DE102010037979A1 - Pendulum ram impact testing machine for testing properties of material, has active mass portion which is defined with initial energy in accelerated movement along arc shaped path of inspection location for retaining sample of material - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Materialprüfgerät des Typs Pendelschlagwerk, mit dem eine Materialprobe wie z. B. ein Segment einer Ölleitung in einem Prüfvorgang einem schlagartigen Belastungstest ausgesetzt wird. Hierbei können Belastungskräfte auf eine Probe ausgeübt werden, die in einer Größenordnung liegen, welche beispielsweise bei Felssturz auf Rohrleitungen, tektonischen Verspannungen oder Aufschlagbelastungen an tragenden oder stützenden Strukturen von Gebäuden, Brücken oder Schiffen auftreten können (definierte punktuelle Belastungen, z. B. in einem Bereich der Prüfenergie von 5 kJ, alternativ von 30 kJ bis mehr als 50 kJ).The present invention relates to a material tester of the pendulum impact type, with a material sample such. B. a segment of an oil line is exposed in a test a sudden stress test. In this case, load forces can be exerted on a sample which are of the order of magnitude that can occur, for example, in the case of rockfall on pipelines, tectonic stresses or impact loads on supporting or supporting structures of buildings, bridges or ships (defined point loads, eg in one Range of the test energy of 5 kJ, alternatively from 30 kJ to more than 50 kJ).
Stand der TechnikState of the art
Materialprüfmaschinen zur Untersuchung des Bruch oder. Deformationsverhaltens von Materialproben unter schlagartigen Belastungen sind in vielerlei Ausgestaltung bekannt. Nach der Patentschrift
In einer weiteren Gruppe von Aufpralltestanlagen wird wie in
Durch Panzerung eines Pendelkopfs eines Pendelschlagwerks nach
Ein Pendelschlagwerk zur Untersuchung von beispielsweise Ölleitungen, die beim Schlagexperiment bereits einer Vorspannung ausgesetzt sind, ist in der
Verschiedene Methoden zur Bestimmung der Prüfenergie eines Pendels z. B. durch Winkelmessung vor und nach einem Prüfstoß gehen aus der
Eine Temperiereinrichtung für eine Kerbschlagbiegeprüfanlage ist Gegenstand von
Derartige Pendelschlagwerke oder solche in der
Die zuvor angesprochenen Materialprüfmaschinen zur Untersuchung von Materialien bei schlagartigen Belastungen, insbesondere Pendelschlagwerke, und ihre Darstellungen in den erwähnten Druckschriften ersetzen die ausführliche Darstellung der Funktion, der Bauteile und des Zusammenspiels dieser Bauteile an dieser Stelle und gelten mit ihrer Referenzierung als voll inhaltlich in vorliegende Beschreibung aufgenommen.The previously mentioned material testing machines for the investigation of materials under sudden loads, in particular Pendulum impact testers, and their representations in the cited documents replace the detailed representation of the function, the components and the interaction of these components at this point and apply to their referencing as fully contained in the present description.
Technische SchwierigkeitenTechnical difficulties
Tragende oder umschließende Baugruppen technischer Anlagen können beim Anlagenbetrieb extrem hohen Materialbelastungen in schlagartiger Beanspruchung z. B. mit Energien im Bereich von 50.000 Joule (50 kJ) ausgesetzt sein. Ähnliche Prüfungen erfolgen mit hierzu im Vergleich deutlich niedrigeren Energien (z. B. 750 Joule). Daher besteht ein Erfordernis für derartige Anlagen, vorgesehene Materialien von Bauelementen vor dem Einsatz einer Prüfung zur Zulassung unter entsprechenden Belastungskräften auszusetzen. Es ist bekannt, dass das Bruchverhalten von Materialproben in einer engen Beziehung zur Dimension der geprüften Probe steht. Als besondere Schwierigkeit erweist sich die Störung der Materialprüfung durch Fremdbeeinflussungen, z. B. durch (leicht) taumelnde Pendel, verfälschte Startenergien oder Erschütterungen der Materialprüfmaschine. Schädlich kann sich die Abbremsung eines großen Gewichts aus freiem Fall durch kurzzeitig hohen Energieeintrag auf den Bestand des Fundaments auswirken. Eine besondere Anforderung an derartige Prüfmaschinen besteht in der präzisen Bestimmung des Anteils der Energie, durch den an einer Materialprobe im Prüfvorgang Arbeit verrichtet wird. Von Interesse ist hierbei insbesondere das Bruchverhalten von Materialproben. Aufgrund der zur Prüfung einzusetzenden Energiemenge ist weiterhin ein möglichst umsichtiger Umgang mit den aufgewendeten Energien angeraten.Carrying or enclosing assemblies of technical equipment can be extremely high material loads in abrupt stress z. With energies in the range of 50,000 joules (50 kJ). Similar tests are carried out with comparatively much lower energies (eg 750 joules). Therefore, there is a need for such systems to suspend envisaged component materials prior to the use of a test for approval under appropriate loading forces. It is known that the fracture behavior of material samples is closely related to the dimension of the sample being tested. As a particular difficulty proves the disturbance of the material testing by foreign influences, eg. B. by (slightly) wobbling pendulum, falsified starting energies or vibrations of the material testing machine. The slowing down of a large weight from free fall can have a detrimental effect on the existence of the foundation due to a short-term high energy input. A particular requirement of such testing machines is the precise determination of the proportion of energy by which work is performed on a material sample during the testing process. Of particular interest here is the fracture behavior of material samples. Due to the amount of energy to be used for the examination, the most prudent treatment of the energy used is recommended.
Zusammengefasst kann festgehalten werden, obwohl oder gerade weil mit hohen Energien das Pendelschlagwerk wie z. B. ein Großlastpendel operiert, ist die Messgüte besonders wichtig. Es kann auch gesagt werden, das hochenergetische Pendel sollte möglichst dem technologischen Pendel angenähert werden.In summary, it can be stated, although or even because with high energies the pendulum impact such. B. a large load pendulum operates, the quality of measurement is particularly important. It can also be said that the high-energy pendulum should as far as possible be approximated to the technological pendulum.
Erfindungsbeschreibunginvention description
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Pendelschlagwerk nach Anspruch 1 gelöst. Ein besonders vorteilhaftes Prüfverfahren wird in Anspruch 13 beschrieben. Vorteilhafte Weiterbildungen lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen.The object of the invention is achieved by a pendulum impact tester according to claim 1. A particularly advantageous test method is described in claim 13. Advantageous developments can be found in the dependent claims.
Bei einem Pendelschlagwerk wird eine Wirkmasse kontrolliert unter Wirkung der Gravitationskraft von einem Ausgangsort zu einem Prüfort beschleunigt, damit eine Prüfenergie auf eine Prüfprobe, einer Materialprobe, eingebracht werden kann, damit die von der Prüfprobe aufgenommene Verzehrenergie bestimmt wird. Besonders kritisch sind Prüfversuche mithilfe von Großlastpendeln, wie einem Pendelschlagwerk nach vorliegender Erfindung, bei denen mit Hilfe der Wirkmasse Prüfenergien und somit Verzehrenergien im Kilojoule-Bereich ausgeübt werden können, zum Beispiel graduell einstellbare Wirkenergien zwischen 40 Kilojoule und 50 Kilojoule.In a pendulum impact tester, an active mass is accelerated under the influence of gravitational force from a point of origin to a test site so that a test energy can be applied to a test sample, a material sample, to determine the consumed energy received by the test sample. Particularly critical are tests using large-scale pendulums, such as a pendulum impact tester according to the present invention, in which using the effective mass test energies and thus consumption energies in the kilojoule range can be exercised, for example, gradually adjustable active energies between 40 kilojoules and 50 kilojoules.
Idealer Weise werden Großlastpendelversuche auf eine ganz bestimmte Wirkmasse ausgelegt, bei der das tatsächlich vorhandene Pendel während der Versuchsdurchführung als idealisiertes Pendel, d. h. als technologisches Pendel, angenommen werden darf. Hierzu schlägt die vorliegende Erfindung zahlreiche Maßnahmen vor. Das Pendel ist über möglichst filigrane Führungsarme an einem Drehpunkt eines ersten Gestells befestigt und die wesentliche Masse des Pendels ist um eine Finne als Schlagstruktur U-förmig herum angeordnet, sodass die Wirkmasse als punktuelle Schlagmasse in der Finne (zur Versuchsdurchführung) angenommen werden darf. Die Führungsarme sind im Vergleich zum klammerartig gestalteten Pendel mit zwei Backen und einer zwischen dieser liegenden Finne deutlich schwächer ausgelegt, d. h., sie wiegen nicht einmal 10% des Pendelgewichts. Somit ist die tatsächliche Masse des Pendels so verteilt, dass von einem technologischen Pendel, konzentriert in der Finne, ausgegangen werden kann, wenn das Pendel, genauer die Finne, als Bär auf die auf dem Widerlager ruhende Prüfprobe mit der Prüfenergie in horizontaler Prüfrichtung, d. h. senkrecht zur Schwerkraft, einwirkt, um die Verzehrenergie der Prüfprobe, durch die Sensorik des Großlastpendels bestimmt, nach dem Aufschlag zu ermitteln.Ideally, high-load pendulum tests are designed for a very specific effective mass, in which the actual pendulum present during the experiment as an idealized pendulum, d. H. as a technological pendulum, may be accepted. For this purpose, the present invention proposes numerous measures. The pendulum is attached via filigree guide arms as possible at a pivot point of a first frame and the essential mass of the pendulum is U-shaped around a fin as impact structure, so that the active mass may be accepted as a punctual impact mass in the fin (for experimental purposes). The guide arms are designed to be much weaker compared to the clamp-like designed pendulum with two jaws and a fin lying between them, d. they do not even weigh 10% of the pendulum weight. Thus, the actual mass of the pendulum is distributed so that a technological pendulum, concentrated in the fin, can be assumed when the pendulum, more precisely the fin, bears on the test specimen resting on the abutment with the test energy in the horizontal test direction, d , H. perpendicular to gravity, acting to determine the consumption energy of the test sample, determined by the sensors of the heavy duty pendulum, after the impact.
Die Wirkmasse ist die Summe der Masse der Führungsarme des Pendels und der Masse des Pendelgewichtskörpers einschließlich der Schlagstruktur und aller weiteren am Pendelgewichtskörper befestigten Hilfsaggregate, wie der Bremsklötze. Mit anderen Worten, die Wirkmasse ist die Gesamtmasse der schwingbaren Pendelstruktur. Aufgrund der Dynamik der Pendelbewegung ist der Wirkmasse im technologischen Pendel eine reduzierte Pendellänge zugeordnet. Diese reduzierte Pendellänge entspricht dem Abstand zwischen der Pendelauflage im Führungslager und einem nach bekannten Rechenverfahren zu bestimmenden Ort im Pendelgewichtskörper. Dieser Ort ist von dem Ort des physikalischem Massenschwerpunkts im Pendel, der in eine Berechnung der Pendellage eines physikalischen Pendels eingeht, beabstandet. An der Position, die der reduzierten Pendellänge entspricht, ist die Schlagstruktur, insbesondere ein Mittelpunkt der schlagenden Oberfläche des Pendels, angeordnet. Vorteilhaft wird damit im Pendelschlag eine mögliche Generierung von Drehmomenten der Wirkmasse unterdrückt.The effective mass is the sum of the mass of the guide arms of the pendulum and the mass of the pendulum weight body including the impact structure and all other attached to the pendulum weight body auxiliary units, such as the brake pads. In other words, the effective mass is the total mass of the oscillating pendulum structure. Due to the dynamics of the pendulum motion, the effective mass in the technological pendulum is assigned a reduced pendulum length. This reduced pendulum length corresponds to the distance between the pendulum support in the guide bearing and a location to be determined by known calculation method in pendulum weight body. This location is spaced from the location of the physical center of mass in the pendulum, which is included in a calculation of the pendulum position of a physical pendulum. At the position corresponding to the reduced pendulum length, the impact structure, in particular a center of the beating surface of the pendulum, is arranged. Advantageously, a possible generation of torques of the active mass is thus suppressed in the pendulum stroke.
Die Wirkmasse ist mit einem ersten Gestell des Pendelschlagwerks verbunden. Dabei ist die Verbindung eine tragende bewegliche Verbindung, durch welche die Gewichtskraft der Wirkmasse und insbesondere Zentripetalkräfte der Wirkmasse von der Wirkmasse auf das erste Gestell gerichtet sind. Damit liegt eine Umlenkung dieser Kräfte über das erste Gestell auf die Tragstruktur vor, auf der das erste Gestell befestigt ist. The active mass is connected to a first frame of the pendulum impact. In this case, the connection is a load-bearing movable connection, by which the weight of the active mass and in particular centripetal forces of the active mass of the active mass are directed to the first frame. Thus, there is a deflection of these forces on the first frame on the support structure on which the first frame is attached.
Das erfindungsgemäße Pendel kann sehr kontrolliert mit einer eindeutig definierten Anfangsenergie startend eine beschleunigte Bewegung bis zum Prüfort durchführen. Als mechanische Reibungsverluste sind während der beschleunigten Bewegung nur die Führungslager an dem inneren Ende der Führungsarme, dem Ende der Führungsarme, das das von der Finne weiter entfernte Ende der Führungsarme ist, zu berücksichtigen. Zur Verringerung der Reibungsverluste sind in dem Führungslager reibungsarme Rolllager wie Wälzkörperlager mit fassartigen, gebauchten Tonnenwälzkörpern vorhanden, auf denen die Führungsarme ruhen. Das erste Gestell ist ähnlich einem Doppel-A-Bogen aufgebaut, wobei an diesem Gestell keine weiteren Aggregate zur Positionsveränderung des Pendels befestigt sind. In dem ersten Gestell liegt ausschließlich der Fixierpunkt für die Wirkmasse des Pendelschlagwerks, das der nahezu idealen Gestalt eines technologischen Pendels entspricht. Die Wirkmasse ist in der Spitze des Doppel-A-förmigen Gestells mit einer Anlängung angebracht. Eine die Wirkmasse und das erste Gestell verbindende Lagerung ist drehbar, wobei die Wirkmasse durch mindestens einen Führungsarm am Führungslager in einer Ebene, die den Prüfort einschließt, um den Fixpunkt geführt ist.The pendulum according to the invention can, starting very controlled with a clearly defined initial energy, perform an accelerated movement up to the test site. As mechanical friction losses during accelerated movement, only the guide bearings at the inner end of the guide arms, the end of the guide arms, which is the farther end of the fin of the guide arms to take into account. To reduce the friction losses in the guide bearing low-friction roller bearings such as rolling element bearings with barrel-like, bulged barrel rolling elements exist on which rest the guide arms. The first frame is constructed similar to a double-A-sheet, with no other units are mounted on this frame to change the position of the pendulum. In the first frame is only the fixation point for the effective mass of the pendulum impact, which corresponds to the almost ideal shape of a technological pendulum. The active mass is attached in the top of the double-A-shaped frame with a Anlängung. A bearing which connects the active mass and the first frame is rotatable, wherein the active mass is guided around the fixed point by at least one guide arm on the guide bearing in a plane which encloses the test site.
Die Anlängung der Wirkmasse an dem Führungslager besteht über mindestens einen Führungsarm, wobei die Massenverteilung in der Wirkmasse eine geradlinige Ableitung der Gewichtskräfte der ruhend hängenden Wirkmasse zum Fixpunkt sicherstellt und der Führungsarm biegemomentfrei ist.The extension of the active mass on the guide bearing consists of at least one guide arm, the mass distribution in the active mass ensures a linear derivation of the weight forces of the dormant hanging active mass to the fixed point and the guide arm is free of bending moment.
Das Großlastpendelschlagwerk hat hiervon gesondert ausgeführt ein zweites Gestell. Das zweite Gestell überbrückt das erste Gestell, sodass insbesondere eine Umfassung des ersten Gestells durch das zweite Gestell vorliegt. Es ist eine Trennung des Gestellrahmens für das Pendel von dem Gestellrahmen für Aggregate zur Darbietung von Hilfsfunktionen, sogenannte Betriebsaggregate, gegeben. Halterung und Installation solcher Hilfsfunktionsaggregate erfolgt an dem zweiten z. B. als kuppelartiger Tragrahmen ausgebildeten Gestell.The Großlastpendelschlagwerk has separately carried out a second frame. The second frame bridges the first frame, so that, in particular, an enclosure of the first frame through the second frame is present. There is a separation of the frame frame for the pendulum of the rack for aggregates for presentation of auxiliary functions, so-called operating units, given. Mounting and installation of such auxiliary function units takes place on the second z. B. designed as a dome-like support frame frame.
Die beiden Gestellrahmen sind voneinander mechanisch entkoppelt. Beide Gestellrahmen sind ausschließlich über die gleiche Grundplatte oder eine Schabotte verbunden. Weder Querverstrebungen zwischen den Gestellrahmen noch Verschraubungen oder Verschweißungen zwischen den Gestellrahmen sind vorhanden. Unter der Grundplatte ist ein Fundament, z. B. ein Betonfundament mit Armierung, das die größte Masse des Großlastpendelschlagwerks darstellt. Auf der Grundplatte oder auf dem Betonfundament ruht der Widerlagerbock, der bei einer Materialprüfung die Materialprobe gegen die Wirkmasse stützt. Aufgrund des getrennten Aufbaus der beiden Gestellrahmen und der ausschließlichen Verbindung über eine massive, schwere, das heißt ein Mehrfaches, z. B. das Fünffache, des Gewichts der Gestellrahmen wiegenden Tragstruktur, die sich aus Grundplatte und/oder Schabotte und Betonfundament zur Verankerung zusammensetzt, erfolgt eine starke Dämpfung anstoßbarer Schwingungsamplituden, die in einem der beiden Gestellrahmen vorhanden sein können. Damit ist eine Übertragung von Schwingungsamplituden vom ersten zum zweiten Gestell oder vom zweiten zum ersten Gestell nicht gegeben. Die Funktionstrennung zwischen den Gestellen bzw. die jeweiligen Aufgaben der Gestellrahmen sind vollständig, und somit sind sie konsequent umgesetzt. Das Pendel ist mit einer Schlagfinne realisiert und lagert an dem inneren Gestellrahmen. Hilfsaggregate, wie eine Anhebeeinrichtung, eine Bremse, eine Zuführeinrichtung für die Probe, eine Abführeinrichtung für die Probe und Sensoriken wie Videokamera und Sicherheitssperrriegel, sind entweder an dem äußeren, umschließenden Gestellrahmen oder an der Grundplatte oder an dem Fundament befestigt. Die versuchsenergetische Entkopplung der beiden Gestelle stellt auf diese Weise die Bestimmbarkeit der energetischen Prüfbedingungen sicher.The two frame frames are mechanically decoupled from each other. Both frames are exclusively connected via the same base plate or a Schabotte. Neither cross struts between the frame still screwed or welded between the frame frame are present. Under the base plate is a foundation, z. B. a concrete foundation with reinforcement, which represents the largest mass of the Großlastpendelschlagwerks. On the base plate or on the concrete foundation rests the abutment block, which supports the material sample against the active material in a material test. Due to the separate structure of the two frames and the exclusive connection over a massive, heavy, that is a multiple, z. Example, the fivefold, the weight of the frame frame weighing support structure, which is composed of base plate and / or Schabotte and concrete foundation for anchoring, there is a strong damping abstoßbarer vibration amplitudes that may be present in one of the two frame frame. Thus, a transmission of vibration amplitudes from the first to the second frame or from the second to the first frame is not given. The separation of functions between the frames or the respective tasks of the frame frames are complete, and thus they are consistently implemented. The pendulum is realized with a Schlagfinne and stored on the inner frame. Auxiliary equipment such as a lifter, a brake, a sample feeder, a sample evacuator, and sensors such as a video camera and safety lock bars are attached either to the outer enclosing frame or to the base or foundation. The experimental energy decoupling of the two racks ensures in this way the determinability of the energetic test conditions.
Ein Betriebsaggregat, das die leichte Bedienbarkeit des Großlastpendels ermöglicht, ist der Rückholwagen, der die Funktion einer Anhebevorrichtung ausübt. Der Rückholwagen ist mehrteilig aufgebaut. Der Rückholwagen umfasst einen Kupplungsmechanismus wie eine Auslöseklinke, einen Führungskranz, oder eine Führungsschiene, die auf Laufrollen lagert, und eine Drehkraftmaschine, über die das Pendel in eine frei einstellbare Anfangsposition, zum Beispiel eine Winkelposition in Höhe von 135° rückwärts gedreht im Vergleich zum Prüfort um den Drehpunkt herum, befördert wird. Die Anhebekraft für die Verbringung des Pendels in die Anfangsposition wird vollständig und unmittelbar auf den zweiten Gestellrahmen abgestützt.An operating unit that allows the ease of use of the high-load pendulum, is the return truck, which performs the function of a lifting device. The return car is constructed in several parts. The retrieval cart includes a clutch mechanism such as a trip pawl, a guide collar, or a track rail supporting casters, and a torque motor that rotates the pendulum to a freely adjustable initial position, for example, an angular position of 135 ° backward compared to the test site around the fulcrum, is carried. The lifting force for the movement of the pendulum to the initial position is completely and directly supported on the second frame.
Ein zweites Betriebsaggregat zur kontrollierten Ausführung von Materialprüfungen ist ein Bremsaggregat, das am zweiten Gestell angebracht ist, und die zur Ruhigstellung der Wirkmasse nach einer Materialprüfung aufgewendeten Kräfte vollständig über das zweite Gestell abstützt. Das Bremsaggregat umfasst mindestens eine Reibungsfläche, die durch Hydraulikzylinder in Kraftschluss mit der Wirkmasse bringbar ist. Durch Angriff der Reibungsfläche an Bremsklötzen der Wirkmasse, wobei die Bremsklötze entsprechend der reduzierten Pendellänge vom Führungslager beabstandet an der Wirkmasse angebracht sind, ist ein Kraftschluss zwischen Wirkmasse und Bremsaggregat für den mindestens einen Führungsarm der Wirkmasse biegemomentfrei.A second operating unit for the controlled execution of material tests is a brake unit which is mounted on the second frame, and which is used to immobilize the active mass after a material testing forces completely over the second frame. The brake unit comprises at least one friction surface, which by hydraulic cylinders in frictional connection with the Active mass can be brought. By attacking the friction surface of brake pads of the active mass, the brake blocks are mounted according to the reduced pendulum length from the guide bearing spaced from the active mass, a frictional connection between active mass and brake unit for the at least one guide arm of the active mass is free of bending moment.
Der Rückholwagen greift mit einem Kupplungsmechanismus über den Klinkensteg direkt am Pendelgewicht an. Hierdurch sind die Führungsarme biegebelastungsfrei, denn das Pendel wird nicht mehr über die Führungsarme angehoben, sondern diese führen das Pendel nur während des Schlagversuchs. Das ermöglicht die Realisierung der Führungsarme als Leichtbaupendelarme. Auch die Arretieraggregatbremseinrichtung wirkt direkt und unmittelbar auf das Pendelgewicht. Durch diese Maßnahme findet während des Abbremsvorgangs nach Erreichen des Umkehrpunktes, nachdem durch den Prüfort durchgeschwungen worden ist, keine weitere Biegebelastung der Führungsarme statt. Der Einfluss des Luftwiderstands während des Schlagversuchs wird durch Phasenkanten an den Führungsarmen reduziert. Zudem ist der größte Massenanteil des Pendels im Pendelgewicht vereinigt. Dadurch ist eine reduzierte Pendellänge mit Annäherung der Schlagstruktur „Finne” an die Pendelachse möglich.The return carriage engages with a coupling mechanism via the pawl directly to the pendulum weight. As a result, the guide arms are free of bending stress, because the pendulum is no longer raised over the guide arms, but these lead the pendulum only during the impact test. This makes it possible to realize the guide arms as lightweight suspension arms. The Arretieraggregatbremseinrichtung acts directly and directly on the pendulum weight. By this measure takes place during the braking operation after reaching the turning point, after having been swept through the Prüfort, no further bending load of the guide arms instead. The influence of air resistance during the impact test is reduced by phase edges on the guide arms. In addition, the largest mass fraction of the pendulum is combined in pendulum weight. As a result, a reduced pendulum length with approach of the impact structure "fin" to the pendulum axis is possible.
Der Energieeintrag beruht auf einer potentiellen Anfangsenergie, die stufenlos mit Transport der am Rückholwagen fixierten Wirkmasse durch den Rückholwagen einstellbar ist. Die Einstellung erlaubt es, eine beliebige Position für die Anfangsenergie immer wieder anfahren zu können. Der Rückholwagen nimmt eine Position auf der Schiene ein, wobei er seinem Einstellwert folgt. Die potentielle Anfangsenergie wird hierzu aus einer bewegungslosen Anfangsposition des Massenschwerpunkts der Wirkmasse, z. B. aus einer Höhe über dem Probenlager und dem Gewicht der Wirkmasse, berechnet. Die Positionsbestimmung erfolgt z. B. durch Messung einer Winkelstellung mit einem Drehwinkelmesser am Drehlager einer Pendelaufhängung aus einer bekannten Pendellänge.The energy input is based on a potential initial energy, which is infinitely adjustable with transport of the active mass fixed on the return carriage by the return truck. The setting makes it possible to approach an arbitrary position for the initial energy again and again. The return carriage assumes a position on the rail, following its set value. The potential initial energy is this from a motionless initial position of the center of gravity of the active mass, z. B. from a height above the sample storage and the weight of the active mass calculated. The position is determined z. B. by measuring an angular position with a rotary angle on the pivot bearing of a pendulum suspension from a known pendulum length.
Die rollengelagerte Schiene des Rückholwagens stellt einen Verbringungsweg für den Rückholwagen dar, auf welchem der Rückholwagen beliebige Höhenpositionen einnehmen kann. Der Weg zwischen den verschiedenen Positionen ist vorzugsweise bogenartig, wobei das Lager der Wirkmasse bzw. des Pendels in einem Zentrum zum bogenartigen Weg liegt. Dabei ist ein Weg, den der Kupplungsmechanismus oder die Wirkmasse am Rückholwagen zwischen zwei Positionen der Wirkmasse beschreibt, länger als der gleichzeitig von dem Rückholwagen zurückgelegte Weg.The roller-mounted rail of the return carriage represents a Verbringungsweg for the return carriage, on which the return carriage can take any height positions. The path between the various positions is preferably arcuate, with the bearing of the active mass or pendulum lying in a center to the arcuate path. In this case, a path which the clutch mechanism or the effective mass on the return carriage describes between two positions of the active mass is longer than the distance traveled by the return car at the same time.
Nach dem Lösen des Kupplungsmechanismus und der Materialprüfung bewegt sich die Wirkmasse weiter bis zu einer Ruheposition bzw. Umkehrposition, wobei eine Abbremsung der Wirkmasse durch die Schwerkraft erfolgt. Die potentielle Energie der Wirkmasse in der zweiten Ruheposition wird aus einer Messung eines Positionsmessgeräts wie dem Drehwinkelmesser des Pendels bestimmt. Diese. potentielle Energie der Wirkmasse nach der Materialprüfung ist zur Bestimmung des Energieeintrags von der potentiellen Anfangsenergie zu subtrahieren.After releasing the clutch mechanism and the material testing, the active mass continues to move to a rest position or reversal position, wherein a deceleration of the active mass is effected by gravity. The potential energy of the active mass in the second rest position is determined from a measurement of a position measuring device such as the rotary angle of the pendulum. These. potential energy of the active mass after the material test is to subtract from the potential initial energy to determine the energy input.
Die Verzehrenergie der Prüfprobe, wie eine genormte Kerbschlagprobe, lässt sich gemäß einer Berechnungsmethode aus der Restenergiemessung des Pendels ermitteln. Aufgrund der vorteilhaften Lagerung des Pendels und der Verringerung des Luftwiderstandes des Pendels kann aus dem Pendelweg bis zum Umkehrpunkt nach einer ersten Berechnungsmethode die Verzehrenergie ermittelt werden. Die Verzehrenergie umfasst insbesondere Bewegungsenergie, Verformungsenergie, Erwärmungsenergie und Bruchenergie. Im Bruch wird eine Materialprobe in mindestens zwei Teile zertrennt. Materialversagen durch Sprödbruch mit geringer Verformung der Materialprobe ist von einem zähen oder duktilen Bruch mit starker Verformung bei Gewalteinwirkung auf eine Materialprobe unterscheidbar.The consumption energy of the test sample, such as a standardized impact test, can be determined from the residual energy measurement of the pendulum according to a calculation method. Due to the advantageous storage of the pendulum and the reduction of the aerodynamic drag of the pendulum can be determined from the pendulum to the reversal point according to a first calculation method, the consumption energy. The consumption energy comprises in particular kinetic energy, deformation energy, heating energy and energy of fracture. In the fracture, a material sample is split into at least two parts. Material failure due to brittle fracture with little deformation of the material sample is distinguishable from a ductile or ductile fracture with severe deformation upon impact with a material sample.
Zusätzlich ist in der Schlagfinne durch wenigstens einen Kraftsensor, zum Beispiel einer, der mit Dehnungsmessstreifen arbeitet und die elektronisch messtechnisch abgefragt werden können, eine zweite Ermittlungsmethode gegeben. Als dritte Methode zur Ermittlung der Energien wird eine Fallhöhenmessung und eine Resthöhenmessung über eine berührungslose, das heißt über eine reibungsfreie, Winkelmessung ermittelt. Zusätzlich kann im Bereich des Widerlagerbocks eine Hochgeschwindigkeits-Videokamera installiert sein, die zusätzlich das Verhalten der Materialprobe während des Schlages auswertet. Durch eine Kombination der diversen Messmethoden lässt sich, obwohl ein erfindungsgemäßes Großlastpendelschlagwerk für Versuchsenergien von z. B. 50.000 Joule ausgelegt ist, die Verzehrenergie mit einer Auflösung in einem Bereich unterhalb von 1 Joule identifizieren. Der Rückholwagen löst sich von dem Pendelgewicht ohne einen seitlichen Impuls auf das Pendelgewicht auszuüben, indem der Klinkensteg sich ruckartig und somit reibungsfrei aus der Auslöseklinke des Pendelgewichts herausziehen kann.In addition, a second determination method is provided in the impact fin by at least one force sensor, for example one which works with strain gauges and which can be interrogated electronically. As a third method for determining the energies, a drop height measurement and a residual height measurement are determined via a non-contact, ie via a frictionless, angle measurement. In addition, a high-speed video camera can be installed in the area of the abutment block, which additionally evaluates the behavior of the material sample during the impact. By a combination of the various measurement methods can be, although a large-load pendulum impact tester according to the invention for experimental energies of z. B. 50,000 Joule is designed to identify the consumption energy with a resolution in a range below 1 joule. The return trolley detaches itself from the pendulum weight without exerting a lateral impulse on the pendulum weight, in that the pawl web can jerkily and thus without friction pull out of the release pawl of the pendulum weight.
Der Energieeintrag in die Materialprobe erfolgt in einem Prüfverfahren fremdbeeinflussungsfrei. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Pendelschlagwerks in einem Wirkgestell und einem Hilfsaggregategestell erfolgt kein Einfluss des Hilfsaggregategestells oder anderer äußerer Störungsquellen auf den Bewegungsablauf des Pendelschlagwerks und den Energiefluss bei der Bewegung der Wirkmasse gegen die Materialprobe. Damit erfolgt der Eintrag von Energie in eine Materialprüfung mit größerer Genauigkeit als von anderen Pendelschlagwerken bekannt ist. Dabei werden keine Kräfte wie Schwingungskräfte, Verschiebungskräfte oder Verspannungskräfte von dem zweiten Gestell und den daran befestigten Aggregaten über das erste Gestell auf das Pendel übertragen. Ebenso erfolgt keine Übertragung derartiger Kräfte über Aggregate, wie dem Widerlagerbock, die an einer Tragstruktur des Pendelschlagwerks befestigt sind, auf die Berührungsfläche zwischen Schlagstruktur und Materialprobe oder zwischen Materialprobe und Probenlager. Solche Kräfte stellen normalerweise eine Fremdbeeinflussung der Materialprüfung dar. Die genaue Größe einer derartigen Fremdbeeinflussung bei einer Materialprüfung ist erfahrungsgemäß unbestimmbar.The energy input into the material sample takes place in a test procedure independent of external influences. The inventive arrangement of the pendulum impact tester in a kneading frame and an auxiliary equipment frame no influence of the auxiliary equipment frame or other external sources of interference on the movement of the pendulum impactor and the energy flow during the movement of the active mass against the material sample. This results in the entry of energy into a material test with greater accuracy than is known from other pendulum impact testers. In this case, no forces such as vibration forces, displacement forces or tension forces are transmitted from the second frame and the units attached thereto via the first frame to the pendulum. Likewise, no transfer of such forces via aggregates, such as the abutment block, which are attached to a supporting structure of the pendulum impact, on the interface between impact structure and material sample or between material sample and sample storage. Such forces usually represent a foreign influence of the material testing. The exact size of such a foreign influence in a material testing is experience indeterminable.
Die Berechnung des Energieeintrags bei Materialprüfungen des schlagartig auftretenden Materialversagens erfolgt in der Recheneinheit. Eine Differenz aus potentieller Energie der Wirkmasse vor der Prüfung und potentieller Energie der Wirkmasse nach der Prüfung wird korrigiert um Freilaufverluste. Freilaufverluste sind bspw. Energieabgaben des Pendels an die Pendelumgebung. Solche geringen Energieabgaben entstehen durch Reibung in Führungslagern oder Verdrängung von Umgebungsluft durch die Pendelbewegung. Diese Verluste sind in guter Genauigkeit mit einem sich von der Anfangsenergieposition aus frei, also ohne Materialprobe am Prüfort, bewegenden Pendel bestimmbar. Die Einrechnung berücksichtigt eine Skalierung auf die tatsächliche Weglänge der Prüfmasse bei einer Materialprüfung. Diese Verluste werden in die Differenz zweier potentieller Energien der Wirkmasse durch Rechenverfahren eingerechnet, woraus sich der Energieeintrag in die Materialprobe bei der Materialprüfung ergibt.The calculation of the energy input in material tests of sudden material failure occurs in the arithmetic unit. A difference between potential energy of the active mass before the test and potential energy of the active mass after the test is corrected for free-wheeling losses. Freewheel losses are, for example, energy losses of the pendulum to the pendulum environment. Such low energy losses are caused by friction in guide bearings or displacement of ambient air by the pendulum motion. These losses can be determined in good accuracy with a pendulum moving freely from the initial energy position, ie without a material sample at the test location. The inclusion takes into account a scaling to the actual path length of the proof mass in a material test. These losses are included in the difference between two potential energies of the active mass by calculation methods, which results in the energy input into the material sample during the material testing.
Das erfindungsgemäße Großlastpendelschlagwerk verkörpert verschiedene erfindungsgemäße Konzepte miteinander. Nach einem Aspekt erfolgt eine energetische Entkopplung, das bedeutet eine versuchsenergetische Aufspaltung, zwischen dem ersten Gestell mit dem Versuchspendel und den Betriebsaggregaten, die an dem zweiten Gestell bzw. an der Schabotte befestigt sind. Nach einem weiteren Aspekt sind zahlreiche Fehlereinflüsse ausgeschaltet oder verringert, z. B. der Luftwiderstand während des Pendelschlags durch eine cw-Wert-günstige Pendelarmgestaltung mithilfe von stirnseitigen Schrägen bzw. Phasen.The high-load pendulum impact tester according to the invention embodies various concepts according to the invention. According to one aspect, an energetic decoupling takes place, which means an experimental energy splitting, between the first frame with the experimental pendulum and the operating aggregates, which are fastened to the second frame or to the scraper. In another aspect, numerous error effects are eliminated or reduced, e.g. B. the drag during the pendulum stroke by a c w value-favorable pendulum arm design using frontal slopes or phases.
Die im Boden angeordnete Masse, über die die beiden Gestelle angeschraubt sind, nimmt in dämpfender Weise die über das jeweilige Gestell eingeleitete Energie auf und es kann von einer (nahezu vollständigen) Entkopplung zwischen den Gestellen ausgegangen werden. Die Betriebsaggregate, z. B. die Arretieraggregate zum Festsetzen des Pendels oder das Arretieraggregat zur zusätzlichen Absicherung und zur Sicherheit des Bedienpersonals, sind an dem zweiten, das erste Gestell äußerlich umfassenden Gestell angebracht. Ein zusätzlicher Sicherungsriegel sorgt für ein zweites Festsetzen des Pendelgewichts, wobei der Sicherungsriegel zur Kalibrierung des Pendelschlagwerks dadurch genutzt werden kann, dass die Gewichtskraft des Pendelgewichts auf den Sicherungsriegel in Ruhelage des Pendels vor einem Auslösen des Pendels gemessen wird.The arranged in the ground mass over which the two racks are screwed, takes in a damping manner on the respective frame introduced energy and it can be assumed that a (almost complete) decoupling between the racks. The operating units, z. As the Arretieraggregate for setting the pendulum or Arretieraggregat for additional security and safety of the operator, are attached to the second, the first frame externally comprehensive frame. An additional safety catch provides for a second setting of the pendulum weight, whereby the safety latch for calibrating the pendulum impact tester can be used by measuring the weight of the pendulum weight on the safety latch in the resting position of the pendulum before the pendulum is triggered.
FigurenkurzbeschreibungBrief Description
Die vorliegende Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug auf die beiden Figuren genommen wird, wobeiThe present invention can be better understood by reference to the two figures, wherein
Figurenbeschreibungfigure description
Nachfolgend werden mit der Absicht, zur Förderung des Verständnisses beizutragen, die
Das erste, innere Gestell
Das Pendel
Ein weiteres Arretieraggregat
Wie besonders gut der
Ist Teil des gesamten Pendelschlagwerks
Das zweite Gestell
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- PendelschlagwerkPendulum impact tester
- 1515
- Pendelpendulum
- 2020
- Erste GestellFirst frame
- 2222
- Erstes Teilgestell, insbesondere HinterteilFirst subframe, in particular rear part
- 2424
- Verbindungsjochconnecting yoke
- 3030
- Zweite GestellSecond frame
- 32, 33, 34, 3532, 33, 34, 35
- Rollenträgerroller carrier
- 3636
- SicherungsriegelhalterungSecuring bolt fixture
- 3838
- Erste Halterung StützbogenFirst bracket support bow
- 4040
- Wirkmasseeffective mass
- 4242
- WirkmassenvorderseiteActive mass front
- 4343
- WirkmassenhinterseiteActive mass back
- 4444
- WirkmassenoberseiteActive mass top
- 4545
- WirkmassenunterseiteActive mass base
- 4747
- Klinkenstegjack bridge
- 4848
- Bremsklotzbrake pad
- 5050
- Schlagstrukturimpact structure
- 5252
- Vorderer BereichFront area
- 5454
- Hinterer BereichThe backstage area
- 5656
- Kraftsensorforce sensor
- 6060
- Vorderer FührungsarmFront guide arm
- 6262
- Hinterer FührungsarmRear guide arm
- 6464
- Führungslagerguide bearing
- 6666
- Positionssensorposition sensor
- 7070
- Arretieraggregat RückholwagenArretieraggregat Rückholwagen
- 7474
- Kupplungsmechanismusclutch mechanism
- 7676
- DrehkraftmaschineRotary engine
- 7878
- KraftübertragungsmodulPower transmission module
- 8080
- FührungskranzschieneGuide ring rail
- 8282
- DoppellaufrolleDouble roller
- 8484
- EinfachlaufrolleSimple roller
- 9090
- Arretieraggregat SicherungsriegelLocking unit securing bolt
- 9292
- Kalibriersensorcalibration sensor
- 100100
- WiderlagerbockAbutment Bock
- 102102
- Probenlagersample storage
- 104104
- HochgeschwindigkeitskameraHigh-speed camera
- 106106
- PrüfortTest location
- 110110
- Arretieraggregat BremseinrichtungArretieraggregat braking device
- 114114
- Erste ReibschieneFirst friction rail
- 116116
- Zweite ReibschieneSecond friction rail
- 118118
- Erster StützbogenFirst support arch
- 120120
- Zweiter StützbogenSecond support arch
- 124124
- Zweite Halterung StützbogenSecond bracket supporting bow
- 126126
- Führungsstrebeguide strut
- 128128
- Führungsschieneguide rail
- 130, 131130, 131
- Hydraulikeinheithydraulic unit
- 132, 133132, 133
- Rutschbahnslide
- 134134
- Fangblechbaffle
- 136136
- Förderbandconveyor belt
- 140140
- Grundplattebaseplate
- 150150
- Fundamentfoundation
- 152152
- Spannankerturnbuckles
- 160160
- Gehäusecasing
- 170170
- Recheneinheitcomputer unit
- 172172
- Anzeigedisplay
- 174174
- AnfangsenergiewählerInitial energy selector
- 176176
- Aktionsschalteraction switch
- 178178
- Erste SignalleitungFirst signal line
- 179179
- Zweite SignalleitungSecond signal line
- 188188
- Materialprobematerial sample
- 189189
- ProfilquerschnittProfile cross section
- 190190
- ProbenzuführsystemSample Supply
- 192192
- ProbenfolgemagazinSample sequence Magazine
- 194194
- Transferarmtransfer arm
- 196196
- Probenaufnehmersampler
- 198198
- ThermostateinrichtungA thermostat device
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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