Prüfmaschine mit einem in den sechs Freiheitsgraden von Translation und Kotation beweglich gelagerten Aufspanntisch
Die Erfindung betrifft eine Prüfmaschine mit einem in den sechs Freiheitsgraden von Translation und Rotation beweglich gelagerten Aufspanntisch und Krafterzeugern, um über den Aufspanntisch für einen Prüfkörper auf letzteren in mindestens einem dieser sechs Freiheitsgrade Beanspruchungen auszuüben.
Zur Prüfung des Verhaltens von Bauteilen bei Druck- oder Zugbeanspruchung und zur Ermittlung der Druck- und Zugfestigkeit von Werkstoffen werden im allgemeinen Druck- bzw. Zugprüfmaschinen verwendet, bei welchen die meist hydraulisch erzeugten Kräfte nur in der Maschinenachse auf den Prüfkörper wirken. Bei Druckprüfmaschinen ist häufig eine Druckplatte kugelig gelagert, um ungleichmässige Belastung eines Prüfkörpers mit nicht planparallelen Druckflächen zu vermeiden.
Bekannt sind ferner sogenannte Universalprüfmaschinen, die üblicherweise aus der Kombination einer herkömmlichen Druck- und Zugprüfmaschine in einem gemeinsamen Maschinenrahmen bestehen, und ibei welchen auch manchmal Zusatzeinrichtungen für die Durchführung von Knick- und Abscherversuchen vorhanden sind. Neuere Umversalprüfmaschinen sind mit einem Rahmen grosser Steifigkeit und kräftigen Führungen ausgestattet, um auch die Aufnahme von quer zur Maschinenachse wirkenden Kräften zuzulassen, und es sind spezielle Einrichtungen, wie z. B. Hilfs-Krafterzeuger zur Erzeugung solcher nicht in der Maschinenachse wirkenden Kräfte, Kraftmesser zur Messung dieser Kräfte und hydraulisch gelagerte Pressplatten zur Beherrschung bestimmter Freiheitsgrade vorgesehen.
Trotz dieser Massnahmen sind die bekannten Universalprüfmaschinen keineswegs universell in ihrer Anwendlbart keit.
So gestatten beispielsweise herkömmliche Knickvorrichtungen zwar saubere Knickversuche in den von der Konstruktion der Vorrichtung gegebenen Ebenen, sind aber nicht für den keineswegs seltenen Fall einer Torsionsknickung eingerichtet.
Auch die Anbringung zusätzlicher Krafterzeuger zielt meist nur auf die Beherrschung einer einzigen besonders wichtigen Problemstellung, beispielsweise des Knickens bei Einwirkung eines zusätzlichen Biegemomentes, ab.
Für Strukturprüfungen sind demnach den jeweils vorliegenden besonderen Problemstellungen entsprechend Sonderkonstruktionen von Prüfmaschinen nötig, deren Anschaffung kostspielig ist und die nach einer verhältnismässig kurzen Zeit praktischer Verwendung nahezu wertlos sind.
Allen im allgemeinen vorkommenden Strukturpri- fungen gerecht wird offenbar eine Prüfmaschine, bei welcher in einem Koordinatensystem X, Y, Z drei Kräfte Fx, Fy, Fz und drei Momente Mx, My, Mz oder drei Verschiebungen (Translationen ) x, y, z n ld drei Drehungen (Rotationen) cP,, x oder beliebige Kombinationen von sechs dieser Komponenxen erzeugt werden können.
Für die Konstruktion einer solchen Prüfmaschine ist bereits vorgeschlagen worden, einen Aufspanntisch in einer Kardan-Aufhängung zu befestigen, welche Drch- momenterzeuger für die drei Rotationen trägt, und für die Kardanaufhängung einen orthogonalen Dreikomponentenantrieb für die Translationen vorzusehen.
Eine solche Konstruktion ist zwar übersichtlich, würde aber bei starken Kräften, z. B. in der Grössenordnung von Hunderten von Megapond, zu einem nicht vertretbaren Aufwand führen.
Zweck der Erfindung ist eine Prüfmaschine, mit welcher Festigkeitsprüfungen von Bauteilen und Werkstoffen bei verschiedenster Beanspruchung durchführbar sind und die mit einem bei Maschinen dieser Art annehmbaren Aufwand hergestellt werden kann.
Die erfindungsgemässe Prüfmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aufspanntisch an einer Basis durch sechs in ihrer Länge verstellbare Lenker befestigt ist, welche an ihren Enden freibeweglich am Aufspanntisch un an der Basis angelenkt sind, so dass der aus dem Aufspanntisch, der Basis und den Lenkern bestehende Prüfkomponenten-Block ein statisch bestimmtes Svstem bildet, und dass zur Längenverstellung jedem Lenker ein eigener steuerbarer, in Richtung der Lenkerachse wirkender Krafterzeuger zugeordnet ist.
Die Lage des Aufspanntisches inbezug auf die Basis wird hierbei ausschliesslich und vollständig durch die Länge der Lenker bestimmt, wobei der Aufspanntisch keine zusätzlichen Führungen benötigt und die Lenker keine nennenswerten Querkräfte aufzunehmen haben, solange die Reibungsmomente in den Anlenlkstellen niedrig gehalten werden, was technisch ohne besondere Schwierigkeiten möglich ist. Dies ergibt einen konstruktiv einfachen und mit verhältnismässig geringem Auf wand herstellbaren Aufbau für die Prüfmaschine.
Im einfachsten Fall kann die Prüfmaschine aus einem einzigen, die Basis, Lenkeranordnung und den Aufspanntisch umfassenden Prüfkomponenten-Block bestehen, wobei die Basis in einem Maschinengestell vorzugsweise verschiebbar angeordnet ist, jeder Lenker zur Längenverstellung einen eigenen Krafterzeuger aufweist und für jeden Lenker eine eigene Kraftmessvorrichtung und eine Messvorrichtung zum Messen seiner Längenänderung vorhanden ist.
Als Lenker können doppeltwirkende hydraulische Zylinder verwendet werden, die wegen der erwähnten geringen Querkräfte nur eine entsprechend schwache Innenführung benötigen und bei denen asl Messvorrichtungen ÖIdruokmesser und Xolbenweggeber verwendet werden können.
Vorzugsweise besteht jedoch die Prüfmaschine aus zwei Prüfkomponenten-Blöcken mit je einer Basis, einer Lenkeranordnung und einem Aufspanntisch, wobei die Basis jedes Prüfkomponentensslockes auf einer Konsole befestigt sein kann und die beiden Konsolen in einer Führungsschiene geführt sein können. Zwedkmässig wird dann der eine Prüfkomponenten-Block zur Erzeu gung ;der Kräfte und Momente und das andere zum Messen dieser Grössen benutzt. Um bei einer Prüfmaschine die mögliche Maximaldeformation zu vergrössern, können bei beiden Prüfkomponenten-Blöcken den Lenkern Krafterzeuger zur Längenverstellung zugeordnet werden.
Sino die Prüfkräfte so stark, dass Lageänderungen der Basis eintreten, so kann zur Bestimmung der Lageänderungen die Basis über eine aus sechs in der Länge z. B. teleskopartig verstellbaren Stäben bestehende Stabanordnungen mit einem Bezugskörper verbunden sein, wobei jedem Stab dieser Stabanordnung eine eigene Messvorrichtung zum Messen seiner Längenänderung zugeordnet ist.
Im folgenden wird -die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden Zeichnung ausführlich erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine gemäss der Erfindung ausgebildete Prüfmaschine horizontaler Bauart,
Fig. 2 ein Beispiel für die Anordnung von sechs Lenkern zwischen Aufspanntisch und Basis,
Fig. 3 eine bevorzugte Lenkeranordnung,
Fig. 4 die Prüfmaschine der Fig. 1, bei welcher jeoch die Basis jedes Prüfsystems über eine Stabanordnung von in ihrer Länge verstellbaren Stäben zur Ermittlung von Lageänderungen an einem Bezugskörper abgestützt ist,
Fig. 5 schematisch eine Rechenschaltung zur Umrechnung der durch eine Lenkeranordnung erzeugten Kräfte in normalisierte Kräfte und Momente, und
Fig. 6 im Blockschema eine Mess- und Regelanlage für die Prüfmaschine der Fig. 4.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Prüfmaschine ist von horizontaler Bauart, welche immer dann zweckmässig ist, wenn sperrige Prüfkörper mit einem Kran in die Maschine eingefahren werden sollen und das Eigengewicht der Prüfkörper bei allfälligen Knickversuchen keine entscheidende Rolle spielt.
Als Maschinenbett 1 dient ein massiver Betonklotz, in den zur Aufnahme der maschinenbaulichen Teile eine Führungsschiene 2 eingelassen ist. Auf der Führungsschiene sind zwei Prüfkomponenten-Blöcke A, B angeordnet. Jeder Prüfkomponenten-Block besteht aus einem Aufspanntisch 7 bzw. 11, welcher über eine aus sechs Lenkern bestehende Lenkeranordnung 8 bzw. 12 an einer vertikalen Basisplatte 6 tbzw. 10 angelenkt ist. Jede Basisplatte 6, 10 ist an einer Konsole 3, 9 befestigt, welche mittels Klemmbacken 4 und Schrauben 5 an irgendeiner Stelle der Führungsschiene befestigt werden kann. Die Lenker des in Fig. 1 gezeigten Blockes A, sind bis auf elastische Deformationen in ihrer Länge fest und bestehen vorzugsweise aus Kraftmess-Dosen; die Lenker des Blockes B sind in ihrer Länge verstellbar und bestehen vorzugsweise aus doppelwirkenden hydraulischen Zylindern.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Prüfmaschine soll folglich der linke Prüfkomponenten-Block A fest angeordnet sein und damit den festen Aufspanntisch enthalten. Der rechte Prüfkomponenten Block B soll verschiebbar sein und somit den beweglichen Aufspanntisch enthalten. Jeder Lenker des beweglichen Aufspanntisches weist eine Messvorrichtung zur Messung seiner Längenänderungen auf, die im Falle von hydraulischen Zylindern beispielsweise ein Kolbenweggeber sein kann. Der besseren Übersicht wegen sind in der Zeichnung die bei jedem Lenker vorhandenen Vorrichtungen zur Krafterzeugung, Längenverstellung, Kraftmessung und Messung der Längenänderung im einzelnen nicht dargestellt, sondern lediglich durch einen Doppelpfeil 37 agedeutet. Im Aufbau sind die beiden Prüfkomponenten-Blöcke A, B weitgehend identisch.
Wie Fig. 2 zeigt, ist der Aufspanntisch 7 an der Basis 6 durch sechs Lenker 81...86;befestigt, wobei die Lenker an ihren Enden am Aufspanntisch 7 und an der Basis 6 in Lagern 13t...136 bzw. 14,...144 freibeweglich angelenkt sind. Die Lenker sind derart angeordnet, dass durch sie der Aufspanntisch von der Basis auf statisch bestimmte Weise gehalten wird und alle Teile (Aufspanntisch, Lenker, Basis) bei festgehaltener Länge der Lenker ein starres System ergeben. Bei der Lenkeranordnung der Fig. 2 ist an jedem Eckpunkt und in der Mitte der beiden Längsseiten der rechteckigen Basisplatte 6 je ein Lenker angelenkt.
Am Aufspanntisch 7 sind diese sechs Lenker lediglich an den zwei Eckpunkten der einen Längsseite und in der Mitte der anderen Längsseite angelenkt, wobei im Lager 141 des einen Aufspanntisch-Eckpunktes zwei Lenker 82 und 83 und im Lager 142 des anderen Eckpunktes drei Lenker 84, 85 und 86 zusammengefasst sind. Es ist leicht einzusehen, dass durch diese Anordnung der Lenker Aufspanntisch und Basisplatte statisch bestimmt gehalten sind und keine zusätzlichen Führungsorgane für den Aufspanntisch 7 nötig sind.
Die Lage des Aufspanntisches 7 inbezug auf die Basisplatte 6 ist ausschliesslich und vollständig durch die Länge der Lenker 81...86 bestimmt und durch Veränderung der Lenkerlängen kann der Aufspanntisch 7 in beliebigen Richtungen verschoben und gedreht werden.
In Fig. 2 ist in den Aufspanntisch 7 ein Achsenkreuz X, Y, Z eingezeichnet. Eine Verschiebung des Aufspanntisches 7 in Richtung der X-Achse um eine bestimmte Strecke x0 wird, wie ersichtlich, erreicht, indem die Lenker 81, 8g und 85 um diese Strecke x0 und die anderen Lenker 82, 84 und 86 um Strecken verkürzt bzw. verlängert werden, die sich aus der Geometrie der Anordnung leicht berechnen lassen. Für eine Drehung des Aufspanntisches um die Z-Achse bleibt die Länge des Lenkers 81 unverändert, die Lenker 82 und 83 müssen verlängert und die Lenker 84, 85 und 86 verkürzt werden oder umgekehrt, je nachdem in welcher Richtung diese Drehung stattfinden soll.
Für eine Dre- hung um die Y-Achse wird der Lenker 8l verkürzt und die übrigen Lenker 82. . .86 werden verlängert usw.
Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Anordnung der sechs Lenker 81...86 zwischen Basisplatte 6 und Aufspanntisch 7. An der Basisplatte 6 und am Aufspanntisch 7 sind je drei Lager 15z, 152, 153 bzw. 161, 162, 163 in den Eckpunkten jeweils eines gleichseitigen Dreieckes 17 bzw. 18 angebracht, wobei das eine Dreieck 17 gegenüber dem anderen Dreieck 18 um 1800 verdreht ist. An jedem Lager sind zwei Lenker angelenkt, welche zu den beiden Lagern der gegenüberliegenden Dreieckseite führen. Bei einer solchen Anordnung können untereinander identische Lenker und Lager verwendet werden, was für die Herstellung der Prüfmaschinen von besonderem Vorteil ist.
Wird ein feststehendes Koordinatensystem angenommen, dessen X-Achse in der die Mittelpunkte der beiden gleichseitigen Dreieoke verbindenden Geraden liegt und dessen Y- parallel zur Dreieckseite 151-152 und dessen Z-Achse in Richtung der Höhe auf diese Seite verläuft, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, so ergeben sich bei in positiver Richtung erfolgenden Verschiebungen und Drehungen des Aufspanntisches 7 die in der folgenden Tabelle ersichtlichen Symmetrien in den Verlängerungen (+) und Verkür zungen (-) der einzelne Lenker 8X. . ....
Translation Längenanderungen
Rotation der Lenker
81. 82. 83- 84- 85- 86 x + + + + + +
Y 0 + - 0 + - z - + + - + +
Wx * + - + - wy + + + + + + + - - O O
Zur Bestimmun der Stellung des Aufspanntisches gegenüber der Basisplatte sind demnach sechs Angaben nötig, welche als Signale für einen Rechner beispielsweise von sechs Kolbenwegmessern geliefert werden.
Für die Kraftmessung liegt im Prinzip die gleiche Aufgabenstellung vor wie bei den Sechskomponentenwaagen in Windkanälen. Eine in einem Koordinatensystem X, Y, Z in beliebiger Richtung wirkende Kraft F kann durch die drei Kraftkomponenten Fx, Fy, F, ersetzt werden und erzeugt in der Ebene YZ die Momente
Mx = yp . Fzzp zu Fy
My = zp Fx
Mz = yp Fx um die drei Achsen des Systems, wenn mit yp und zp die Koordinaten des Durchstosspunktes P der Wirkungslinie der Kraft F in der YZ-Ebene bezeichnet sind.
Zweckmässig wird, wie in Fig. 3 gezeigt, als X Achse die Längsachse der Maschine gewählt. Die Kraftkomponenten und die Momente in einer beliebigen zu dieser Achse senkrechten Ebene können dann aus den sechs durch die Lenker .... .86 hervorgerufenen Kräften Fj (i=1,2...6) ermittelt werden und zwar in allgemeinster Form durch die Gleichungen Fj = z as; Mj=2 bij Fj, in welchen ajj und bij konstante Koeffizienten sind und die Indizes i für 1,2. . .6 und j für x, y, z gewählt sind.
Dies gilt insbesondere auch für die Ebenen des festen und des beweglichen Aufspanntisches 7 bzw. 11 der Prüfmaschine (Fig. 1) in Ruhelage. Dies ist insofern wichtig, als man sich vor allem bei statischen Versuchen auch für die beim beweglichen Aufspanntisch vorliegenden Verhältnisse interessieren muss. Beim beweglichen Aufspanntisch sind zwar bei Vernachlässigung der Träg heitseinflüsse die Kräfte entgegengesetzt gleich den Kräften beim festen Aufspanntisch, die Momente am festen und am beweglichen Aufspanntisch können aber sehr wohl verschieden sein.
Im allgemeinen werden demnach die Kraftkomponenten Fj mit festem Koeffizienten ai nur einmal, die Momente Mj hingegen doppelt - einmal mit festen und einmal mit längenabhängigen Koeffizienten b1 - zu bestimmen sein.
Entscheidend bei Deformationsmessungen sind die relativen Bewegungen zwischen den beiden Aufspanntischen. Zur Ermittlung dieser Bewegungen ist mit Vorteil ein Koordinatensystem zu verwenden, das inbezug auf den festen Aufspanntisch unbeweglich ist. Für die Konstruktion der Prüfmaschine ist ferner von Bedeutung, welche Grössenordnung die zulässigen Fehler haben dürfen.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung sei angenommen, dass das Bett 1 samt den Konsolen 6 und 10 und den Kraftmessdosen der Lenker 8 bei der vorgesehenen Belastung als unendlich starr angesehen werden. In einem solchen Fall sind als einzige Messorgane sechs Kolbenwegmesser an den hydraulischen Zylindern ausreichend, wobei zur Berechnung der Deformationen ein linearer Ansatz möglich ist, wenn die Länge der Lenker gross gegenüber den auftretenden Deformationen ist. Für die Verschiebungen des Aufspanntisches in den drei Achsrichtungen und dessen Drehungen um die Achsen erhält man dann ein Gleichungssystem, das dem bei der Kraftmessung abgeleiteten entspricht. Sind A Li (i = 1,2..
.6) die Längen änderungen der Lenker 81...8Ü bezeichnet, so ergeben sich für die Verschiebungen A j (j = x, y, z) und die Drehungen A < P1 die Gleichungen tj = ' Cs L; = = X- di ni in welchen qj und djj konstante Koeffizienten sind. Die Koeffizienten csj und dij sind vom Abstand der Aufspanntische 7 und 11 abhängig und müssen demnach der Länge des Prüfkörpers angepasst werden.
Darf die Deformation von Bett 1, Konsolen 3 und 9, und Kraftmessboden nicht vernachlässigt werden, was beispielsweise dann der Fall ist, wenn gewisse Koordinaten konstant gehalten werden sollen, so wird zweckmässig eine Prüfmaschine benutzt, deren Aufbau schematisch in Fig. 4 gezeigt ist.
Wie bei der Prüfmaschine nach Fig. 1 ist auch bei der in Fig. 4 dargestellten Prüfmaschine in einem Betonbett 1 eine Führungsschiene 2 eingebettet. Die Führungsschiene 2 trägt die beiden Konsolen 3, 9 mit den Basisplatten 6, 10, an welche über die Lenkeranordnungen 8, 12 die Aufspanntische 7, 11 befestigt sind. Zusätzlich ist in der Führungsschiene 2 ein starrer und leichter Vergleichskörper 19 angeordnet, welcher auf Gummistützen 20 gelagert und z. B. in Rohr- oder Kastenbauart ausgeführt ist. Der Vergleichskörper 19 trägt zwei Klemmybriden 21, 22, von welchen jede als Basis für eine Anordnung von in ihrer Länge verstellbaren Stäben 23, 24 z. B. in der Ausführung gemäss Fig.
3 dient, auf denen die Basisplatte 6, 10 der Konsolen 3, 9 abgestützt sind. Die dem festen Aufspanntisch zugeordnete Klemmbride 21 ist auf dem Vergleichskörper 19 befestigt, während die dem beweglichen Aufspanntisch zugeordnete Klemmbride 22 am Vergleichskörper verschiebbar ist. Durch die Stabanordnungen 23 und 24 werden die Bewegungen der Konsolen 3, 9 unmittelbar vor der Anschlussstelle der Lenker erfasst. Die einzelnen Stäbe der Anordnungen-23 und 24 sind z. B. Teleskopstäbe und jedem Stab ist eine Messvorrichtung zum Messen seiner Längenänderung zugeorndet.
Die Längenänderung A Vi und A Wi (i=
1,2...6) der einzelnen Stäbe der beiden Anordnungen 23 und 24 ergeben zusätzliche Messgrössen für die Bestimmung der Verschiebungen Ej und Drehungen A ; (j = x, y, z). Mit diesen zusätzlichen Mess- grössen ergeben sich die Bestimmungsgleichungen
EMI4.1
wobei die konstanten Koeffizienten eij bis pij von der Länge des Prüfkörpers abhängig sind.
Wie bereits erwähnt worden ist, besteht vorzugsweise jeder Lenker der Lenkenanordnung 12 in Fig. 1 und 4 aus einem doppelwirkenden hydraulischen Zylinder, dem zur individuellen Beeinflussung der einzelnen Lenker jeweils eine eigene Regelventilgruppe zugeordnet sein muss. Da die (programmierten) Eingangswerte für die vorstehend beispielsweise beschriebenen Prüfmaschinen die normalisierten Koordinaten Fj, Mj und/oder ss j sind, sind Umrechnungen erforderlich, die eine Regelung jedes Zylinders aufgrund eines Soll-Istwert-Vergleiches der normalisierten Koordinaten ermöglichen.
Die normalisierten Fehlersignale A Fj, A Mj und s j werden durch Auflösung und sinngemässe Umformung der bereits angegebenen Gleichungssysteme.
EMI4.2
erhalten. Aus den normalisierten Fehlersignalen A Fj, A Mj und AAj, AL j ergeben sich dann die für die Betätigung der Regelventile (Stellglieder) masts gebenden Fehlersignale
EMI5.1
wobei als Nebenbedingung gilt, dass jeweils nur insgesamt sechs normalisierte Fehlersignale eingeführt werden dürfen. Für jede Raumkoordinate ist ein Kraftoder Verschiebungssignal sowie ein Moment- oder Verdrehungssignal erforderlich. Für jeden einzelnen Fall sind die Koeffizienten qij bis tij Konstanten.
Eine beispielsweise Mess- und Regelanlage ist schematisch in den Fig. 5 und 6 gezeigt.
Fig. 5 zeigt eine Rechenschaltung für die Umwandlung der sechs durch die Lenker in der Anordnung gemäss Fig. 3 erzeugten Kräfte .... .F6 in die normalisierten Kräfte Fx, Fy, Fz und normalisierten Momente Mx, My, Mz. bei einem festen Aufspanntisch. Die Rechenschaltung weist 6 Recheneinheiten 25...30 auf, für jede normalisierte Komponente eine, welche alle identisch ausgebildet sind, und jede sechs Eingänge zur Aufnahme der sechs Kraftsignale F1...F6 und einen Ausgang zur Abgabe des den Wert der jeweiligen normalisierten Komponente wiedergegebenden Signals besitzt. In den Recheneinheiten werden die Eingangswerte gemäss den angegebenen Gleichungen Fj = v ajj Fi und Mj = 2 ibij Fi verarbeitet.
Weist die Prüfmaschine zusätzlich einen beweglichen Aufspanntisch auf und sollen die bei diesem Aufspanntisch auftretenden Momente erfasst werden, so sind in der Rechenschaltung drei weitere Rechenwerke für diese zusätzlichen Momente erforderlich. Für die Deformationstransformation wird eine gleiche Rechenschaltung benutzt, wobei den Eingängen der einzelnen Rechenwerke Signale für die Längenänderung A .... .A L6 der Lenker zugeführt und an den Ausgängen die normalisierten Verschiebungen x, y, z und normalisierten Verdrehungen A0x, A0yX A0z erhalten werden. Für eine Prüfmaschine in der Ausführung gemäss Fig. 4 sind Rechenwerke mit 24 statt mit 6 Eingängen erforderlich.
Fig. 6 zeigt das Blockschema einer Mess- und Regelanlage für die in Fig. 4 gezeigte Prüfmaschine. Die dargestellte Anlage besteht aus einer ersten Rechenschaltung 31 mit neun Rechenwerken, von welchen jedes sechs Eingänge für die Kraftsignale F1...F6 hat, und einer zweiten Rechenschaltung 32 mit sechs Rechenwerken, von welchen jedes 24 Eingänge für die Kraftsignale F1. . .F6 des festen Aufspanntisches, die Längenänderungssignale A L1. . .E L6 des beweglichen Aufspanntisches und die Längenänderungssignale A .... .A V6 und A .... .A W6 der die Konsolen abgreifenden Lenkeranordnungen 23, 24 aufweist.
Die insgesamt 15 Ausgänge der beiden Rechenschaltungen 31 und 32 sind an einer Wählschaltung 33 angeschlossen, mittels welcher aus den zugeführten zwölf Messgrössen Fx, Fy, F,, Mx, My, Mz, x, y, z, A0x, A0y, taiz die sechs regeltechnisch zu verwendenden ausgewählt und einer Vergleichsschaltung 34 zugeführt werden. An weiteren Eingängen der Vergleichsschaltung 34 ist eine Programmierungseinheit 35 angeschlossen, welche die Sollwerte für die regeltechnisch zu verwendenden Messgrössen liefert. Die Vergleichsschaltung 34 vergleicht die Istwerte mit den Sollwerten der Messgrössen und liefert an sechs Ausgängen die entsprechenden Fehlersignale.
An die Ausgänge der Vergleichsschaltung 34 ist eine dritte Rechenschaltung mit sechs Ausgängen angeschlossen, welche aus den eingegebenen normalisierten Fehlersignalen die Fehlersignale AA .... .A L zur Betätigung der Regelventile für die Lenker-Zylinder bildet. Die drei Rechenschaltungen sind entsprechend der in Fig. 5 gezeigten Rechenschaltung ausgebildet.
Me Zahl der Programmierungskanäle richtet sich nach der Anzahl der voneinander unabhängigen Phänomene, die gleichzeitig auf einen Prüfkörper einwirken sollen. In nur wenigen Fällen werden mehr als drei Programmierungskanäle erforderlich sein, im allgemeinen wird man mit einem oder mit zwei Programmierkanälen auskommen. So sind beispielsweise bei der Untersuchung der Umlaufbiegung und Torsion einer Welle drei Programmierungskanäle und bei der Biegung und Torsion einer Welle zwei verschiedene Programme nötig.
die Leistungsfähigkeit der vorstehend beschriebenen Prüfmaschine wird an dem klassischen Beispiel der Knickversuche mit einem einzigen Programmierkanal augenscheinlich. Die Knickversuche werden z. B. an der in f ig. 1 gezeigten Prüfmaschine ausgeführt.
Für alle nachstehend beschriebenen Versuche kann der zu prüfende Druckstab zwischen dem festen und dem beweglichen Aufspanntisch 7 bzw. 11 (Fig. 1) eingespannt bleiben. Es werden nun nacheinander die einzelnen Fälle der Euier-Knickung untersucht.
a) Beim 1. Fall wird bekanntlich ein unverrückbares Festhalten des einen Stabendes und eine freie Beweglichkeit für das andere Stabende verlangt. Konstant auf Null gehalten werden folgende Regelgrössen: Ibeim festen Aufspanntisch die Kraftkomponente in der Z Richtung, Dz, beim beweglichen Aufspanntisch des Moment My, die Verschiebung y und die Verdrehungen taix und tiz. Die Verschiebung in Richtung der X Achse, x, ist zeitabhängig programmiert. Diese Euler Kniokung im 1. Fall ist auf herkömmlichen Prüfmaschinen nicht durchführbar.
b) Der 2. Fall verlangt eine gelenkige Nachgiebigkeit ohne seitliche Verrückbarkeit an beiden Stabenden. Regelgrösse für den festen Aufspanntisch ist My, das konstant auf Null gehalten wird. Die übrigen Regelgrössen entsprechen denen für den 1. Fall, d. h. für den beweglichen Aufspanntisch werden My, y, Adix und A0z konstant auf Null gehalten. Zeitabhängig programmiert ist wiederum die Verschiebung x.
c) Beim 3. Euler-Fall verlangt man ein unverrückbares Festhalten des einen Stabendes und eine gelenkige Nachgiebigkeit ohne seitliche Verrückbarkeit am anderen Stabende. Daher werden für den beweglichen Aufspanntisch die Regelgrössen My, y, z, Adix und t02 konstant auf Null gehalten.
d) Im 4. Euler-Fall verlangt ein unverrückbares Festhalten beider Stabenden. Dementsprechend werden die Regelgrössen y, z, taix, t iz für den beweglichen Aufspanntisch konstant auf Null gehalten.
Im 3. und 4. Fall ist wiederum die Verschiebung x zeitabhängig programmiert.
e) 4. Euler-Fall mit Torsionsknicken: Beim bewegli chen Aufspanntisch werden die Regelgrössen Mx, y, z, i ##2 konstant auf Null gehalten, zeitabhängig programmiert ist x. Solche Knickversuche sind auf herkömmlichen Prüfmaschinen nicht durchführbar.
f) 2. Euler-Fall mit Zusatzmomenten an beiden Druckstabenden: für den festen Aufspanntisch wird My auf einem von Null verschiedenen konstanten Wert gehalten, beim beweglichen Aufspanntisch werden die Regelgrössen y, A0x und ,02 konstant auf Null und My auf einen von Null verschiedenen konstanten Wert gehalten. Zeitabhängig programmiert ist wiederum x.
Auch diese Knickversuche sind auf herkömmlichen Prüfmaschinen nicht durchführbar.
Die vorstehenden einfachen Beispiele zeigen, dass die Prüfmaschine selbst mit einem einzigen Programmierkanal mehr verschiedenartige. Prüfungen von Bauteilen zulässt als herkömmliche Prüfmaschinen.
In der nachstehenden Tabelle sind nochmals die Regeigrössen für die Knickversuche a) bis f) zusammengefasst:
EMI6.1
<tb> <SEP> Euler- <SEP> fester <SEP> Aufspanntisch <SEP> bewe <SEP> licher <SEP> Aufspanntisch
<tb> <SEP> Knickung <SEP> F <SEP> F <SEP> F <SEP> <SEP> M <SEP> M <SEP> M <SEP> M <SEP> M <SEP> x <SEP> y <SEP>
<tb> <SEP> x <SEP> y <SEP> z <SEP> x <SEP> y <SEP> z <SEP> ===== <SEP> Mx <SEP> H <SEP> x <SEP> === <SEP> ==== <SEP> x <SEP> == <SEP> z <SEP>
<tb> <SEP> <RTI
ID=6.21> -- <SEP>
<tb> a)
<tb> 1. <SEP> Fall <SEP> O <SEP> O <SEP> P <SEP> O <SEP> O <SEP> O <SEP>
<tb> b)
<tb> 2. <SEP> Fall <SEP> O <SEP> O <SEP> P <SEP> O <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> <SEP> c) <SEP>
<tb> <SEP> 3. <SEP> Pall <SEP> O <SEP> P <SEP> O <SEP> OO <SEP> 0
<tb> <SEP> d)
<tb> <SEP> 4.
<SEP> Fall <SEP> P <SEP> O <SEP> OO <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> mit <SEP> Tors <SEP> 0 <SEP> P <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> <SEP> moteZtsntz <SEP> K <SEP> E <SEP> P <SEP> O <SEP> O <SEP> O <SEP>
<tb> O = konstant auf Null gehaltene Regelgrösse K = konstant auf einem von Null verschiedenen Wert gehaltene Regelgrösse P = zeitabhängig programmierte Regeigrösse
Diese Tabelle zeigt, dass der Übergung von einer Versuchsführung zur anderen zu einer einfachen Programmierungsangelegenheit wird, die mit wenigen Handgriffen erledigt werden kann. Wird z.
B. beim Knicken die Streckgrenze am Prüfkörper nirgends über schritten, was bei der zeitproportionalen Regelung der Deformation in Richtung der X-Achse meist möglich ist, so kann ein Prüfkörper in wenigen Minuten einer ganzen Anzahl verschiedener Knickversuche unterworfen werden. Zur Durchführung einer solchen Serie von Versuchen sind bei den herkömrnlichen Prüfmaschinen viele Stunden und bei grossen Maschinen sogar Tage erforderlich. Die vorstehend beschriebene Prüfmaschine ist demnach auch im Betrieb wirtschaftlich.