Terkstoffprüfmaschine für Wechseibelastungen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Werkstoffprüfmaschine für Wechselbelastungen, mit einem von einem hydraulischen oder pneumatischen Energieträger beaufschlagten, in einem Prüfzylinder geführten doppeltwirkenden Kolben, der mit dem eingespannten Prüfstück in Verbindung steht.
In Wechsellastprüfmaschinen bekannter Bauart wird das einseitig eingespannte Prüfstück an seinem freien Ende abwechselnd nach oben und nach unten gebogen. Hierbei findet ein mit einem doppeltwirkenden Kolben zusammenarbeitender Prüfzylinder Anwendung, an dessen unterer Zylinderhälfte ein Pulsator angeschlossen ist. Durch periodisches Aufund Abgehen des Pulsatorkolbens mittels eines Ex- zenters wird nach Erhalt eines hydraulischen Druck übersetzers der Kolben des Prüfzylinders von der Mittellage nach oben und wieder zur Mittellage zurückbewegt. Zur Aufrechterhaltung des unteren Druckniveaus ist in der zum unteren Zylinderraum führenden Leitung ein Rückschlagventil, eine Pumpe und ein Überströmventil vorgesehen.
Um auch Kräfte auf die Werkstoffprobe in Richtung nach unten zu erzielen, wurde an den oberen Zylinderraum des Prüfzylinders ein Ölspeicher angeschlossen, dessen unteres Druckniveau mit Hilfe eines Rückschlagventils, einer Pumpe und eines Überströmventils aufrechterhalten wird.
Wenn nun bei einer so aufgebauten Prüfanlage der Ölspeicher beispielsweise auf 50 atü gebracht und der Pulsator eine periodische Druckschwankung im unteren Zylinderraum des Prüfzylinders zwischen 50 und 100 atü erzeugt, dann schwankt der Druck im oberen Zylinderraum gleichfalls periodisch zwischen 50 atü und beispielsweise 60 atü, weil bei Erhöhung des Druckes im unteren Zylinderraum der Kolben im Prüfzylinder nach oben geht, den oberen Zylinderraum komprimiert und somit der Druck im oberen Zylinderraum und im Ölbehälter steigt. Es wird also im oberen Zylinderraum ein Maximaldruck von 60 atü herrschen, während gleichzeitig im unteren Zylinderraum ein Maximaldruck von 100 atü vorhanden ist.
Am eingespannten Prüfstück steht also nur eine Kraft zur Verfügung, die der Kolbenfläche des Prüfkolbens multipliziert mit 40 atü entspricht, obgleich der Pulsator auf 100 atü ausgelegt werden muss.
Ein Vorschlag mit günstigeren Kräfteeinwirkungen auf das Prüfstück geht dahin, je einen Pulsator an die beiden Zylinderräume des Prüfzylinders anzuschliessen, wobei beide Pulsatoren durch ein gemeinsames Exzenter bewegt werden. Wenn das Prüfstück jedoch schon eine plastische Verformung erlitten hat und um die Mittellage dieser Verformung schwingt, so ergeben sich abermals falsche Versuchswerte.
Um nun ein Prüfstück unter allen Umständen auch bei plastischer Verformung mit einer Wechsellast zu beaufschlagen, die stets zwischen denselben vorgewählten Lastgrenzen hin und her pendelt, wird gemäss der Erfindung vorgeschlagen, die Zuführung des Energieträgers zu den beiden Zylinderräumen des Prüfzylinders mittels einer Ölpresspumpe vorzunehmen, die wahlweise von der Förderung in einer Richtung in die entgegengesetzte Förderrichtung umsteuerbar ist. An die Stelle der bisherigen Pulsatoren tritt also nunmehr eine Ölpresspumpe.
Die Förderung des Energieträgers in die jeweiligen Zylinderräume des Prüfzylinders kann auch durch einen die jeweiligen Zuleitungen überwachenden Druckschalter geregelt werden. Hierbei ist zweckmässig, dass jeder Zuleitung zu dem Prüfzylinder ein Druckschalter zugeordnet ist. Ferner kann jeder der Druckschalter auf eine vorgewählte Kraftgrenze eingestellt werden. Nach einem weiteren Vorschlag gehört zu jedem der Druckschalter ein elektrischer Schalter, der über ein Relais die Drehrichtung des die Ölpresspumpe antreibenden Motors bestimmt oder unmittelbar einen Steuermechanismus der Ölpress- pumpe betätigt.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung schematisch dargestellt, und zwar zeigt:
Fig. 1 eine bekannte Prüfanordnung für Wechselbelastungen,
Fig. 2 eine Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 1, die schematisch die eingangs als bekannt erwähnte Bauart einer Wechsellastprüfmaschine darstellt, ist mit 1 das eingespannte Prüfstück und mit 2 der im Prüfzylinder 3 geführte, in seiner Mittelstellung stehende Arbeitskolben benannt, dessen Kolbenstange 4 am freien Ende 5 des Prüfstückes 1 angreift. Mit 6 ist der obere Zylinderraum und mit 7 der untere Zylinderraum des Prüfzylinders bezeichnet. An den unteren Zylinderraum 7 ist über eine Leitung 8 ein Pulsator 9 angeschlossen, dessen Kolben 10 sich mittels Exzenter 11 periodisch auf und ab bewegt, wodurch der Kolben 2 des Prüfzylinders 3 von der Mittellage nach oben und wieder zur Mittellage zurück bewegt wird. Ein Rückschlagventil 12 zusammen mit einer Pumpe 13 und einem Überströmventil 14 sorgt für die Aufrechterhaltung des Druckniveaus in dem unteren Zylinderraum 7.
Damit auch vom Arbeitskolben 2 Prüfkräfte nach unten ausgeübt werden, ist eine Leitung 15 an den oberen Zylinderraum 6 angeschlossen, die zu einem Ölspeicher 16 führt, dessen Druckniveau mit Hilfe eines Rückschlagventiles 17, einer Pumpe 18 und eines Über- strömventiles 19 aufrechterhalten wird. Wie eingangs ausgeführt, können mit einer so aufgebauten Prüfanlage nur ungenügende Prüfergebnisse bei ungünstigen Kräfteverhältnissen erzielt werden.
In Fig. 2, die die vorliegende Erfindung veranschaulicht, ist mit 60 das eingespannte Prüfstück und mit 61 der Prüfzylinder benannt, dessen doppeltwirkender Kolben 62 in seiner Mittellage gezeigt ist, so dass sich die Zylinderräume 63 und 64 ergeben. Für die bisherigen Pulsatoren 23, 24, 25 (Fig. 2) bzw. 46, 47, 48 (Fig. 3) ist nunmehr eine Ölpresspumpe 65 verwendet, die kontinuierlich in einer Richtung fördern kann, die jedoch auch, sei es durch Verstellung irgendwelcher Steuerelemente oder beispielsweise durch Umkehren der Drehrichtung, auf kontinuierliche Förderung in der entgegengesetzten Richtung umgesteuert werden kann. Mit 58 und 59 sind die Zuleitungen zu den Zylinderräumen 63, 64 des Prüfzylinders 61 benannt.
Die Prüfmaschine gemäss dem Erfindungsvorschlage arbeitet folgendermassen:
Die durch einen Motor 66 angetriebene Ölpresspumpe 65 fördert in den Zylinderraum 63 des Prüfzylinders 61 über die Leitung 58 so lange, bis die an einem Druckschalter 67, welcher aus einem Zylinder mit federbelastetem Kolben und einem elektrischen Schalter 68 besteht, durch Vorspannung der Feder eingestellte Kraft erreicht ist.
In diesem Augenblick betätigt der elektrische Schalter 68 über ein Relais 69 den Steuermechanismus der Ölpresspumpe 65, beispielsweise kehrt er die Drehrichtung des Motors 66 um. Die Ölpresspumpe 65 fördert sodann über die Leitung 59 in den Zylinderraum 64, so dass das Prüfstück 60 in Richtung nach oben belastet wird, bis die am Druckschalter 70 vorgewählte Kraftgrenze erreicht und der erstgenannte Zustand wieder hergestellt ist. Mit 71 ist ein dem Druckschalter 70 zugeordneter elektrischer Schalter benannt.
Die Aufwendigkeit der neuen Prüfmaschine ist geringer, da statt der bisherigen zwei Nachfüllsysteme nur noch eine aus einem Rückschlagventil 72, einer Pumpe 73 und einem Überströmventil 74 bestehende Nachfüllanlage benötigt wird.
Die im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 angewendeten Druckschalter 67 und 70 können unmittelbar auf die gewünschte Kraftgrenze eingestellt werden. Das hierbei vorgesehene Überstromventil 74 hat nur noch die Aufgabe zu erfüllen, den für die Ölpress- pumpe 65 erforderlichen Schmierdruck konstantzuhalten, der gleichzeitig als Vorspanndruck zwischen den beiden Zylinderräumen 63 und 64 dient.
Bei der erfindungsgemäss zur Anwendung gebrachten Ölpresspumpe kann insbesondere die Umsteuerung von einer Förderrichtung auf die andere nicht nur durch Drehrichtungsumkehr, sondern auch durch Verschiebung der Steuerteile in einer Radialbzw. Axialkolbenpumpe bewirkt werden.
Material testing machine for alternating loads
The invention relates to a material testing machine for alternating loads, with a double-acting piston, which is acted upon by a hydraulic or pneumatic energy carrier and guided in a test cylinder, and which is connected to the clamped test piece.
In known design alternating load testing machines, the test piece clamped on one side is bent alternately up and down at its free end. A test cylinder that works together with a double-acting piston and a pulsator is connected to the lower half of the cylinder. By periodically moving the pulsator piston up and down by means of an eccentric, the piston of the test cylinder is moved from the central position up and back to the central position after receiving a hydraulic pressure booster. To maintain the lower pressure level, a check valve, a pump and an overflow valve are provided in the line leading to the lower cylinder space.
In order to also achieve forces on the material sample in a downward direction, an oil reservoir was connected to the upper cylinder chamber of the test cylinder, the lower pressure level of which is maintained with the help of a check valve, a pump and an overflow valve.
If, in a test system constructed in this way, the oil reservoir is brought to 50 atmospheres, for example, and the pulsator generates a periodic pressure fluctuation in the lower cylinder space of the test cylinder between 50 and 100 atmospheres, then the pressure in the upper cylinder space also fluctuates periodically between 50 atmospheres and 60 atmospheres, for example, because When the pressure in the lower cylinder chamber increases, the piston in the test cylinder goes up, compresses the upper cylinder chamber and thus the pressure in the upper cylinder chamber and in the oil tank increases. There will therefore be a maximum pressure of 60 atmospheres in the upper cylinder space, while at the same time a maximum pressure of 100 atmospheres is present in the lower cylinder space.
On the clamped test piece, there is only a force available that corresponds to the piston area of the test piston multiplied by 40 atm, although the pulsator must be designed for 100 atm.
A proposal with more favorable forces acting on the test piece is to connect a pulsator to each of the two cylinder spaces of the test cylinder, with both pulsators being moved by a common eccentric. However, if the test piece has already suffered a plastic deformation and oscillates around the central position of this deformation, then again incorrect test values result.
In order to apply an alternating load to a test piece under all circumstances, even in the event of plastic deformation, which always oscillates back and forth between the same preselected load limits, it is proposed according to the invention that the energy carrier be supplied to the two cylinder chambers of the test cylinder by means of an oil pressure pump, which can optionally be reversed from the conveyance in one direction in the opposite conveyance direction. The previous pulsators are now replaced by an oil press pump.
The conveyance of the energy carrier into the respective cylinder spaces of the test cylinder can also be regulated by a pressure switch that monitors the respective supply lines. It is useful here that a pressure switch is assigned to each supply line to the test cylinder. Furthermore, each of the pressure switches can be set to a preselected force limit. According to a further proposal, each of the pressure switches has an electrical switch which, via a relay, determines the direction of rotation of the motor driving the oil press pump or directly actuates a control mechanism of the oil press pump.
An embodiment of the subject matter of the invention is shown schematically in the drawing, namely shows:
1 shows a known test arrangement for alternating loads,
Fig. 2 shows an embodiment of the invention.
In Fig. 1, which schematically shows the type of alternating load testing machine mentioned at the beginning as known, 1 denotes the clamped test piece and 2 denotes the working piston guided in the test cylinder 3 and standing in its central position, the piston rod 4 of which engages the free end 5 of the test piece 1 . With 6 the upper cylinder space and 7 with the lower cylinder space of the test cylinder is designated. A pulsator 9 is connected to the lower cylinder chamber 7 via a line 8, the piston 10 of which moves periodically up and down by means of the eccentric 11, as a result of which the piston 2 of the test cylinder 3 is moved from the central position upwards and back again to the central position. A check valve 12 together with a pump 13 and an overflow valve 14 ensures that the pressure level is maintained in the lower cylinder space 7.
So that test forces are also exerted downward by the working piston 2, a line 15 is connected to the upper cylinder chamber 6, which leads to an oil reservoir 16, the pressure level of which is maintained with the aid of a check valve 17, a pump 18 and an overflow valve 19. As stated at the beginning, only inadequate test results can be achieved with a test system constructed in this way with unfavorable force relationships.
In FIG. 2, which illustrates the present invention, the clamped test piece is denoted by 60 and the test cylinder is denoted by 61, the double-acting piston 62 of which is shown in its central position, so that the cylinder spaces 63 and 64 result. For the previous pulsators 23, 24, 25 (Fig. 2) or 46, 47, 48 (Fig. 3), an oil press pump 65 is now used, which can continuously deliver in one direction, but which also, be it by any adjustment Control elements or, for example, by reversing the direction of rotation, can be reversed to continuous conveyance in the opposite direction. The feed lines to the cylinder chambers 63, 64 of the test cylinder 61 are designated with 58 and 59.
The testing machine according to the proposed invention works as follows:
The oil press pump 65 driven by a motor 66 delivers into the cylinder chamber 63 of the test cylinder 61 via the line 58 until the force set by the spring preload on a pressure switch 67, which consists of a cylinder with a spring-loaded piston and an electrical switch 68 is reached.
At this moment the electrical switch 68 actuates the control mechanism of the oil press pump 65 via a relay 69, for example it reverses the direction of rotation of the motor 66. The oil press pump 65 then delivers via the line 59 into the cylinder chamber 64, so that the test piece 60 is loaded in an upward direction until the force limit preselected on the pressure switch 70 is reached and the first-mentioned state is restored. 71 is an electrical switch assigned to the pressure switch 70.
The complexity of the new testing machine is lower because instead of the previous two refill systems, only one refill system consisting of a check valve 72, a pump 73 and an overflow valve 74 is required.
The pressure switches 67 and 70 used in the exemplary embodiment according to FIG. 2 can be set directly to the desired force limit. The overflow valve 74 provided here only has to fulfill the task of keeping the lubricating pressure required for the oil press pump 65 constant, which at the same time serves as a preload pressure between the two cylinder chambers 63 and 64.
In the case of the oil press pump used according to the invention, the reversal from one conveying direction to the other can in particular not only be achieved by reversing the direction of rotation, but also by shifting the control parts in a radial or radial direction. Axial piston pump can be effected.