DE10009987A1 - Prüfeinrichtung zur Erzeugung von Stoß- und/oder Schlagbelastungen - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Prüfeinrichtung zur Erzeugung von Stoß- und /oder Schlagbelastungen bei der die Schlagmasse durch ein pneumatisches Druckmedium auf Prüfgeschwindigkeit gebracht wird.

Zur Erzeugung von schlag- oder stoßartigen Belastungen für die Prüfung von z. B. Kfz-Bauteilen werden häufig eine Art von Pendelschlagwerken oder anderen Vorrichtungen eingesetzt, bei denen die potentielle Energie einer Masse beim Fallen aus einer bestimmten Höhe genutzt wird. Entsprechend der Fallhöhe wird durch die Erdanziehung eine der Fallhöhe entsprechende Geschwindigkeit und kinetische Energie erzeugt.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird die Schlagenergie durch ein Druckmedium, z. B. Druckluft erzeugt, die vor dem Versuch in einer Zylinderkammer des Belastungszylinders oder einem damit verbundenen Druckbehälter gespeichert ist. Das vorher gefesselte Belastungssystem oder der fixierte Belastungszylinder wird beim Lösen der Fixierung durch die gespeicherte Druckluft schlagartig nach vorne bewegt und beschleunigt die Schlagmasse auf die gewünschte Prüfgeschwindigkeit.

Ein Beispiel für die Einrichtung ist in Abb. 1 dargestellt. Zum Antrieb der Prüfeinrichtung dient der Zylinder 1 mit dem Kolben 2. Der Kolben 2 wird vor dem Versuch mit Hilfe des Halteringes 3 und der Klinke 4 in einer bestimmten Position festgehalten. Beim Schlagversuch dient das Führungsrohr 5 zur Führung der Schlagmasse 6 mit dem Schlagkopf 7, der auf den Prüfkörper 8 schlägt. Das Fundament 12 dient zur Aufnahme der Reaktionskräfte, die bei der Beschleunigung der Schlagmasse 6 auftreten.

Abb. 1 zeigt die Einrichtung in der Ausgangsposition. Im hinteren Zylinderraum 21 des Zylinders 1 wird vor dem Versuch das pneumatische Druckmedium eingebracht, daß zum Antrieb der Prüfeinrichtung und damit zur Beschleunigung der Schlagmasse 6 dient. Im vorderen Zylinderraum 22 des Zylinders 1 befindet sich ein Druckmedium mit geringerem Druck, z. B. athmosphärischem Druck.

Zur Einleitung des Versuchs wird die Klinke 4 aus dem Haltering 3 gezogen und damit der Kolben 2 aus seiner Veriegelung gelöst, Kolben 2, Schlagmasse 6 und Schlagkopf 7 auf die gewünschte Geschwindigkeit beschleunigt, um später auf den Prüfkörper 8 zu schlagen.

Während der Kolbenbewegung entspannt sich das Druckmedium im hinteren Zylinderraum 21. Gleichzeitig wird das Druckmedium im vordem Zylinderraum 22 verdichtet. Wenn nach einer bestimmten Strecke, z. B. der Strecke B, der Druck in den Zylinderräumen 21 und 22 gleich ist, wird durch den im vorderen Zylinderraum 22 weiter ansteigenden Druck der Kolben 2 abgebremst um ihn vor Beschädigungen zu schützen.

Die Lage der Bauteile beim Druckausgleich ist in Abb. 2 dargestellt. Während der Kolben 2 ab hier z. B. über die Strecke D abgebremst wird, löst sich die Schlagmasse 6 vom Kolben 2 und Haltering 3 und fliegt mit der erreichten Geschwindigkeit weiter, bis nach kurzer Zeit der Schlagkopf 7 auf den Prüfkörper 8 aufschlägt. Dieser Zustand ist in Abb. 3 dargestellt.

Nach dem Erreichen des Druckausgleichs in den Zylinderräumen 21 und 22 dient die Strecke E zunächst zur Messung der Geschwindigkeit und danach zur eigentlichen Prüfung, d. h. unter Umständen zur Verformung oder Zerstörung des Prüfkörpers 8.

Wird die in der Schlagmasse 6 gespeicherte kinetische Energie bei dem Versuch nicht vollständig verbraucht, so wird die Schlagmasse 6 in der Kompressionskammer 23 abgefangen nachdem die Entlüftungslöcher 9 durch eine Kante an der Schlagmasse 6 verschlossen worden sind. Der Zustand beim Ende des Versuchs ist in Abb. 4 dargestellt. Der Bremsweg für die Schlagmase 6 ist hier mit F eingezeichnet.

Eine andere erfindungsgemäße Anordnung ist in Abb. 5 dargestellt.

Bei dieser Anordnung wird durch den Zylinder 101 und den Kolben 102 ein Prüfrahmen 106 beschleunigt, der als Schlagmasse dient. Der Prüfrahmen 106 und der Kolben 102 werden hier durch die Haltevorrichtung 103 und den Bolzen 104 fixiert. Der Prüfrahmen 106 wird in den Lagern 105 geführt. Schlagkopf 107 und Prüfköper 108 sind analog zu Abb. 1 angeordnet. Zur Abbremsung des Prüfrahmens 106 und Vernichtung, der beim Versuch nicht verbrauchten kinetischen Energie, dienen die Puffer 109 oder hier nicht dargestellten hydraulischen Dämpfer.

Die Prüfeinrichtung ist auf dem Fundament 112 befestigt.

Zur Erhöhung der Schlagmasse 106 ist hier eine Zusatzmasse 110 vorgesehen. Hierdurch wird bei gleichem Energieinhalt die Schlagmasse erhöht und die Prüfgeschwindigkeit entsprechend verringert.

Abb. 6 zeigt eine Anordnung bei der der Stoß- oder Schlagvorgang in beliebiger Richtung erfolgen kann. Die Prüfeinrichtung ist hier mit einer Gegenmasse 13 versehen, die zur Aufnahme der Reaktionskräfte dient. Die Einrichtung wird beispielsweise über dem Schwerpunkt an einer Feder 14 aufgehängt.

Abb. 7 zeigt den Druckverlauf in den beiden Zylinderräumen 21 und 22.

Die Kurve P21 zeigt den Druckverlauf im hinteren Zylinderraum 21. Vom Anfangsdruck P21a fällt der Druck adiabatisch ab. Dabei wird die im hinteren Zylinderraum 21 gespeicherte potentielle Energie zum Teil in kinetisch Energie der Schlagmasse 6 umgewandelt und zum Teil für die Druckerhöhung im Zylinderraum 22 benötigt. Den Druckverlauf im vorderen Zylinerraum 22 zeigt die Kurve P22. Der Druck steigt hier, ausgehend z. B. vom athmosphärischen Druck, adiabatisch an.

Nach der Strccke B ist der Druckausgleich in den beiden Zylinderräumen 21 und 22 erreicht. Der Druck im Zylinderraum 22 steigt entsprechend der Kurve P2 weiter an und bremst den Kolben 2 ab.

Die zwischen den beiden Kurven P21 und P22 eingeschlossene Fläche A1 entspricht der kinetischen Energie, die von der potentielle Energie des Druckmediums in kinetische Energie von Schlagmasse 6 und Kolben 2 umgewandelt wurde.

Die Fläche B 1 entspricht der Energie, die beim Abbremsen des Kolbens 2 verbraucht wird.

Zur Erhöhung der abgegebenen Energie kann vor dem Versuch im vorderen Zylinderraum 22 das Teilvakuum Pu erzeugt werden. Der dann auftretende Druckverlauf ist in Abb. 8 dargestellt.

Die vom System abgegebene Energie wird dadurch, entsprechend der Fläche A2, wesentlich größer.

Claims (8)

1. Prüfeinrichtung zur Durchführung von Stoß- oder Schlagversuchen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Zylinder (1, 101) der Kolben (2, 102) zunächst in einer bestimmten Position festgehalten wird, im hinteren Zylinderraum (21) ein Druckmedium eingebracht wird, das bei der Freigabe des Kolbens (2, 102) adiabatisch expandiert, den Kolben (2, 102) und eine Schlagmasse (6, 106) auf Prüfgeschwindigkeit beschleunigt.

2. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kolben (2, 102) und die Schlagmasse (6, 106) nicht fest miteinander verbunden sind und die Schlagmasse (6, 106) beim Druckausgleich in den beiden Zylinderräumen (21, 22) mit der erreichten Geschwindigkeit weiterfliegt und der Kolben (2, 102) durch den weiter ansteigenden Druck im vorderen Zylinderraum (22) abgebremst wird.

3. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die überschüssige Energie, die beim Versuch nicht verbraucht wird, in einer Kompressionskammer (23) abgefangen wird.

4. Prüfeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die überschüssige Energie durch Federelemente (109) oder hydraulisch wirkende Dämpfer abgefangen wird.

5. Prüfeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Zusatzmasse (110), die mit der Schlagmasse 6, 106) verbunden wird, bei gleichem Energieinhalt mit größerer Masse und kleinerer Prüfgeschwindigkeit gearbeitet werden kann.

6. Prüfeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch bekennzeichnet, daß in der vorderen Zylinderkammer (23) ein Teilvakuum erzeugt wird um die Energieausbeute zu erhöhen.

7. Prüfeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung fest mit dem Funadment (12, 112) verbunden ist.

8. Prüfeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch bekennzeichnet, daß die Reaktionskräfte nicht in einem Fundament (12, 112) sondern von einer Gegenmasse (13) aufgenommen werden und die Einrichtung frei im Raum aufgehängt wird.