DE1022820B

DE1022820B - Device for converting, in particular, enlarging elastic deformation movements of stressed structural parts on dynamic material testing machines into deflections that can be used for regulation processes or the like

Info

Publication number: DE1022820B
Application number: DESCH16178A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Klaus Federn
Original assignee: Carl Schenck Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Carl Schenck AG
Priority date: 1954-08-26
Filing date: 1954-08-26
Publication date: 1958-01-16

Description

Vorrichtung zur Umwandlung, insbesondere Vergrößerung elastischer Verformungsbewegungen beanspruchter Konstruktionsteile auf dynamischen Materialprüfmas chinen in für Regelungsvorgänge od. dgl. brauchbare Ausschläge Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen und Gleichschalten bzw. Regeln und Steuern dynamischer Kräfte, insbesondere bei Materiaprüfmaschinen. Es ist bereits bekannt, den Antrieb einer solchen Maschine in Abhängigkeit von der Amplitude der schwingenden Kraft dadurch zu steuern, daß ein in den Kraftfluß eingeschaltetes elastisches Element, eine Feder, mittels einer Kontaktzunge durch periodisches Anliegen an elektrischen Kontaktkörpern S Stromimpulse hervorruft, die Stromänderungen in einer Wicklung eines Differentialreais hervorrufen, dessen Ausschläge durch Kontaktkörper einen Hilfsmotor steuern1 der den Vorwiderstand zum Feld der Erregermaschine entsprechend den Ausschlägen des schwingenden Federelementes stärkt oder schwächt. Diese Regelung arbeitet einwandfrei. wo die schwingenden Verformungen des einbeschalteten Elementes genügend groß sind, z. B. in der Größenordnung von 1 bis 20 mm, wie dies bei der sogenannten Schwingfeder mittelfrequenter Materialprüfmaschinen (Pulser) der Fall ist. Die Verformung der Schwinfeder entspricht der Größe der Wechselkraft. Als Anbringungsort für die schwingende Kontaktzunge einerseits und die Anliegekontakörper andererseits wählte man demgemäß die beiden Schwingfederenden. Device for converting, especially enlarging elastic Deformation movements of stressed structural parts on dynamic material testing Chinen in od for control processes. The like. Usable rashes The invention relates on a device for measuring and synchronizing or regulating and controlling dynamic forces, especially in material testing machines. It is already known the drive of such a machine depending on the amplitude of the vibrating To control force by the fact that an elastic element connected to the force flow, a spring, by means of a contact tongue by periodic contact with electrical Contact bodies S causes current pulses that change the current in a winding of a differential reaction, the deflections of which are caused by contact bodies The auxiliary motor controls the series resistor to the field of the exciter machine accordingly strengthens or weakens the deflections of the vibrating spring element. This regulation works flawlessly. where the oscillating deformations of the connected element are big enough, e.g. B. on the order of 1 to 20 mm, as in the So-called oscillating springs in medium-frequency material testing machines (pulser) are the case is. The deformation of the Schwinfeder corresponds to the magnitude of the alternating force. As an attachment point for the vibrating contact tongue on the one hand and the contact body on the other the two ends of the oscillating springs were chosen accordingly.

Wenn elastische Proben dynamisch geprüft werden sollen, die keiner zusätzlichen Schwingfeder bedürfen hzw. mit Rücksicht auf die Prüffrequenz eine solche nicht erlauben, dann ist die bekannte Einrichtung nicht mehr anwendbar. Würde man bei diesen Prüfungen die Probenverformung selbst zur Steuerung benutzen, also die beiden Teile der Kontaktanlage an den beiderseitigen Probeenden anbringen, dann hätte man, genau genommen, keine Reglung auf konstante Kraft mehr, sondern eine Regelung auf konstanten Ausschlag. Im Bereich der Dauerhaltbarkeit kann bekanntlich der E-Modu nicht mehr als konstant vorausgesetzt werden. Deshalb scheidet diese Anordnung für die beiden Teile der Kontaktanlage bei cxakter Kraftregelung bzR-. Kraftsteuerung aus. If elastic samples are to be tested dynamically, none additional oscillating springs require hzw. with regard to the test frequency one do not allow such, then the known device is no longer applicable. Would you use the specimen deformation itself for control in these tests, so attach the two parts of the contact system to the sample ends on both sides, then Strictly speaking, there would have been no more constant force regulation, but one Regulation on constant deflection. As is well known, in the area of durability the e-modulus can no longer be assumed to be constant. Therefore this one separates Arrangement for the two parts of the contact system with cxact force control bzR-. Power control off.

Die steifen Dynamometer. die bei der dynamischen Malterial- oder Bauteilprüfung meist zur Kraftmessung in den Kraftfluß eingeschaltet werden, haben eine Verformung von maximal + 0,1 mm. Diese ist jedoch zu gering, um unmittelbar zur Steuerung herangezogen zu werden. The stiff dynamometer. those in the dynamic Malterial or Component testing are usually switched on to measure the force in the force flow a maximum deformation of + 0.1 mm. However, this is too low to be immediate to be used for control.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, welche geeignet ist, Verformungen, insbesondere Dyanmometerverformungen. mit genügender Steifigkeit ins Große, z. B. im Verhältnis 1: 100, zu übersetzen. The subject of the invention is a device which is suitable Deformations, particularly dyanmometer deformations. with sufficient rigidity ins Large, e.g. B. in the ratio 1: 100 to translate.

Kennzeichnend für die erfindungsgemäße Vorrichtuiig ist, daß sie aus mindestens zwei Gruppen geradliniger und runder oder blattfederartiger biegeelastischer Elemente besteht, die in jeder Gruppe einander gleichgestaltet und mit gleich geneigten Längsachsen angeordnet sind, jedoch zu den Längsachsen der Elemente in der oder den benachbarten Gruppen winklig verlaufe, und daß die einzelnen Elementegruppen zu einem in sich geschlossenen elastischen Nrformuiigsglied vereinigt sind, von dem lei in einer Richtung eintretender Verformung vergrößerte Bewegungen in einer anderen Richtung abgeleitet werden. It is characteristic of the device according to the invention that it from at least two groups rectilinear and round or leaf spring-like flexurally elastic Elements is made up of each group in the same shape and with the same inclination Longitudinal axes are arranged, but to the longitudinal axes of the elements in the or the neighboring groups run at an angle, and that the individual groups of elements are united to a self-contained elastic Nrformuiigs member, of the deformation occurring in one direction increases movements in one other direction.

Weitere Erfindungsmerkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen und in der Beschreibung des durch die Zeichnung schematisch abgebildeten Ausführungsbeispiels erläutert. Further features of the invention can be found in the subclaims and in the description of the exemplary embodiment shown schematically in the drawing explained.

Der Hohlstab 1 gemäß Fig. 1 (Aufriß) kann als eine pfeilgeschlitze Käfigübersetzung mit Kniehebelwirkung bezeichnet werden. Dem Ausdruck »pfeilgeschlitzt « liegt die Vorstellung zugrunde, die mit der allgemein üblichen Bezeichnung »pfeilverzahnt « verbunden ist. Sie soll kurz zusammenfassen, daß es sich bei dem Übersetzungselement um einen Hobizylinder handelt, der auf zwei symmetrisch zur Mitte angeordneten 5 strecken schräge Schlitze in entgegengesetztem Neigungssinne erhält, wobei die Schlitze vorzugsweise so geformt sind, daß zwischen ihnen stegartige Elemente 3 von etwa rechteckigem Querschnitt stchenbleiben, die zur Käfigachse geneigt sind, aber im nicht verformten Zustand in sich gerade und unverdreht zwischen Vollringen 4 und 5 bzw. The hollow rod 1 according to FIG. 1 (elevation) can be slotted as an arrow Cage transmission are referred to as toggle action. The expression "arrow-slit «Is based on the idea with the commonly used designation» herringbone " connected is. It should briefly summarize that it is the translation element is a hobby cylinder, which is mounted on two 5 stretch oblique slots in the opposite direction of inclination, with the slots are preferably shaped so that between them web-like elements 3 of about rectangular cross-section, inclined to the cage axis are, but in the non-deformed state in itself straight and untwisted between full rings 4 and 5 or

5 und 6 des Hohlstabes verlaufen. Die geneigten geradlinigen Miteellinien der stegartigen Elemente liegen also vorzugsweise nicht in einer Zylinderfläche, sondern in einer sogenannten Regelfläche, die geometrisch als Rotationshyperboloid definiert ist. Dadurch, daß eine Summe von soclermaßen gebildeten Kniehebeln (im abgebildeten Teil vierzehn) in zyklischer Anordnung in Form des pfeilgeschlitzten Hohlstabes angeordnet sind, ist die Steifigkeit der Vorrichtung sehr groß. Denn die Steifigkeitsgrößen der einzelnen, zahlreichen parallel geschalteten Kniehebel (vierzehn Stück) addieren sich.5 and 6 of the hollow rod run. The inclined rectilinear center lines the web-like elements are therefore preferably not in a cylinder surface, but in a so-called ruled surface, which is geometrically called a rotational hyperboloid is defined. The fact that a sum of socially formed toggle levers (in pictured part fourteen) in a cyclical arrangement in the form of the arrow-slotted Are arranged hollow rod, the rigidity of the device is very great. Because the stiffness values of the individual, numerous toggle levers connected in parallel (fourteen pieces) add up.

Die Vorrichtung nach der Erfindung kann iii ein Prüfmaschinendynamometer 7 so eingebaut werden, daß ihre Enden die Dynamometerverformung zwangläufig, wenn auch nicht ohne Rückwirkung, mitmachen. The device according to the invention can iii a test machine dynamometer 7 are installed so that their ends inevitably the dynamometer deformation, if also not without retroactive effect, participate.

Infolge der axialen Verformungswege der Stegenden und der Schräge der Stege, die beispielsweise in der Größenordnung von 1:10 liegt, wird von jedem einzelnen Steg auf den mittleren Ring 5 eine Schiebekraft in Umfangsrichtung ausgeübt, die den mittleren RingS gegenüber den äußeren Ringen 4 und 6 verdreht. Durch einen Hebelarm 8 auf dem mittleren Ring kann für nochmalige mechanische Vergrößerung gesorgt werden, so daß eine an seinem Ende angebrachte Kontaktzunge 10 od. dgl. den Verlauf der Dynamometerkraft 100mal stärker als Verformung wiedergibt, als dies bei unmittelbarer Anbringung an den Dynamometernden der Fall wäre, 11 und 12 (Fig. 2) sind einstellbare elektrische Kontaktkörper für eine Regel- oder Steuereinrichtung.As a result of the axial deformation paths of the web ends and the bevel the ridges, which is, for example, on the order of 1:10, is used by everyone single bar exerted a pushing force in the circumferential direction on the middle ring 5, which rotates the middle ring S in relation to the outer rings 4 and 6. Through a Lever arm 8 on the middle ring can be used for further mechanical enlargement so that a contact tongue 10 or the like attached to its end is the course the dynamometer force reproduces 100 times more strongly than deformation than this with immediate When attached to the dynamometers, 11 and 12 (Fig. 2) are adjustable electrical contact body for a regulating or control device.

Damit die Zungenbewegung der Kraft ohne Frequenzeinfluß zugeordnet ist, muß die Eigenschwingungszahl eine solchen mechanischen Vergrößerungseinrichtung mehrmals höher liegen als die Prüffrequenz, mit der die dynamische Beanspruchung erfolgt und die beispielsweise bei 80001min liegen kann. Aus diesem Grunde müssen die Übersetzungsteile außerordentlich starr ausgeführt sein, und es ist wesentlich, daß die Stege im Käfig dadurch ein Maximum an Steifigkeit erhalten, daß sie in sich gerade verlaufen, also nicht etwa schraubenförmig gewunden sind. Thus the tongue movement is assigned to the force without the influence of frequency is, the natural frequency of such a mechanical enlarger must are several times higher than the test frequency with which the dynamic load takes place and which can be, for example, at 80001min. For this reason you have to the translation parts are extremely rigid, and it is essential that the webs in the cage thereby receive a maximum of rigidity that they are in themselves run straight, so are not wound in a helical manner.

Die Herstellung des pfeilgeschlitzten Hohlstabes geschieht am besten aus dem VOllen, damit Klemm-und nachgiebige Verbindungsstellen, die seine Eichfähigkeit herabsetzen, mit Sicherheit vermieden werden. The manufacture of the arrow-slotted hollow rod is best done from the full, thus clamping and flexible connection points, which his calibration ability reduce, be avoided with certainty.

Zur Messung, Regelung und Steuerung relativ kleiner Kräfte kann die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgebildet werden, daß sie selbst als Dynamometer wirkt. In diesem Fall müssen die Stege derart dimensioniert sein, daß ihre Biegerückstellkraft der jeweils auf die Enden aufgebrachen Axialkraft das Gleichgewicht hält. Da, wo die Stege in ihrer Mitte nicht mehr biegebeansprucht sind, spielen Querschnittsform und Größe derselben keine ausschlaggehende Rolle im Hinblick auf die Verteilung der Biegebeanspruchung längs des Steges, insbesondere auf die Biegebeanspruchung an den Stegenden. Um die Starrheit in der Steglängsrichtung so groß wie möglich zu machen und insbesondere die Knicksteifigkeit in dieser Richtung heraufzusetzen, kann der Steg erfindungsgemäß in der Mitte stärker be- messen sein, wie es Fig. 3 bei v als Blick in radialer Richtung auf die Käfigachse z für einen Steg 3 wiedergibt. To measure, regulate and control relatively small forces, the The device according to the invention can be designed so that it can even be used as a dynamometer works. In this case, the webs must be dimensioned in such a way that their bending restoring force the axial force applied to the ends maintains the equilibrium. There where the webs are no longer subject to bending stress in their middle, play cross-sectional shape and their size do not play a decisive role in terms of distribution the bending stress along the web, in particular the bending stress at the ends of the jetty. To ensure the rigidity in the longitudinal direction of the web is as great as possible to make and in particular to increase the buckling stiffness in this direction, according to the invention, the web can be more heavily loaded in the middle measure as it is Fig. 3 at v as a view in the radial direction of the cage axis z for a web 3 reproduces.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 kann auch benutzt werden, um emem auf den mittleren Ring 5 aufgesetzten spiegel 13 eine Drehbewegung zu geben, di ihrerseits einen Lichtstrahl auf einer Matglasskala od. dgl. auslenkt. Diese Auslenkung ist dann ein Maß für die axiale Verformungsbewegung der Stegnden und dmait ein Maß für die auf das Dyanmometer wirkende Kraft, Die Vorrichtung nach der Erfindung läßt sich auch verschiedentlich zum reibungs- und spielfreien Übersetzen von Kräften, so z. B. in Materialprüfmaschinen verwenden. Drehmomente und Drehbewegungen können damit in Axialkräfte und Längsbewegungen ungeformt werden. Als Beispiel sei das selbsthemmungsfreie axiale Spannen an Stelle einer flachgängigen Mutter genannt. The device of Fig. 1 can also be used to emem the middle ring 5 attached mirror 13 to give a rotary movement, ie in turn deflects a light beam on a mat glass scale or the like. This deflection is then a measure for the axial deformation movement of the webs and thus a measure for the force acting on the dyanmometer, the device according to the invention also differently for the smooth and backlash-free transfer of forces, so z. B. use in materials testing machines. Torques and rotary movements can so that they are unshaped in axial forces and longitudinal movements. Let me give you an example called self-locking axial clamping instead of a flat nut.

PATENTANSPROCHE: 1. Vorrichtung zur Umwandlung, insbesoiidere Vergroßerung elastischer Vertormungsbewegungen beanspruchter Konstruktionsteile auf dynamischen Materialprüfmaschinen in für Regelungsvorgänge od. dgl. brauchbare Ausschläge, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus mindestens zwei Gruppen geradliniger undrunder oder blattfederartiger biegeelastischer Elemente (3) besteht, die in jeder Gruppe einander gleichgestaltet und mit gleich geneigten Längsachsen angeordnet sind, jedoch zu den Langsachsen der Elemente in der oder den benachbarten Gruppen winklig verlaufen, und daß die einzelnen Elementegruppen zu einem festen clastischen Verformungsglied vereinigt sind von dem bei in einer Richtung eintretender Verformung vergrößerte Bewegungen in einer anderen Richtung, beispielsweise ür Anzeige-, Meß-oder Regelvorgänge, abgeleitet werden. PATENT CLAIM: 1. Device for conversion, in particular enlargement elastic deformation movements of stressed structural parts on dynamic Material testing machines in or for control processes. The like. Usable rashes, thereby characterized in that they are made up of at least two groups of straight and round or leaf spring-like flexible elastic elements (3), which in each group each other are designed identically and arranged with the same inclined longitudinal axes, but too the longitudinal axes of the elements in the adjacent group or groups are angled, and that the individual groups of elements form a solid clastic deformation member united are enlarged by the deformation occurring in one direction Movements in another direction, e.g. for display, measurement or control processes, be derived.

Claims

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that their Natural frequency is several times higher than the frequency to be transmitted Deformation movements.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized as a Arrow-slit hollow rod (1) carved out of the whole with groups in front mentioned similar, z. B. arranged in a ring (5) and inclined cyclically winkli colliding elements (3).

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the elements (3) Expediently have reinforced sections (v) in their middle.

5. Apparatus according to claim 3, characterized in that the rectilinear The center lines of the inclined elements lie on a hyperboloid of revolution.

6. Device according to claim 3, characterized in that with the Ring (5) the reflective part (13) of a mechanical-optical display device connected is.

7. The device according to claim 1, characterized in that the device elements (3) are dimensioned in such a way that their bending restoring force of each on the Ends of the device applied axial force keeps the balance.