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Die vorliegende Erfindung behandelt eine Prüfstückprüfmaschine, insbesondere mit einer Prüfvorrichtung für Materialprüfungen durch Zug-, Druck- und/oder Biegeversuche, insbesondere von Metallen, die eine Mitnehmervorrichtung für ein Messgerät aufweist. Die Mitnehmervorrichtung führt das Messgerät mit dem Prüfstück, z. B. einer Materialprobe, mit. Nach einem weiteren Aspekt erfolgt die Nutzung eines Dehnungsmesssignals einer Prüfstückprüfmaschine zur Steuerung eines Verfahrmotors der Prüfstückprüfmaschine.
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Stand der Technik
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Für Materialprüfungen gibt es zahlreiche Prüfmaschinen. Einige werden in den nachfolgend genannten Druckschriften eingehender beschrieben:
DE 10 2008 050 465 A1 (Anmelderin: Zwick GmbH & Co. KG; Anmeldetag: 08.10.2008),
DE 10 2009 036 248 A1 (Anmelderin: Zwick GmbH & Co. KG; Anmeldetag: 05.08.2009),
DE 10 2009 049 700 A1 (Anmelderin: Messphysik Materials Testing GmbH; Anmeldetag: 17.10.2009),
DE 600 03 744 T2 (Patentinhaberin: Testing Machines Inc.; Prioritätstag: 08.04.1999),
DE 11 2006 003 923 T5 (Anmelderin: Shimadzu Corp.; Anmeldetag: 12.06.2006) und
EP 1 126 269 A1 (Anmelderin: Mettler-Toledo GmbH; Anmeldetag: 03.02.2000).
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Um nicht die Materialprüfmaschinen, z. B. des Typs Universalprüfmaschine, in allen ihren Einzelheiten diskutieren zu müssen, d. h. zur Förderung der Lesbarkeit der vorliegenden Erfindungsbeschreibung, wird für die Darstellung der üblichen Komponenten und Teile und für die Darstellung der Funktionsweise von Materialprüfmaschinen auf die zuvor genannten Druckschriften Bezug genommen, die hierdurch vollständig in vorliegende Beschreibung inkorporiert sind.
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Die Regelung der Prüfkraft kann auf verschiedene Arten und Weisen erfolgen. Aus der im Jahr 2011 geltenden Norm DIN EN ISO 6892 können Fachleute den Vorschlag herauslesen, dass die Dehnungsmessung als Eingangsgröße für den Regler der Motorsteuerung zum Verfahren der Traverse, d. h. für die Motorregelung, genutzt werden kann. Eine alternative Möglichkeit besteht in der Steuerung des Motors für das Traversenverfahren durch Drehgeschwindigkeiten oder durch elektrische Motorströme. Gelegentlich wird in der Literatur zu Universalprüfmaschinen auch empfohlen, mit einer konstanten Laststeigerungsgeschwindigkeit zu arbeiten, also eine kraftgesteuerte Versuchsführung umzusetzen. Genauso ist es bekannt, mit konstanten Dehngeschwindigkeiten zu arbeiten, also eine erste Ableitung einer weggesteuerte Versuchsdurchführung umzusetzen. Hierzu muss die entsprechende Messgröße wie die Dehnung oder die Kraft erfasst und als Eingangsgröße genutzt werden.
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Die
DD 59 412 C (Erfinder: Herbert Houda; Anmeldetag: 01.03.1967) stellt einen federvorgespannten Freilaufschalter vor, der im Zusammenhang mit Messschlitten in Einspannvorrichtungen von Werkstoffprüfmaschinen erst nach Zurücklegung eines entsprechenden Weges mithilfe eines Schiebers den für die Messaufzeichnung vorhandenen elektrischen Schalter schließt. In der einzigen Figur ist der Schalter in geöffneter und in geschlossener Stellung zu sehen. So wie der Freilaufschalter dargestellt ist, ereignen sich während des zurückzulegenden initialen Weges des Schiebers Verkantungen zwischen der Lage des Schiebers und der eigentlichen Wegstrecke, was einen inhärenten Messfehler darstellt.
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Als Prüfstücke werden üblicherweise sowohl metallische Proben wie auch sonstige Bauteile, deren Materialeigenschaften zu untersuchen sind, verwendet. Diese werden gelegentlich für die Durchführung einer Prüfung besonders präpariert, z. B. durch eine besondere Form gestaltet. Das Spannung-Dehnung-Verhalten hängt von der Probe, insbesondere von dem Werkstoff der metallischen Probe ab. Je nach verwendetem Prüfverfahren und der ausgewählten Eingangsgröße oder der ausgewählten Eingangsgrößen für die Steuerung sowie der Art der Messaufnahme ergeben sich bestimmte Fehlerarten, die sogar bis zur nicht gegebenen Reproduzierbarkeit der Messung bei ein und dem gleichen Werkstoff führen kann.
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Aufgabenstellung
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Zur Verringerung der Messfehler ist eine Materialprüfmaschine, insbesondere eine Zugprüfmaschine, dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine hinlänglich auftretende Fehlergruppe bei der Messaufzeichnung möglichst weit ausgeblendet werden kann. Hierbei wäre es besonders vorteilhaft, wenn eine gemessene Größe zur Signalbildung für die Versuchssteuerung genutzt werden kann.
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Erfindungsbeschreibung
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Prüfstückprüfmaschine nach Anspruch 1 gelöst, ein geeignetes Betriebsverfahren lässt sich Anspruch 18 entnehmen. Vorteilhafte Weiterbildungen lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen.
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Prüfstückprüfmaschinen werden zur Prüfung von Materialproben eingesetzt, z. B. für Zugprüfungen, für Druckprüfungen und für Biegeprüfungen. Insbesondere der Bautyp der Universalprüfmaschine weist eine Fahrtraverse auf, die mithilfe eines Verfahrmotors bewegt wird. Das Prüfstück ist zwischen der Fahrtraverse und einer Standtraverse eingespannt. Hierfür weist die Prüfstückprüfmaschine einen Prüfraum auf, der für die Anordnung der Materialprobe zwischen den Traversen vorgesehen ist. Eine Motorregelung stellt sicher, dass die richtige Prüfkraft, d. h. eine Prüfkraft in einem genau festgelegten Prüfkraftband, zum richtigen Zeitpunkt, d. h. während eines Prüflaufs nach einem Zeitprofil, aufgebracht wird. Hierzu wird das Bewegungsverhalten des Verfahrmotors von der Motorregelung gesteuert.
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Die Mitnehmervorrichtung umfasst mehrere rotatorische Teile wie z. B. Endlostriebe, die durch Ketten- oder durch Riementriebe realisierbar sind. Weitere rotierende Teile befinden sich in einem Untersetzungsgetriebe. Die Mitnahmebewegung lässt sich vorteilhaft über eine Übertragungswelle auf die Befestigung für einen Wegaufnehmer übertragen. Alle diese Teile bieten Möglichkeiten, Verzögerungselemente darin zu integrieren. An den rotierenden bzw. an den rotatorischen Bauteilen können Vorrichtungen befestigt werden, die einen verzögernden Effekt im Laufe der Bewegung, insbesondere am Anfang der Bewegungsaufnahme, entfalten.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in der Lage, den ersten, d. h. den initialen Verfahrweg, bei der Übertragung des Verfahrwegs auf den Wegaufnehmer zu unterdrücken bzw. auszublenden. Sobald der erste Verfahrweg zurückgelegt ist, d. h. nach der initialen Bewegung, erfolgt ein Synchronlauf. Während des Synchronlaufs bewegt sich das Folgeglied, der Folger, für den Wegaufnehmer gleichartig zu dem Verfahrweg einer der Spannvorrichtungen für das Prüfstück, z. B. zu der Fahrtraverse und dem an dieser befestigten Probenhalter.
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Die Prüfstückprüfmaschine hat neben einer Fahrtraverse eine Mitnehmervorrichtung. Die Mitnehmervorrichtung folgt der relativen Positionsveränderung der Fahrtraverse. Die Mitnehmervorrichtung ist das vermittelnde Bauteil für den Wegaufnehmer. Der Wegaufnehmer ist befestigbar. Hierzu hat der Wegaufnehmer eine Befestigung. Es kann auch gesagt werden, der Wegaufnehmer ist über eine Befestigung befestigbar. Solche Befestigungen sind z. B. Querträger, Schlösser für Endlostriebe und Stelen. Der Prüfraum, der sich zwischen den Traversen wie der Fahrtraverse und der Standtraverse erstreckt, lässt sich in einzelne Abschnitte unterteilen. Ein Abschnitt umfasst den mittleren Bereich des Prüfraums. Der Prüfraum endet in seine äußeren Bereiche, die unmittelbar vor den Traversen liegen. Die Traversen begrenzen den Prüfraum. Der Abschnitt, der die ersten 10 % bis 20 % des Prüfraums nach oder jenseits einer Traverse ausmacht, kann als Randbereich oder als äußerer Bereich des Prüfraums angesehen werden. Der dazwischen liegende Bereich, das bedeutet, also die inneren 60 % bis 80 % des Prüfraums, wird als mittlerer Bereich angesehen. Die Wegaufnehmer werden überwiegend in einem mittleren Bereich des Prüfraums vorgehalten bzw. gehalten. Zwischen der Mitnehmervorrichtung und der Fahrtraverse ist ein Getriebe zwischengeschaltet. Mithilfe des Getriebes kann eine Bewegungsrichtung der Fahrtraverse auf die Mitnehmervorrichtung übertragen werden. Die Mitnehmervorrichtung folgt der Bewegung der Fahrtraverse. Die Mitnehmervorrichtung bewegt sich mithilfe des Getriebes in Abhängigkeit der Bewegung der Fahrtraverse.
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Hierbei erfolgt die Bewegung aber nicht vollständig synchron. Die Bewegung erfolgt zeitverzögert. Eine Bewegung der Fahrtraverse gelangt an die Mitnehmervorrichtung mit einer initialen Verzögerung. Die Verzögerung ist am Anfang der Bewegung festzustellen. In den ersten Bewegungsschritten, d. h. während der ersten Bewegung, folgt die Mitnehmervorrichtung nicht. Während der ersten Bewegungsstrecke bleibt die Mitnehmervorrichtung noch an ihrem ursprünglichen Ort stehen. Erst wenn die Bewegung eine ausreichende Strecke zurückgelegt hat, erfolgt eine synchrone Bewegung zwischen Fahrtraverse und Mitnehmervorrichtung. Durch wenigstens ein Verzögerungselement gelangt die Bewegung der Fahrtraverse auf den Wegaufnehmer. Hierbei kann insbesondere über die Befestigung der Mitnehmervorrichtung auf den Wegaufnehmer die Bewegung übertragen werden.
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Für die Anordnung des mechanischen Verzögerungselements bieten sich zahlreiche Stellen an. Es ist vorteilhaft, wenn das Verzögerungselement in wenigstens einem Rotationsglied integriert ist. Ein Rotationsglied der Mitnehmervorrichtung ist als Verzögerungselement realisiert.
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Das Signal, das aufgrund der Verzögerung in der Mitnehmervorrichtung entsteht, kann zur Steuerung des Verfahrmotors verwendet werden. Hierbei wird das Dehnungsmesssignal der Prüfstückprüfmaschine genutzt. Das Dehnungsmesssignal wird durch einen Wegaufnehmer der Prüfstückprüfung gemessen. Das Dehnungsmesssignal wird zur Steuerung des Verfahrmotors der Prüfstückprüfmaschine genutzt. Mit Hilfe der Mitnehmervorrichtung der Prüfstückprüfmaschine, die das Verzögerungselement aufweist, kann die örtliche Lage der Fahrtraverse übertragen werden. Das Verzögerungselement ist vorteilhafter Weise in einem der rotierenden Teile der Mitnehmervorrichtung vorhanden. Das so ermittelte Signal kann als ein Eingangssignal in die Steuerung des Verfahrmotors eingeleitet werden.
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Die Mitnehmervorrichtung wird von der Fahrtraverse mitgeschleppt. Die Mitnehmervorrichtung folgt den Bewegungen der Fahrtraverse. Die Bewegung der Fahrtraverse bestimmt sich aus dem ausgewählten Versuch und den damit eingestellten Versuchsbedingungen. Der Verfahrmotor soll hierbei versuchskonform gesteuert werden. Je nach Einstellung bestimmt sich die Steuerung des Verfahrmotors, z. B. in Bezug auf die Verfahrgeschwindigkeit, z. B. in Bezug auf die Dehnungsgeschwindigkeit. Die Einzelheiten zu den Versuchsrahmenbedingungen lassen sich z. B. aus der zuvor zitierten Norm entnehmen, alternativ aus eigenen Prüfvorschriften.
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Vorteilhaft ist die Nutzung der rotierenden Teile in der Mitnehmervorrichtung, weil Spiele und Verzögerungen in rotierenden bzw. runden Teilen besonders leicht und trotzdem zuverlässig herstellbar sind. So können in rotierenden Teilen z. B. maßgenaue Toleranzen leicht hergestellt werden, z. B. durch Drehen oder Bohren. In einer Ausgestaltung kann ein Spiel z. B. in der Größenordnung zwischen ca. 1 mm und ca. 3 mm vorgesehen werden. Entspricht das Spiel unmittelbar dem Verfahrweg der Traverse, so kann der erste Verfahrweg in derselben oder in der identischen Größenordnung in einem Bereich von 1 mm bis zu 3 mm unterdrückt werden.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben u. a. erkannt, dass das Dehnungsmesssignal als Eingangsgröße für die Steuerung bzw. die Regelung des Verfahrmotors und somit zur Verringerung der Messfehler beitragen kann, wenn möglichst zuverlässige Stellgrößen zur Verfügung stehen. Durch das Verzögerungselement, das vorzugsweise mechanisch ausgebildet wird, lässt sich das aus der Dehnungsmessung abgeleitete Eingangssignal stabilisiert von Anfang an der Motorregelung, alternativ auch der Motorsteuerung, zur Verfügung stellen.
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Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dargelegt, die für sich gesehen, sowohl einzeln aus auch in Kombination, ebenfalls erfinderische Aspekte offenbaren können.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung hat die Prüfstückprüfmaschine eine Übersetzung bzw. eine Untersetzung. Die Befestigung für den Wegaufnehmer wird untersetzt. Die Antriebskraft für den Mitnehmer gelangt über eine Untersetzung auf Bauteile für die Dehnungsmessung. Eine solche Untersetzung kann durch ein Untersetzungsgetriebe mit einem Verhältnis von 2:1 erfolgen. Der doppelte Verfahrweg wird somit richtigerweise auf die tatsächliche Dehnung angepasst. Die Bewegung der Fahrtraverse kann durch die Untersetzung unmittelbar weitergeleitet werden. Die Mitnehmervorrichtung kann so an die Fahrtraverse angekoppelt sein. Eine mechanische Anbindung der Mitnehmervorrichtung an die Fahrtraverse ist möglich. Die Mitnehmervorrichtung bewegt sich in Abhängigkeit der tatsächlichen Dehnung der Materialprobe.
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Die Prüfstückprüfmaschine kann als Verzögerungselement ein spielbehaftetes Eingriffselement aufweisen. An Stelle von einem Eingriffselement können zwei, eventuell sogar mehrere, spielbehaftete Eingriffselemente vorhanden sein. Das zumindest eine Abtriebsglied wird durch zumindest ein Eingriffselement, insbesondere nach Überwindung eines Spiels, in einer Anschlagsposition mitgeschleppt. Die Bewegung wird durch ein Eingriffselement übertragen. Eingriffselemente lassen sich durch Bolzen, Stifte oder Kleinstwellen leicht umsetzen, die in dazugehörige Öffnungen, Bohrungen oder Nuten eingreifen können.
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Die Prüfstückprüfmaschine bietet zahlreiche Stellen an, an denen das Eingriffselement das Mitschleppen der Mitnehmervorrichtung in Abhängigkeit der Bewegung der Fahrtraverse sicherstellt. Wenigstens eines der Eingriffselemente kann exzentrisch angeordnet sein. Eine Mitführung der restlichen Teile der Mitnehmervorrichtung kann kraftschlüssig erfolgen. Durch einen Anschlag des Eingriffselements an einem Abtriebsglied erfolgt das kraftschlüssige Zusammenspiel der einzelnen Komponenten der Mitnehmervorrichtung. Die Bewegung lässt sich in rotierender Weise innerhalb der Mitnehmervorrichtung übertragen. Durch die Anordnung des Eingriffselements in einer exzentrischen Position und einer hierzu größeren Aufnahme für das Eingriffselement lässt sich auf einfache Weise das Spiel einstellen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Verzögerungselement auf der Seite der Mitnehmervorrichtung angeordnet werden, die vor dem Untersetzungsgetriebe liegt. Die Prüfstückprüfmaschine hat das Verzögerungselement antriebsseitig. Das Verzögerungselement ist somit vor dem Untersetzungsgetriebe angeordnet. Die Bewegung der Fahrtraverse lässt sich so exakt am Anfang ausblenden. Verfälschungen aus dem Getriebe müssen nicht in das Zusammenspiel der einzelnen Bauteile des Verzögerungselements eingearbeitet werden.
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Das Getriebe in der Prüfstückprüfmaschine kann in einer vorteilhaften Gestaltung mehrstufig aufgebaut werden. In einem solchen Fall setzt sich das Untersetzungsgetriebe aus mehreren Getriebestufen zusammen. Hierbei können verschiedene Arten von Getrieben miteinander kombiniert werden. Eine der Getriebestufen kann z. B. ein Schneckengetriebe sein. Eine Getriebestufe kann ein Kegelradgetriebe sein. Eine Getriebestufe kann ein Stirnradgetriebe sein. Durch die Wahl der Getriebestufen lässt sich das Übersetzungsverhältnis von Eingangswelle auf Ausgangswelle exakt einstellen. Aspekte wie Spiel, Toleranz und Selbsthemmung können zusätzlich anhand der Getriebestufen bestimmt werden. Ist dem Schneckengetriebe in dem Antriebsfluss ein weiteres Getriebe nachgeschaltet, so lässt sich die Bewegung des nachgeschalteten Getriebes durch das Schneckengetriebe hemmen. Folgt dem Schneckengetriebe ein leichtlaufendes Kegelradgetriebe, das aus zwei ineinander eingreifende Kegelräder aufgebaut sein kann, ist eine Achsumlenkung der Bewegungsrichtung ohne die Gefahr der Kraftflussumkehr möglich.
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Die Eingriffselemente der Prüfstückprüfmaschine in dem Verzögerungselement können Teile von zwei Antriebsscheiben sein. Die beiden Antriebsscheiben können ein rotatorisches Spiel zueinander aufweisen. Dieses Spiel entspricht in einer Ausgestaltung genau der initialen Verzögerung. Eine solche Konstruktion erlaubt es einem Entwickler, das von der Steuerung des Verfahrmotors geforderte Verzögerungselement, ohne Äquivalenzberechnungen unmittelbar umzusetzen – ein weiterer Schritt für einen einfache und zuverlässige Realisierung.
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Damit die Prüfstückprüfmaschine besonders gut jegliche Art von Versuchen wie Druckversuch oder Zugversuch umsetzen und durchführen kann, sollten Endlostriebe Teil der Mitnehmervorrichtung sein. Ein erster Endlostrieb und ein zweiter Endlostrieb werden als Teil der Messvorrichtung dieser zugeordnet. Der zweite Endlostrieb kann im Drehsinn des ersten Endlostriebes mitlaufend oder gegenlaufend ausgelegt sein. Der zweite Endlostrieb sollte langsamer als der erste Endlostrieb sein. Der Endlostrieb sollte also verlangsamt mitgeführt werden. Der zweite Endlostrieb sollte der Bewegung der Fahrtraverse folgen, jedoch nur mit halber Geschwindigkeit. Dadurch erspart sich die Steuerung des Verfahrmotors ein Glied für die Halbierung der gemessenen Bewegung.
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Für eine möglichst stabile Auslegung der gesamten Prüfstückprüfmaschine hat diese Piloten und Stelen. Die Prüfstückprüfmaschine lässt sich in die eigentliche Prüfvorrichtung und in die Messvorrichtung unterteilen. Die Prüfvorrichtung hat einen Rahmen mit zwei Piloten und zwei Querstreben. Die Prüfstückprüfmaschine hat eine Messvorrichtung, die den Wegaufnehmer aufweist. Bei einer solchen Trennung zwischen den Bereichen kann die Prüfvorrichtung in paralleler Ausrichtung zur Messvorrichtung, insbesondere senkrecht stehend, angeordnet sein. Die Prüfstückprüfmaschine lässt sich als Ständermodell realisieren. Schwerkrafteinflüsse wirken nur äußerst bedingt auf das Spiel ein.
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Das Spiel in dem rotatorischen Übertragungsteil kann z. B. in einer Größenordnung um 1 mm bis 2 mm ausgelegt werden. Hierdurch wird der initiale Verfahrweg nicht auf die Messvorrichtung, z. B. auf den Wegaufnehmer, übertragen. Erst wenn der anfängliche Verfahrweg zurückgelegt worden ist, wandert die Messvorrichtung mit. Bei einer anfänglichen Beabstandung von ca. 50 mm der Tastarme wird während der ersten 1 % bis 5 % des Verfahrwegs der Wegaufnehmer (nahezu) ortsfest gehalten. Anschließend wird der tatsächliche Weg der Dehnung der Probe nicht nur gemessen, sondern der Wegaufnehmer wird mitgeführt, indem eine Halbierung des zurückgelegten Fahrtraversenwegs in den Wegaufnehmer eingeleitet wird. Die Tastarme können dabei vorteilhafterweise mit elektrischen Dehnungsmesseinrichtungen, z. B. Dehnungsmessstreifen, zusammenarbeiten.
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Mithilfe der vorliegenden Erfindung lassen sich automatische Steuerungen für Probeaufnahmen realisieren, die vorteilhafterweise probenunabhängig sind.
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Die zuvor dargestellten Kombinationen und Ausführungsbeispiele lassen sich auch in zahlreichen weiteren Verbindungen und Kombinationen betrachten.
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Figurenkurzbeschreibung
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Die vorliegende Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug auf die beiliegenden Figuren genommen wird, die beispielhaft besonders vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten darlegen, ohne die vorliegende Erfindung auf diese einzuschränken, wobei
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1 eine Prüfstückprüfmaschine in Universalbauweise in Draufsicht zeigt,
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2 die Prüfstückprüfmaschine nach 1 in seitlicher Ansicht zeigt,
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3 die Prüfstückprüfmaschine nach 1 in einer weiteren seitlichen Ansicht zeigt,
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4 einen Ausschnitt aus einer Prüfvorrichtung zeigt, die Teil der Prüfstückprüfmaschine nach 1 sein kann,
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5 einen Ausschnitt des Kopfes der Messvorrichtung nach 4 zeigt,
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6 eine Schnittdarstellung durch die Antriebswelle, in im Kopf der Messvorrichtung verläuft, zeigt und
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7 ein Getriebe für eine Prüfstückprüfmaschine nach 1 zeigt.
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Figurenbeschreibung
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Die in den einzelnen 1 bis 7 gezeigten Ausgestaltungsmöglichkeiten lassen sich auch untereinander in beliebiger Form verbinden.
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Wie in Zusammenschau sämtlicher 1 bis 7 zu erkennen ist, umfasst die Prüfstückprüfmaschine 1 einen Teil, der als Prüfvorrichtung oder Prüfgerät 5 zu bezeichnen ist, und einen Teil, der als Messvorrichtung oder Messgerät 3 bezeichnet werden kann.
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Der als Prüfgerät 5 bezeichnete Teil wird durch das zentrale Bauteil Grundrahmen 9 (siehe 1) gebildet, an dem weitere Bauteile und Komponenten angebracht und befestigt sind und dem weitere Bauteile und Komponenten zugeordnet sind, wie z. B. der als Verfahrmotor 99 dienende Antriebsmotor für die Fahrtraverse 15. Der Motor 99 zum Antrieb kann die Fahrtraverse 15 höhenverstellend verschieben. Hierzu befinden sich Spindeln in dem Grundrahmen 9, genauer in den beiden Piloten 11, 13 eingearbeitet. Gegenüber von der Fahrtraverse 15 ist eine Standtraverse 17 angeordnet. Eine weitere Standtraverse 17‘ ist gegenüberliegend der Fahrtraverse 15, auf der anderen Seite des Prüfraums 7 angeordnet. Die Standtraversen 17, 17‘ und die Piloten 11, 13 bilden die äußeren Abmessungen des Grundrahmens 9. Zwischen den Standtraversen 17, 17‘ befindet sich, sozusagen „auf halber Höhe“, die Fahrtraverse 15. Die Fahrtraverse 15 wird entlang der Piloten 11, 13 bewegt. Hierzu betreibt der Motor 99 zwei Spindeln (nicht zu sehen), die jeweils an einer Seite der Fahrtraverse 15 angreifen und die Fahrtraverse 15 gleichmäßig nach oben und nach unten wechselweise verfahren können.
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Wie in 1 zu sehen ist, setzt sich der vordere Teil der Prüfstückprüfmaschine 1 aus zahlreichen Bauteilen und Komponenten zusammen, um das Prüfgerät 5 zu bilden. Zu dem Grundrahmen 9 gehören die erste Pilote 11, die zweite Pilote 13, die Standtraversen 17, 17’, die zum Teil mit den Querstreben 19, 21 zusammenfallen, und die Fahrtraverse 15. Durch Haltevorrichtungen, die nicht eingezeichnet sind, kann die Materialprobe zwischen der Fahrtraverse 15 und der Standtraverse 17 im Prüfraum 7 angeordnet werden. Das Dehnungsverhalten oder auch die Wanderungseigenschaften der Materialprobe werden durch die Tastarme 55, 57 abgegriffen. Hierzu folgen die Tastarme 55, 57 dem Bewegungsverhalten der Fahrtraverse 15. Damit die Tastarme 55, 57 der Fahrtraverse 15 nachfolgen können, ist eine Mitnehmervorrichtung 27 über den Mitnehmerarm 29 an der Fahrtraverse 15 angebunden, wobei zur Mitnehmervorrichtung 27 auch der Endlostrieb 35 mit seinem Schloss 37’ gehört, über die die Tastarme 55, 57 in Position gehalten werden. Der Grundrahmen 9 ist aufgrund der Querstreben 19, 21 und der stabilen Piloten 11, 13 möglichst verbiegungsarm. Die Fahrtraverse 15 kann entlang der Piloten 13, 15 auf- und niederbewegt werden und so den Prüfraum 7 vergrößern oder verkleinern. Dabei werden die Tastarme 55, 57 so eingestellt, dass sie an der Materialprobe (nicht dargestellt) ausreichend beabstandet, z. B. mit einem Anfangsabstand von 50 mm, an der Materialprobe angreifen.
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In 2 wird die Prüfstückprüfmaschine 1 in seitlicher Ansicht gezeigt, sodass die nebeneinander angeordneten Geräte, Prüfgerät 5 und Messgerät 3, deutlicher zu erkennen sind. Zu dem Prüfgerät 5 gehört der Verfahrmotor 99, der über einen Riementrieb Spindeln bewegt, die in den Piloten, wie der Pilote 11, verlaufen und die Höhenverstellung der Fahrtraverse 15 übernehmen. Für eine Formstabilität des Grundrahmens 9 sorgt u. a. die Standtraverse 17. Die Bewegung der Fahrtraverse 15 des Prüfgeräts 5 gelangt über den Mitnehmerarm 29 und über Umlenkrollen 39, 41 umgelenkt auf das Getriebe 81 des Messgeräts 3. In der Drehgeschwindigkeit verändert gelangt die rotatorische Bewegung der Umlenkrollen 39, 41 auf die Zahnräder 83, 85, wovon sie auf die Umlenkrolle 43 abgegeben wird. Für eine entsprechende Verzugsarmut des Messgeräts 3 sind die Komponenten des Messgeräts 3 an den Stelen 23, 25 befestigt. Besonders wichtig ist eine möglichst arme Verbiegung bzw. Verspannung für den Wegaufnehmer 49. Über die Stellräder 61, 61’ können die Tastarme 55, 57 an die Materialprobe (nicht dargestellt) herangeführt werden, die von der Pilote 11 verdeckt hinter der Pilote 11 in dem (nicht sichtbaren) Prüfraum anzuordnen ist. Eine Drehgeschwindigkeit der Umlenkrollen 39, 41 wird über das Getriebe 81, zu dem die Zahnräder 83, 85 gehören, auf eine niedrigere Drehgeschwindigkeit der Umlenkrolle 43 untersetzt.
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Wird die in der 2 dargestellte Prüfstückprüfmaschine 1 um 180 Grad in der Ebene gedreht erneut dargestellt, so ergibt sich eine Darstellung der Prüfstückprüfmaschine 1, wie in 3 dargestellt. Es ist zu sehen, dass das Prüfgerät 5 in verschiedene Richtungen durch den Grundrahmen 9 mit der Standtraverse 17 und durch den Verfahrmotor 99 begrenzt wird. In fluchtender Verlängerung zur Ausrichtung des Verfahrmotors 99 sind die Dehnungsmessgeräte 51, 53 mit den Tastarmen 55, 57 angeordnet. Parallel zu den Tastarmen 55, 57 verläuft der Mitnehmerarm 29, der Teil der Mitnehmervorrichtung 27 (siehe 1) ist. Der Mitnehmerarm 29 ist auf das Rotationsglied 31 geführt, das in dem Getriebe 81 mündet. Die lineare Bewegung der Fahrtraverse 15 (siehe 1) wird über den Mitnehmerarm 29 auf das Rotationsglied 31 gelenkt. Mit Hilfe des Getriebes 81, das Teil des Messgeräts 3 ist, gelangt die rotatorische Bewegung des Rotationsgliedes 31 auf den Endlostrieb 35. Die lineare Bewegung des mit dem Schloss 37’ zu einem Endlostrieb verbundenen Riemen des Endlostriebs 35 gelangt über die Halterungen 47, 47’ auf den Wegaufnehmer 49. Für eine anfängliche Positionierung des Wegaufnehmers 49 bzw. der Dehnungsmessgeräte 51, 53 umfasst der Wegaufnehmer 49 eine Handkurbel 59. Mit Hilfe der Handkurbel 59 kann der Wegaufnehmer 49 entlang des Endlostriebs 35 auf- und niederbewegt werden, um exakt in Position zur (nicht sichtbaren) Materialprobe eingestellt zu werden. Hierfür bieten die Stelen 23, 25 Führungsflächen an. Der Wegaufnehmer 49 wandert entlang der Oberflächen der parallel verlaufenden Stelen 23, 25, die zudem parallel zu den Piloten 11, 13 (siehe 1) angeordnet sind.
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Wird das Prüfgerät 5 nach den 1 bis 3 weggelassen, so verbleibt das Messgerät 3. Teile des Messgeräts 3 sind in 4 dargestellt und umfassen neben den Stelen 23, 25 die vier Umlenkrollen 39, 41, 43, 45 sowie die durch Schlösser 37, 37’ zu Endlostrieben 33, 35 verschlossenen Riemen. Eine Bewegung des Endlostriebs 33 über die Umlenkrollen 39, 41 wird über die Antriebswelle 63 und die Abtriebswelle 65 auf die Umlenkrollen 43, 45 weitergelenkt.
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Hierzu ist zwischen der Antriebswelle 63 und der Abtriebswelle 65 ein Verzögerungselement 71 zwischengebaut. Für eine anfängliche, verzögerungsfreie exakte Positionierung kann die Handkurbel 59 benutzt werden. Während der Prüfung der Materialprobe gelangt die Bewegung des Endlostriebs 33 über das Verzögerungselement 71 auf den Endlostrieb 35. Das Verzögerungselement 71 ist zwischen der Antriebswelle 63 und der Abtriebswelle 65 angeordnet. Sobald die Verzögerung des Verzögerungselements 71 überwunden ist, laufen – zwar in untersetzter Weise – die beiden Endlostriebe 33, 35 synchron über ihre jeweiligen Umlenkrollen 39, 41 bzw. 43, 45 umgelenkt herum.
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Der in 4 eingezeichnete Abschnitt G ist in größerer Darstellung in 5 zu sehen. Der Abschnitt G zeigt das Getriebe 81, das auf der Stele 25 ruhend angeordnet ist. Die Antriebskraft für das Getriebe 81 gelangt über die Antriebswelle 63 und die Antriebsscheiben 67, 69 in das Getriebe 81. Die Eingangsdrehung der Antriebswelle 63 gelangt an die Abtriebswelle 65 unter Zwischenschaltung von Zahnrädern, wie dem ersten Kegelrad 95 und dem zweiten Zahnrad 85. Zur Realisierung eines Verzögerungselements 71 gehört zur Antriebswelle 63 das Verzögerungselement 71, das aus den beiden Antriebsscheiben 67, 69 mit dem Eingriffselement 73 und der Eingriffsnut 77 aufgebaut ist. Die Bewegung in dem Endlostrieb 33 wird über die Umlenkrolle 39 auf die Antriebswelle 63 geführt. Abtriebsseitig des Getriebes 81 treibt das zweite Zahnrad 85 den zweiten Endlostrieb 35 an. An der Stele 25 kann das Getriebe 81 ortsfest positioniert werden. Je nach Reibkoeffizient zwischen Endlostrieb 33 und Umlenkrolle 39 kann ein entsprechend toleranzbefreites Verzögerungselement 71 eingangsseitig vor dem Getriebe 81 vorgesehen sein.
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In 6 ist ein Schnitt durch die Abtriebswelle 65’ entlang der Linie H-H, wie in 7 dargestellt, zu sehen. Die Abtriebswelle 65’ hat zwei Eingriffselemente 73, 75, über die kraftschlüssig die Drehungen in das Getriebe 81 eingeleitet werden können, damit über das Zahnrad 85 die entsprechend übersetzten Drehungen weitergeleitet werden. Für eine spielbehaftete, kraftschlüssige Übertragung sind die Eingriffselemente 73, 75 exzentrisch Teil der Abtriebswelle 65’. Hierfür bietet die Abtriebswelle 65’ exzentrische Positionen mit einer Exzentrizität E, an denen die Eingriffselemente 73, 75 angeordnet sind.
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Die Übertragung der Drehgeschwindigkeit von dem ersten Endlostrieb 33 auf den zweiten Endlostrieb 35 lässt sich eingehender in der Darstellung des Getriebes 81 nach 7 studieren. Für eine Grobeinstellung bietet das Prüfgerät 5 (siehe z. B. 1) eine Handkurbel 59. Die Bewegung des Endlostriebs 33 gelangt über die Umlenkrolle 39 auf die Antriebswelle 63, die in die Antriebsscheibe 67 mündet. Die Antriebsscheibe 67 steht in Verbindung mit der Antriebsscheibe 69 über die Eingriffselemente 73, 75. Die beiden Antriebsscheiben 67, 69 und die Eingriffselemente 73, 75 bilden aufgrund eines zwischen ihnen herrschenden Spiels ein Verzögerungselement 71. Bewegungen der Antriebsscheibe 69 werden unmittelbar auf die Schneckenwelle 89 des Schneckengetriebes 87 übertragen. Die Drehgeschwindigkeit der Antriebsscheibe 69 entspricht der Drehgeschwindigkeit der Schneckenwelle 89 des Schneckengetriebes 87. Diese Drehgeschwindigkeit wird entsprechend untersetzt von dem Schneckenrad 91 auf das Kegelrad 95 übertragen. Das Kegelrad 95 ist Teil des Kegelradgetriebes 93, zu dem weiterhin das Kegelrad 97 gehört. Die Drehbewegung des Kegelrads 97 gelangt über die beiden Zahnräder 83, 85 auf die Umlenkrolle 45, über die der Endlostrieb 35 geführt ist. Die Stelen 23, 25 sind so massiv dimensioniert, dass das Getriebe 81 verspannungsfrei die Drehbewegung des Endlostriebs 33 auf den zweiten Endlostrieb 35 übertragen kann. Wenn die Eingriffselemente 73, 75 an den entsprechenden Oberflächen der Eingriffsnuten, wie der Eingriffsnut 77 (siehe 5), kraftschlüssig anliegen, drehen die beiden Endlostriebe 33, 35 nur über das Getriebe 81 in ihrer Drehzahl verändert synchron in entgegengesetzte Richtungen. Während des ersten Bewegungsweges des Endlostriebs 33 bleibt der Endlostrieb 35 stehen, bis die Eingriffselemente 73, 75 in Anlage mit der Antriebsscheibe 69 gebracht sind.
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Wie in 7 deutlicher zu sehen ist, ist das Getriebe 81 zur Übersetzung der Bewegung des ersten Endlostriebes 33 auf den zweiten Endlostrieb 35 ein aus mehreren Paarungselementen zusammengesetztes Getriebe 81. Die Welle, umfassend eine Antriebswelle 63, eine Abtriebswelle und zwei aufeinander einwirkende Antriebsscheiben 67, 69, ist auf ein Schleppgetriebe weitergeführt. Die rotatorische Bewegung der Schneckenwelle 89 wird auf ein Schneckenrad 91 übersetzt. Die Bewegung des Schneckenrades 91 gelangt über zwei ineinandergreifende Kegelräder 95, 97 auf das erste Zahnrad 83, das als Stirnrad ausgestaltet ist. Die Rotation des ersten Zahnrades 83 wird auf ein zweites Zahnrad 85 übertragen, das ebenfalls als Stirnrad gestaltet ist. Die Rotation des zweiten Stirnrades 85 wird über eine Umlenkrolle 45 auf den zweiten Endlostrieb 35 weitergeleitet. Somit erfolgt zunächst eine Untersetzung durch das Schneckengetriebe 87, wobei die Drehgeschwindigkeit anschließend auf die richtige Drehzahl durch die Kegelräderübersetzung des Kegelradgetriebes 93 und die Stirnradübersetzung der Zahnräder 83, 85 übersetzt wird.
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Die Stellräder 61, 61’ (siehe 2) können dazu benutzt werden, die Tastarme 55, 57 an die im Prüfraum 7 (siehe 1) liegende Prüfprobe heranzutasten. Eine horizontale Verstellung der Tastarme 55, 57 ist mit Hilfe der Handkurbel 59 möglich. Vor der Durchführung einer Probenprüfung, bei der mit Hilfe des Verfahrmotors 99 die Fahrtraverse 15 in die Prüfrichtung bewegt wird, lässt sich eine exakte Positionierung der Tastarme 55, 57 an der Materialprobe durch die Stellräder 61, 61’ und die Handkurbel 59 einstellen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Materialprobe zwischen der Fahrtraverse 15 und der Standtraverse 17 eingespannt. Das Bewegungsverhalten der Tastarme 55, 57 ist daher sehr genau bekannt. Bringt der Verfahrmotor 99 mit Hilfe der (nicht dargestellten) Spindeln eine Verfahrbewegung auf die Fahrtraverse 15, so kann über Sensoren (nicht dargestellt) der erste Verfahrweg gemessen werden. Die Regelung des Verfahrmotors 99 wird weiterhin mit Hilfe des Wegaufnehmers 49 erhoben. Der Wegaufnehmer 49 folgt jedoch erst dem Verfahrweg, wenn die Bewegungsverzögerung über das Verzögerungselement 71 überwunden ist. Somit lassen sich anfängliche Übersteuerungen des Verfahrmotors 99 (mit Hilfe von mechanischen Gliedern) ausregeln. Die Steuerung für den Verfahrmotor 99 erhält erst ein wegangepasstes Signal aus dem Wegaufnehmer 49, wenn der erste Verfahrweg zurückgelegt worden ist. Mit Hilfe einer solchen Verzögerungsanordnung, z. B. über das Verzögerungselement 71, können anfänglich zu starke Fahrbewegungen, zu große Prüfkräfte oder zu große Drehgeschwindigkeiten in einer Prüfstückprüfmaschine 1 unterbunden werden.
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Die drehbar gelagerten Tastarme 55, 57 berühren die Materialprobe, wenn die Tastarme 55, 57 über die Stellräder 61, 61‘ und die Handkurbel 59 ordnungsgemäß eingestellt sind. Die Tastarme 55, 57 wandern während eines Versuchs auseinander. Mit Hilfe des Wegaufnehmers 49 wird das Wanderungsverhalten gemessen. Das Messsignal wird an die Steuerung des Verfahrmotors 99 weitergeleitet. Ein Eingangssignal für den Verfahrmotor 99 stellt ein Wegaufnehmer dar, der z. B. als Inkrimentalaufnehmer ein inkrimentelles Signal der Spindeln an die Steuerung weiterleitet. Durch die Zwischenschaltung des Verzögerungselements 71 wird ein zur Instabilität neigendes Steuerungssystem deutlich stabiler. Eine solche Prüfstückprüfmaschine 1 kann für unterschiedlichste Prüfungen, z. B. mit angepassten Dehnungsgeschwindigkeiten, verwendet werden. So lässt sich eine Dehnungsprüfung, eine Materialprüfung anhand von Verfahrgeschwindigkeiten oder eine kraftgeregelte Materialprüfung durchführen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Prüfstückprüfmaschine 1, 2, 3
- 3
- Messgerät 1, 2, 3
- 5
- Prüfgerät 1, 2, 3
- 7
- Prüfraum 1
- 9
- Grundrahmen 1, 2, 3
- 11
- Erste Pilote 1, 2
- 13
- Zweite Pilote 1
- 15
- Fahrtraverse 1, 2
- 17, 17‘
- Standtraverse 1, 2, 3
- 19
- erste Querstrebe 1
- 21
- zweite Querstrebe 1
- 23
- erste Stele, insbesondere der Halterung 2, 3, 4, 7
- 25
- zweite Stele, insbesondere der Halterung 2, 3, 4, 5, 7
- 27
- Mitnehmervorrichtung 1
- 29
- Mitnehmerarm 1, 2, 3
- 31
- Rotationsglied 3
- 33
- erster Endlostrieb 3, 4, 5, 7
- 35
- zweiter Endlostrieb 1, 3, 4, 5, 7
- 37, 37´
- Schloss, insbesondere Riemenschloss 1, 3, 4
- 39
- Erste Umlenkrolle 2, 4, 5, 7
- 41
- Zweite Umlenkrolle 2, 4
- 43
- Dritte Umlenkrolle 2, 4
- 45
- Vierte Umlenkrolle 4, 7
- 47, 47‘
- Halterung, insbesondere für einen Wegaufnehmer 3
- 49
- Wegaufnehmer 2, 3
- 51
- erstes Dehnungsmessgerät 3
- 53
- zweites Dehnungsmessgerät 3
- 55
- Erster Tastarm 1, 2, 3
- 57
- Zweiter Tastarm 1, 2, 3
- 59
- Handkurbel 3, 7
- 61, 61‘
- Stellrad 2
- 63
- Antriebswelle 4, 5, 7
- 65, 65‘
- Abtriebswelle 4, 5, 6, 7
- 67
- Erste Antriebsscheibe 5, 7
- 69
- Zweite Antriebsscheibe 5, 7
- 71
- Verzögerungselement 4, 5, 7
- 73
- erstes Eingriffselement 5, 6, 7
- 75
- zweites Eingriffselement 6, 7
- 77
- erste Eingriffsnut 5
- 81
- Getriebe, insbesondere Untersetzungsgetriebe 2, 3, 5, 7
- 83
- erstes Zahnrad, insbesondere Stirnzahnrad 2, 7
- 85
- zweites Zahnrad, insbesondere Stirnzahnrad 2, 5, 6, 7
- 87
- Schneckengetriebe 7
- 89
- Schneckenwelle 7
- 91
- Schneckenrad 7
- 93
- Kegelradgetriebe 7
- 95
- erstes Kegelrad 5, 7
- 97
- zweites Kegelrad 7
- 99
- Verfahrmotor 1, 2, 3
- E
- Exzentrizität 6
- G
- Ausschnitt aus dem Kopf des Prüfgeräts 4, 5
- H-H
- Schnitt durch Abtriebswelle 65‘ 4, 7
