Festigkeitsprüfmaschine. Es ist bekannt, Werkstoffproben oder Bauteile dadurch zu prüfen, dass sie als Teil eines schwingungsfähigen-Systems in Schwin gungen versetzt werden, die genau oder un gefähr im Takte der Eigenschwingung des genannten Systems erfolgen. Hierbei ist auch s c 'hon von einer Erregung k3 durch umlaufende unausgeglichene Massen Gebrauch gemacht worden.
Wirkt hierbei die Erregung unmit telbar auf den Prüfkörper, so hängt die Grössie der Eigenschwingungszahl im wesent lichen von der Federung desselben ab. Sie liegt infolgedessen von vornherein innerhalb gewisser Grenzen fest, die in den meisten Fällen für die Schwungmassenerregung un günstig liegen. Ausserdem muss die Schwin gungszahl des Erregers bei dem jeweiligen Auswechseln des Prüfkörpers verändert wer den, falls dessen Federung von der des vor hergehenden Prüfkörpers abweicht. Dieser vielfache Wechsel der Erregerschwingungs- oder Drehzahl ist selbstverständilch - un erwünscht.
In andern Prüfmaschinen ist eine zusätz liche Federung vorgesehen, die die Federung des Prüfkörpers an Härte um ein Mehrfaches übersteigt, so dass für die Grösse der Eigen schwingungszahl die Federung dieser stets in der Maschine bleibenden Zusatzfeder massgebend ist. Die Feder ist dabei so ange ordnet, dass die Erregung an der Feder und dem Prüfkörper gleichmässig angreift.
Die Maschine bewirkt insbesondere durch die Zusatzfeder eine sehr harte Gesamtfederung und diese bedingt wieder eine ausserordent lich hohe Eigenschwingungszahl. Es ist daher bei den Maschinen der letztbeschrie benen Art nicht möglich, diese durch Schwungmassen anzutreiben,, vielmehr er folgt die Erregung auf elektrischem Wege bei ausserordentlich hohen Frequenzen. Die hierbei hervorgerufenen Kräfte sind verhält nismässig gering und sie lassen sich auch mit gewöhnlichen technischen Mitteln nicht stei gern.
Die Erfindung betrifft eine Festigkeits- Prüfmaschine, bei welcher der Prüfkörper durch Schwungmassen in Schwingung ver setzt wird, die durch mindestens eine unaus geglichene Masse wenigstens annähernd im Takte der Eigensch-,vingung des Systems er regt werden. Gemäss der Erfindung werden die genannten Nachteile der bekannten Ma schinen dieser Art dadurch vermieden, dass zwischen dem Prüfkörper und den ihn in Schwingung versetzenden Schwungmassen eine federnde Verbindung angeordnet ist. Die Federung dieser Verbindung ist in weiten Grenzen beliebig wählbar und zusammen mit den sie bewegenden.
Massen für die Lage der Eigenschwingungszahl des Systems mass gebend, da bei dieser Anordnung die zu sätzliche Feder und der Prüfkörper mecha nisch hintereinander geschaltet sind. Auch bei Auswechseln des Prüfkörpers bleibt die Grösse der Eigenschwingungszahl, von ganz geringen, praktisch nicht ins Gewicht fallen den Schwankungen abgesehen, die gleiche, wobei es durch geeignete Wahl der Zusatz federung möglich ist, die Eigenschwingungs zahl so zu legen, dass sie sowohl vom Stand punkt der Erregung aus als auch für die Prüfung vorteilhaft ist.
Auf der Zeichnung sind vier Ausfüh rungsbeispiele der Prüfmaschine gemäss der Erfindung schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Maschine, mit der Zug-, Druck- oder Zug-Druekbeanspruchimgen des Prüfkörpers hervorgebracht =erden können; Fig. 2 zeigt eine andere Maschine für die gleichen Beanspruchungen; Fig. 3 zeigt eine Maschine für Biegebean spruchungen des Prüfkörpers und Fig. 4 eine solche für Torsionsbeansprii- chungen.
Bei der Ausführungsform. nach Fig. 1. ist die Blattfeder a einerends in einem festen Bock b eingespannt und anderends mit einer Masse c belastet, in der sich eine umlaufende unausgeglichene Schwungmasse d dreht.
In einem auf Seite des Bockes b an der Feder befestigten Spannkopf ist ein stabförmiger Prüfkörper e eingespannt, an dessen Stelle irgend cin anders geformter Prüfkörper, bei spielsweise ein Bauteil, treten könnte. Der andere Spannkopf des Prüfkörpers e ist am festen Teil der Prüfmaschine angebracht.
Die Feder ca bildet zusammen mit dein Prüfkörper e und den Massen c und d ein Schwingiingss@,stem, dessen Federung im wesentlichen durch die Feder a und nur zii einen 1 ganz verschwindend geringen Teil durch den Prüfkörper e bestimmt wird. Die Masse dieses Schwingungssystems besteht. im wesentlichen ans den :Massen c und d.
Es ist durch geeignete Wahl der Feder a oder der Massen c und d möglich, die Eigenschwin gungszahl des Gesamtsystems so zu legen, wie es für die Prüfung und auch für die Er- re--ung selbst am vorteilhaftesten ist. Läuft die hasse d entsprechend der gewählten Eigensch@aiugungszahl um, so wird ein ver hältnismässig --rosser Ausschlag der Feder a. hervorgerufen und auf den Prüfkörper e übertragen. lin Resonanzgebiet ist die Bean spruchung durch den Schwungmassenerreger bedeutend höher als ausserhalb der Resonanz.
Eine weitere Erhöhung tritt dadurch ein, dass die Masse d bezüglich der Einspannung an einem wesentlich längeren Hebelarm an greift als der Prüfkörper e. Die Beanspru chungen des Prüfkörpers können dadurch verändert werden, (lass entweder die unaus geglichene Masse d vergrössert oder verklei nert oder der Prüfkörper e längs der Feder verschoben wird.
Bei der Maschine nach Fig. 2 befindet sich der eine Spannkopf f des Prüfkörpers ri a.ni festen Teil der Maschine, während sein anderer Spannkopf h eine Feder i. trägt. an deren beiden Enden je eine hasse<I>k</I> und d be- fes@i;1: ist. An Stelle der einen Feder -i kön nen zwei solche Federn treten, die beide mit ihren einen Enden in dem Spannkopf h be festigt sind und in gleicher Richtung liegen.
Die Masse k. ist wieder mit einer umlaufen den, unausgeglichenen Masse -m ausgerüstet. Das Schwingungssystem besteht hier aus der Feder<I>i,</I> dein Prüfkörper<I>d</I> und den Massen k. l und in. Für die Lage der Eigenschwin- :rungszahl ist. ausser den Massen wieder allein die Feder i massgebend, während die Fede rung des Prüfkörpers g ohne Bedeutung ist.
Stimmt die Eigenschwingungszahl des linken Armes der Feder<I>i</I> und der Masse<I>l</I> mit der des rechtsbefindlichen Schwingungsteils über ein, so wird durch die Schwingung der Masse k auch die Masse l <I>zu</I> einer im wesentlichen gleichphasigen Schwingung erregt. Infolge der Resonanz wird hierbei eine verhältnis mässig grosse Kraft auf den Spannkopf h und den Prüfkörper g ausgeübt. Wäre keine Vor spannung vorgesehen, so würde der Prüfkörper g wechselnd auf Zug und Druck beansprucht.
Eine Vorspannung verschiebt jedoch die Be lastungsgrenzen. Übersteigt die Vorspannung die durch den Schwingungsantrieb bedingte Zug- oder Druckbelastung, so werden schwel lende (hin- und hergehende) Zug- oder Druckkräfte hervorgerufen. Diese Vorspan- nung wird dadurch erzeugt, dass eine Feder, zwischen den Spannkopf k und den festen Teil der Maschine geschaltet ist.
Für den Fall, dass infolge der besonderen Verhältnisse des Prüfkörpers und dessen Rückwirkung auf die Einspannung ein gleichphasiges Schwingen der Massen k und l nicht zu erreichen ist, kann auch die Masse <I>1,</I> ebenso wie es bei der Masse k der Fall ist, mit einer umlaufenden unausgeglichenen Schwungmasse versehen werden. Es ist dann dafür zu sorgen, dass beide Massen gleich- phasig angetrieben werden.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Maschine werden verhältnismässig starke Reaktions kräfte über den Spannkopf f auf den festen Teil der Maschine und damit auf das Fun dament geleitet. Diese Kräfte können sich schädlich auswirken. Um dem abzuhelfen, kann die Maschine auf weiche Lenkerfedern gesetzt werden, die eine Übertragung der Kräfte auf das Fundament verhindern sollen.
Der Prüfkörper wird in diesem Falle zweck- mä.ssig liegend angeordnet und ist unter Zwi schenschaltung der Spanneinrichtungen auf mehreren senkrecht stehenden Federn ab gestützt, wie es im Materialprüfmaschinen- ba,u an sich bekannt ist. Damit sich hier bei die Schwingungskräfte auf den Prüf- körper auswirken können, ist es not wendig, den Spannkopf f mit einer grossen Masse zu verbinden, die selbstverständlich auch federnd zu lagern ist.
Diese grosse Masse wirkt durch ihr Trägheitsmoment den Schwingungen entgegen, so dass sich je nach Grösse dieser Masse die aufgebrachten Schwingungskräfte in praktisch voller Höhe auf den Prüfkörper auswirken.
Es ist schliesslich noch möglich, bei gleichfalls federnder Lagerung der ganzen Maschine unter Verzicht auf die soeben er wähnte grosse Masse den Spannkopf f mit einer gleichen Feder und mit gleichen Mas sen zu verbinden wie den Spannkopf h. Der Prüfkörper wird dann von beiden Seiten er regt. Es ist bei dieser Anordnung möglich, die Beanspruchung dadurch zu vergrössern oder zu verkleinern, dass die Phase zwischen den Schwingungserregern an den beiden En den des Prüfkörpers verstellt wird. Arbeiten beide Schwingungserreger gleichphasig, das heisst schwingen beide zu jeder Zeit in glei cher Richtung und mit gleicher Amplitude, so tritt eine Beanspruchung des Prüfkörpers praktisch überhaupt nicht ein.
Weicht da gegen die Phase der beiden Schwingungs- erreger ab, so wird der Prüfkörper mit einer Kraft beansprucht., die so lange anwächst, bis die beiden Schwingungserreger mit einer Phasenverschiebung von 180 , also entgegen gesetzt schwingen.
Auch bei den letztbeschriebenen Ausfüh rungsformen ist es selbstverständlich mög lich, Vorspannungen auf den Prüfkörper wirken zu lassen. Dies lässt sich dadurch ver wirklichen, dass zwischen die beiden Spann köpfe f und h Federn geschaltet werden, die auf Zug oder Druck beansprucht sind. Die Zwischenschaltung dieser Federn kann un mittelbar oder mittelbar unter an sich im Materialprüfmaschinenbau bekannter Ver wendung eines Rahmens erfolgen.
Bei der Maschine nach Fig. B. werden die Biegeschwingungen des Prüfkörpers o, der einerseits eingespannt ist, dadurch hervor gerufen, dass an dem Spannkopf p einseitig eine Feder q, befestigt ist, die an ihrem äussern Ende eine 'lasse r mit darin gelager ter, umlaufender unausgeglichener Schwung- masse s trägt. Die Eigenschwingungszahl wird auch hier wieder fast ausschliesslich durch die Feder q und die )Tassen r und s bestimmt.
Wird das ganze System genau oder annähernd im Takte der Eigenschwin gung angetrieben, so biegt sich der Prüfkör per hin und her. Es ist auch hierbei möglich, eine Vorspannung aufzubringen, indem zwi schen den Spannkopf n und einen festen Teil der Maschine die Feder t, zwischengeschaltet wird.
Abweichungen von dieser schematisch ge zeichneten Maschine sind hier ebenso wie bei dem Beispiel nach Fig. \) möglich. Die Ma schine kann, um keine Kräfte auf das Fun dament zu übertragen, auf Lenkerfedern ruhen und der feste Spannkopf kann hierbei mit einer grossen freien Masse verbunden werden, die den Schwingungen als Wider lager dient.
Es ist aber auch bei dieser Biege schwingungsmaschine möglich, den Priifkör- per von beiden Seiten her anzutreiben, indem nicht nur der Spannkopf p, sondern auch der am andern Ende des Prüfkörpers befindliehe Spannkopf über eine Feder mit einer Schwungmasse verbunden wird. Diese 'lasse kann gleichfalls mit einer umlaufenden un ausgeglichenen Masse ausgerüstet sein. In vielen Fällen wird das aber nicht nötig sein, vielmehr genügt die Federung und die Schwungmasse, die durch den jenseitigen Er reger über den Prüfkörper zu Schwingungen angeregt wird und so zur Belastung des Prüfkörpers beiträgt.
Torsionsschwingungen lassen sich mit einer der in Fig. 3 ganz ähnlichen Maschine gemäss Fig. 4 erzeugen, jedoch ist die Feder u um ihre Längsachse um 90 geschwenkt. so dass ihre Schwingebene senkrecht zu der Prüfkörperachse steht. Die Feder ist auch in diesem Falle an dem Spannkopf z des Prüf körpers zr befestigt und trägt an ihrem äussern Ende eine blasse x, in der eine unaus geglichene )lasse J drehbar gelagert ist.
Bei Umlauf dieser Masse wird der Prüfkörper ir infolge der Schwingungen der Feder r4 auf Dreliuiig beansprucht. Auch bei dieser Be anspruchungsart lassen sich die Erreger kräfte nicht nur von Seiten des einen Spann kopfes, sondern auch von beiden Spannköp fen her einleiten. wenn die gesamte Maschine beispielsweise auf Lenkerfedern gelagert wird. Das Aufbringen von Vorspannungen ist: ebenfalls durch Anbringen von Vorspann federn möglich.
In vielen Fällen ist es zweckmässig, einen Prüfkörper nicht nur Zug-, Druck-, Biege- oder Verdrehungsbeanspruchungen zu unter- ,verfen, sondern gleichzeitig mehreren dieser Beansprncliun_gen. Beispielsweise kann die Maschine zwei Federn von der Art der in den Fig. \? und 3 mit i und q bezeichneten aufweisen. die gleichzeitig an ein und dem selben Spannkopf angreifen.
so dass Zug oder Druck- und Biegebeanspruchungen her vorgerufen werden. Das Gleiche lässt sich auch mit einer Maschine nach Fig. 2 er reichen, bei welcher die hassen k und l ver schieden gross gewählt sind, wobei jedoch darauf zii achten ist, dass auch die Federteile dementsprechend geändert sein müssen, da mit beide die gleiche Eigenschwingungszahl beibehalten.
Es isi- auch möglich., über den einen Spannkopf die eine Belastungsart und über den andern Spannkopf die andere Be lastungsart auf den Prüfkörper einwirken zii lassen.
In allen Fällen ist für die Erregung des Prüfkörpers die Lage der Schwung- massen mass-,ebend, auch wenn diese Massen selbst nicht unmittelbar umlaufende unaus geglichene -lassen tragen. So ist beispiels weise die Masse 1, in Fig. 2 ebenfalls als Erreger für den Prüfkörper anzusehen.
Es ist deshalb auch möglich, die unausgegliche nen umlaufenden Massen von den den Prüf körper in Schwingung versetzenden Massen zu trennen und die umlaufenden Massen un ter Zwischenschaltung von Kraftübertra- gUngsmitteln, beispielsivc@ise Federn. auf diese 'lassen wirken zu lassen, die dann ihrerseits wieder unter Zwischenschaltung der in der Zeichnung dargestellten Federn den Prüfkörper belasten. Beispielsweise kann bei der Maschine nach Vig. 2 der Schwungmassenantrieb unmittelbar mit dem Spannkopf h verbunden sein.
Arbeitet dieser Antrieb mit einer Drehzahl, die der Eigen schwingungszahl des aus der Feder i und den Massen lc und l bestehenden Schwin gungssystems entspricht, so sind die Massen 1j und l - auch wenn der Antrieb nicht un mittelbar an ihnen angreift - als Erreger für den Prüfkörper zu betrachten. Beide blassen schaukeln sich infolge der Resonanz auf und wirken dadurch auf den Prüfkörper ein; die Beanspruchungsverhältnisse sind hierbei etwa die gleichen wie bei dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel.