gerdführung angesehen werden. Der
Schwingrahmen 5 steht unter der Wirkung einer Vorspannfeder 9, die wahlweise Zug-
oder Druukkräfte ausüben kann und deren Vorspannung durch eine Schraube 10 regelbar
ist. Die Schraube 10 ist in einem Teil 11 des Maschinenrahmens drehbar. In dem Schwingrahmen
5 befindet sich ein kugelförmiges Lager 12, in dem die beiden Teile 13 eines Gleitlagers
drehbar sind. In dem Gleitlager befindet sich der Zapfen 14, der fest mit dem einen
Arm eines Winkelhebels 15, 16 verbunden ist. Dieser Winkelhebel 15, 16 ist drehbar
um einen Zapfen 17, der seinerseits an einer Scheibe 18 befestigt ist. Die Scheibe
18 besitzt eine zylindrische Verlängerung 19, die in einem entsprechenden Teil des
Maschinengestells 20 drehbar gelagert ist. Der Arm 16 des Winkelhebels 15, 16 geht
durch die Drehachse der Scheibe 18, mit deren Achse im Ruhezustand die Achse des
Zapfens 14 zusammenfällt. An dem Arm 16 des Winkelhebels greift eine Zugfeder 21
an, deren Spannung durch eine Spannschraube 22
einstellbar ist.
Letztere ist in einer Mutter 23, welche mit dem zylindrischen Fortsatz 19 fest verbunden
ist, geführt.
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Ist der Prüfkörper I eingespannt und ihm durch Einstellen der Schraube
10 die gtwünscht Vorspannung auf Zug oder Druck erteilt, so wird auch die Schraube
22 ein gestellt, um der Feder 2I die gewünschte Zugkraft zu erteilen. Hierauf wird
die Scheibe I8 mit dem zylindrischen Fortsatz 19 in Drehung versetzt. Dabei wirkt
die Feder 21 ständig auf den Winkelhebel 15, 16, dessen Drehachse I7 mit umläuft.
Infolgedessen mindert sich fortwährend die Richtung des Kraftangriffs durch den
Hebel auf den Schwingrahmen 5. Da die senkrecht zur Prüfkörperachse stehende Komponente
der Kraft von der Führung des Schwingrahmens aufgenommen wird, ergibt sich für die
in der Längsachse des Prüfkörpers I wirkende Kraft ein sinusförmiger Verlauf. Der
Prüfkörper I befindet sich dabei in Ruhe, so daß er einer genauen Beobachtung zugänglich
ist.
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Die Vorspannung mittels der Feder g kann beliebig groß gewählt werden,
und die Drehzahl der Scheibe 18 kann gleichfalls in beliebigen Grenzen verändert
werden, wobei die auf den Prüfkörper durch den Winkelhebel übertragene Kraft einen
sinusförmigen Wechsel besitzt, der im Takt der Scheibendrehzahl verläuft. Einen
weiteren Vorzug der Anordnung bildet das Fehlen eines hin und her gehenden Kurbelgetriebes.
Ferner ist die Schwingungsbeanspruchung der Feder 21 gering un entspricht lediglich
den elastischen Defonnationen des Prüfkörpers. Infolgedessen kann sie viel höher
beansprucht werden als bei der anfangs beschriebenen Anordnung.
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In dein zweiten Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 ist der Prüfkörper
I an einem Schwingrahmen 30 befestigt. Der Schwingrahmen steht gleichfalls unter
der Wirkung einer Vorspannfeder 3I. Um einen Zapfen 32 dieses Schwingrahmens drehbar
ist eine Stoßstange 33, an deren unterem Ende das kurze Ende eines Zwischenhebels
3+ angreift. Der Zwischenhebel 34 ist um eine Achse 35 drehbar, die im Maschinengestell
gelageit ist. Hierbei erhalten die Lager für diese Achse zweckmäßig einen ziemlich
großen Abstand, damit sie in der Lage sind, die beim Umlaufen der Trommel auf den
Zwischenhebel 34 seitlich wirkenden Kräfte gut aufnehmen zu können.
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Die den Winkelhebel tragende Scheibe I8 gemäß Abb. I ist hier zu einer
Trommel 36 umgebildet, die an beiden Enden in Lagern 37 und 38 drehbar ist. Durch
das Ende 39 der Trommel greift das lange Ende des Zwischenhebels 34. Es trägt ein
Kugellager 40, an welchem eine Zugstange 41- angreift, die über einen Zapfen mit
dem Arm 42 eines Winkelhebels 42, 43 verbunden ist. Dieser Winkelhebel ist um einen
Zapfen 44 drehbar, der in der Trommel 36 befestigt ist. An den Arm 43 greift die
Belastungsfeder 45 an, die sich in dem Fortsatz 46 der Trommel 36 befindet. In diesem
Fortsatz ist ein Gleitstein 47 gelagert, in den eine Stange 48 eingreift, die diesem
gegenüber mit einem Flansch drehbar ist.
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Dieser Flansch ist zweckmäßig mittels Kugellager 50 im Gleitstein
gelagert. Die Stange 48 ist weiter in einem am Maschinengestell befestigten Lager
51 geführt, wobei sie durch rechteckige Ausbildung ihres Schafts oder durch einen
Nutkeil an der Drehung gehindert wird. An ihrem Ende 52 greift ein Seil 53 ein,
das über eine Rolle 54 geführt ist und ein Belastungsgewicht 55 trägt. Der-Fortsatz
46 der Trommel 36 trägt eine Riemenscheibe 56, über die ein Keilriemen 57 läuft,
der durch einen Motor 58 angetrieben wird.
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Die Wirkungsweise dieser Ausführung ergibt sich ohne weiteres aus
der Beschreibung.
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Besonders vorteilhaft ist bei der Ausführung, daß die Lager 37, 38
der Trommel 36 nur durch verhältnismäßig kleine Kräfte belastet werden, welche nur
einen Bruchteil der am Prüfkörper wirkenden Kraft ausmachen. Die Belastung der Körper
erfolgt in ähnlicher Weise wie bei einer Fliehkraftbelastung, in sofern als die
Kraft mit der Trommel um läuft, wobei sie annähernd die gleiche Größe behält. Da
die Feder 45 recht lang ausgebildet ist, bleibt die von ihr während der Umdrehung
ausgeübte Kraft annähernd konstant, denn der Winkelhebel 42, 43 hat während des
Umlaufs nur eine ganz geringe hin und her gehende Bewegung auszuführen. Schließlich
ist als vorteilhaft zu erwähnen, daß die Größe der Belastung und damit die Größe
der Schwingungsbeanspruchung im Probestab durch Zufügen oder Wegnehmen von Gewichten
verändert werden kann, während die Maschine voll in Betrieb ist.
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In Abb. 3 ist seine kleine änderung deb Ausführungsbeispiels nach
Abb. 2 gezeigt. Es wird dort die Kraft nicht durch ein Gewicht jj, sondern durch
eine Spannfeder 60 ausgeübt, die an Stelle des Seiles 53 an dem Ende 52 der Stange
48 angreift. Ihre Spannung kann durch eine Spannschraube 61, die in einer feststehenden
Mutter 62 drehbar ist, verändert werden.
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Die Abb. 4 bis 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel. Die Abb.
4 zeigt eine Seitenansicht teilweise im Schnitt, die Abb. 5 eine Ansicht in Richtung
des Pfeiles E, die Abb. 6 einen Schnitt gemäß .4-B und Abb. 7 einen Schnitt gemäß
C D. Der Prüfkörper I ist hier in Spannfuttern 70 und 7I eingespannt.
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Das Spannfutter 71 ist mit dem Schwingrahmen
72 fest
verbunden. Dieser ist durch Blattfedern 73 geführt und trägt ein Federkreuzgelenk
74, 75. An diesem Kreuzgelenk greift der kurze Arm eines Hebels 76 an, der durch
ein zweites Kreuzgelenk 77, 78 schwenkbar gelagert ist. Der lange Arm des Hebels
76 trägt ein Pendelrollenlager 79, mittels dessen sich eine Zuglasche 80 um das
Ende des Hebels 76 dreht. Der Teil 80 ist mit Zapfen 81 in den beiden Teilen 82
des Winkelhebels 82, S3 gelagert. Der Winkelhebel 82, 83 sitzt auf einer Welle 8ß,
die mittels I(ugellager 85 in der Trommel 86 gelagert ist. An den Arm 83 des winkelhebels
82, 83 greift eine Feder 87 an, die sich in einem Fortsatz 88 der Trommel 86 befindet.
Das Ende der Feder 88 ist in einem Gleitstein 89 gelagert, der durch eine Schraube
go verstellt werden kann. Die Schraube go trägt ein Schneckenrad 91, das mit einer
Schnecke 92 in Eingriff steht. Das Schneckengetriebe kann in an sich bekannter Weise
auch noch mit einem Vorgelege versehen werden, das die Verstellung der Schraube
90 auch während des Betriebes der Maschine gestattet. Auf dem Fortsatz 88 befindet
sich eine Riemenscheibe 93, die über einen Keilriemen 94 angetrieben wird. Eine
am untern Ende des Schwingrahmens 72 angreifende Feder 95 kann über ein Schneckengetriebe
96, 97 auf Druck oder Zug vorgespannt werden. Der Winkelhebel 83 ist mit Hilfe eines
Gegengewichts«98 so angeordnet. daß sein Schwerpunkt einschließlich der Masse des
Teiles So in seine Achse 84 fällt.
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Durch diese Maßnahme soll bewirkt werden, daß die Kraftübertragung
nicht durch zusätzliche Fliehkräfte beeinflußt wird.
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Teil 99 ist ein Federkraftmesser, mit Hilfe dessen die Beanspruchungen
im Probestab gemessen werden. Er ist in einem Ouerhaupt 100 befestigt, das mittels
Spindeln 101 und Führung zwecks Einspannung verschieden langer Probestäbe in Richtung
der Probestab achse verschoben werden kann.
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Die Abb. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das sich durch
besondere Ein -fachheit auszeichnet. An den hier nur angedeuteten Schwingrahmen
110 greift eine Stoßstange 111 an, die mit dem einen Ende des Hebels 112 drehbar
verbunden ist. Der Hebel 112 ist um eine feste Achse 113 drehbar. Das andere Ende
des Hebels 112 ist in einem Wälzlager 114 gelagert, das sich seinerseits in einem
auf der Scheibe IIS erfindungsgemäß in radialer Richtung verschiebbaren Schlitten
116 befindet. An dem einen Ende des Schlittens greift erfindungsgemäß eine Belastungsfeder
117 an, die mit ihrem anderen Ende über den ortsfest gelagerten Zwischenhebel 112
mit dem PRüfkörper verbunden ist.
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Die Stellung des Schlittens 118 kann erfindungsgemäß in radialer Richtung
verändert werden. um die Spannung der Feder @ 11 nach Belieben einzustellen. Zur
Verstellung des Schlittens 118 dient eine Spindel 119, die über ein Kregelradgetriebe
120, 121 von einem Vierkant 122 auf gedreht werden kann. Die Wirkungsweise der Vorrichtung
ist unter Berücksichtigung der vorhergehenden Ausfiihrungsbeispiele ohne weiteres
klar.
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Auf Abb. 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, das demjenigen
nach Abb. 8 ähnelt. Die Belastungsfeder I30 ist wiederum an einem verstellbaren
Schlitten 131 an der Scheibe 132 befestigt. Sie greift erfindungsgemäß an das eine
Ende eines zweiarmigen Hebels 133, der um eine Achse 134 drehbar ist. Diese Achse
tangiert einen senkrecht zur Drehachse der Scheibe 132 gedachten Kreis und ist in
einer Trommel r39, die mit der Scheibe 132 fest verbunden ist, gelagert. Die Übertragung
der Kräfte vom Hebel 133 auf den ortsfest gelagerten Hebel 112 geschieht durch eine
Stange 135. Diese umfaßt mit einem Wälzlager 136 das eine Ende des Hebels 112, das
in die Trommel 139 hineingeführt ist. Die Ausführung ermöglicht eine zweiseitige
Lagerung der Scheibe 132 in den Lagern 137 und 138. Die Wirkungsweise der Vorrichtung
entspricht derjenigen der übrigen Ausführungsbeispiele.