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Werkstoffprüfmaschine, insbesondere hydraulische Werkstoffprüfmaschine
Zusatz zum Patent 1 024268 Das Hauptpatent betrifft eine Werkstoffprüfmaschine,
insbesondere hydraulische Werkstoffprüfmaschine, deren Druckkolben sich in bekannter
Weise am Gestell der Prüfmaschine abstützt und den beweglichen Druckzylinder der
Prüfmaschine führt. An dem Druekzylinder sind die zu dem beweglichen Einspannkopf
für die Probe führenden übertragungsorgane unterhalb der Eintrittsstelle des Betriebsmittels
räumlich pendelnd aufgehängt.
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Durch diese Anordnung kann sich der Arbeitsollen gegenüber dem Arbeitszylinder
nicht verkanten. Die Reibungskräfte in der Kolbenführung sind nur klein und sind
vor allen Dingen auch von der Kolbenstellung unabhängig. Diese Vorteile kommen der
Genauigkeit der Werkstoffprüfung zugute und vermeiden ein vorzeitiges Schadhaftwerden
der Prüfmaschine. indem eine vorzeitige Zerstörung der Kolbenführung verhindert
wird.
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Die den Gegenstand des Hauptpatentes bildende Werkstoffprüfmaschine
gestattet jedoch nur die Durchführung statischer und dynamischer Zug- und nruckversuche.
Die Anordnung erlaubt nicht die Durchführung von dynamischen Versuchen. bei denen
die Richtung der Kraftwirkung wechselt. Es können mithin auf die Probe nicht in
periodischem Wechsel Zug- und Druckkräfte aufgebracht werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung gemäß dem
Hauptpatent derart weiterzubilden. daß mit der Prüfmaschine auch dynamische Versuche
mit wechselnder Kraftrichtung (dynamische 7ug-Druck-Wechselversuche) durchgeführt
werden können.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen gegenüber
dem ersten Druckkolben um 1800 versetzten zweiten Druckkolben, der einen Zylinder
fiihrt, welcher am beweglichen Einspannkopf der Prüfmaschine gelagert ist.
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Bei dieser Anordnung werden durch den ersten Arbeitszylinder Zugkräfte
auf die Probe aufgebracht und durch den zweiten Arbeitszylinder Druckkräfte.
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Wird das Betriebsmittel in periodischem Wechsel in die beiden Arbeitszylinder
eingebracht, dann wirken auf eine eingespannte Probe in periodischem Wechsel Zug-
und Druckkräfte, d. h. Kräfte mit wechselnder Kraftrichtung.
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\Nferkstoffprüfmaschinen für dynamische Zug-Druck-Wechselversuche,
bei denen zwei um 1800 gegeneinander versetzte Druckkolben vorgesehen sind, sind
an sich nicht neu. Jedoch ist bei solchen bekannten Maschinen weder der Kolben festgehalten
und der Zylinder mit dem beweglichen Einspannkopf verbunden, noch sind die Merkmale
des Hauptpatentes erfüllt. Nur in Verbindung mit diesen Merkmalen ist die Anordnung
zweier um 1800 gegeneinander ver-
setzter Druckkolben geschützt. Die beiden Druckkolben
können gemäß einem weiteren, nicht selbständig patentfähigen Nlerkmal der Erfindung
zu einer baulichen Einheit vereinigt sein.
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Gemäß einem weiteren, nicht selbständig patentfähigen NIerkmal erfolgt
die Zuführung des Betriebsmittels für den zweiten Arbeitszylinder unterhalb der
Abstützung dieses Arbeitszylinders.
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Die Anordnung kann so getroffen werden, daß die Wirkungslinie der
Abstützkraft des zweiten Arbeitszylinders dadurch den Pendelmittelpunkt der über
tragungsorgane geht, und zwar auch dann, wenn der bewegliche Einspannkopf der Prüfmaschine,
z. B. durch exzentrische Einspannung der Probe, ausgelenkt wird. Die Anordnung kann
aber auch so getroffen werden, daß die Wirkungslinie der Abstützkraft des zweiten
Arbeitszylinders durch einen Punkt geht, der innerhalb der Führung des zweiten Arbeitszylinders
liegt, und zwar ebenfalls auch dann, wenn der bewegliche Einspannkopf ausgelenkt
wird. In beiden Fällen können sich der Kolben und der Zylinder nicht gegeneinander
verkanten. Die Reibungskräfte in der Kolbenführung sind gering sowie unabhängig
von der Kolbenstellung.
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Die Zuführung des Betriebsmittels für den zweiten Arbeitszylinder
erfolgt unterhalb der Abstützung dieses Arbeitszylinders auf dem Einspannkopf der
Prüfmaschine. Der zweite Arbeitszylinder ist vorteilhafterweise am beweglichen Einspannkopf
der Prüfmaschine über eine Kugelkalotte und eine Kugelschale abgestützt. Zwischen
der Kugelkalotte und der Kugelschale
sind zweckmäßigerweise reihungsmindernde
Elemente eingeschaltet. Hierdurch wird die Reibung zwischen den beiden Kugelkalotten,
die bei Pendellewegungen des beweglichen Einspannkopfes auftritt, erheblich herabgemindert.
Als reibungsmindernde Elemente können mechanische Elemente, beispielsweise Rollen,
in Betracht kommen oder deformierbare Elemente. z. B. ein hydraulisches oder pneumatisches
Polster. Diese deformierharen Elemente können gleichzeitig die Aufgabe und die Funktion
der Kugelkalotte und der Kugelschale übernehmen. Ein weiteres horizontal bewegliches
Zwischenglied zwischen dem Zylinder und dem Einspannkopf eliminiert die durch die
Fertigung und Montage bedingten Ungenanig keiten. Die beiden Druckkolben der Prüfmaschine
können in bekannter Weise zu einem einzigen Kolben vereinigt sein, der im Gestell
der Prüfmaschine gehalten ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind an Hand der Figuren schematisch
dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine Ausführung einer Werkstoffprüfmaschine gemäß der
Erfindung im wesentlichen im Schnitt, Fig. 2 eine Einzelheit in größerem Maßstab,
Fig. 3 und 4 zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung im Schnitt.
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Das Gestell der Prüfmaschine besteht im wesentlichen aus lotrechten
Säulen 1, 2, die ein Querhaupt 3 tragen. Durch Bohrungen 4, 5 des Querhauptes 3
sind Zugstangen 6, 7 hindurchgeführt. Die Zugstangen 6, 7 tragen den beweglichen
Einspannkopf 8 der Prüfmaschine. In dem Einspannkopf 8 ist die Probe 9 mit ihrem
einen Ende eingespannt. Diese ist mit ihrem anderen Ende in den nicht gezeichneten
festen Einspannkopf der Prüfmaschine eingespannt. Die Zugstangen 6, 7 sind in einer
Traverse 10 gehalten. Die Traverse 10 ist auf dem einen Arbeitszylinder 11 der Prüfmaschine
über ein nachgiebiges Glied 12, z. B. ein Gummifiüssigkeitselement, abgestützt.
Das nachgiebige Glied 12 ist konzentrisch zur Längsachse des Zylinders angeordnet.
Die Führung der Traverse 10 auf dem Arbeitszylinder 11 erfolgt durch einen balligen
Ring 13 des Arbeitszylinders. Der Arbeitszylinder wiederum ist geführt auf einem
Kolben 14, der sich in dem Querhaupt 3 abstützt. Das Betriebsmittel wird dem Zylinder
11 oberhalb der Abstützung der Traferse 10 auf dem Arbeitszylinder 11 bei 15 zugeführt.
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Der Kolben 14 ist nach unten verlängert um einen Teil 16, der als
zweiter Kolben wirkt. Der Kolben 16 führt den zweiten Arbeitszylinder 17 der Prüfmaschine.
der auf dem beweglichen Einspannkopf 8 abgestützt ist. Die Zuführung des Betriebsmittels
zu dem zweiten Arbeitszylinder 17 erfolgt unterhalb der Allstützung des Zylinders
17 auf dem Einspannkopf 8 bei 20.
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Sollen auf die Probe in periodischem Wechsel Zug-und Druckkräfte
aufgebracht werden, dann werden die Arbeitszylinder 11 und 17 abwechselnd gefüllt.
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Der Zylinder 11 bringt auf die Probe 9 Zugkräfte auf und der Zylinder
17 Druckkräfte. Demgemäß ist der Zylinder 11 der Zugzylinder und der Zylinder 17
der Druckzylinder der Prüfmaschine.
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Die Abstützung des Arbeitszylinders 17 auf dem beweglichen Einspannkopf
8 erfolgt gemäß den Fig. l hiR 3 über einen Kugelkalottenring 18 des Zylinders und
einen entsprechenden Kugelschalenring 19 des Einspanukopfes. Der Krümmungsmittelpunkt
des Kugelkalottenringes und des Kugelschalenringes fällt zusammen mit dem Krümmungsmittelpunkt
A des balligen Ringes 13 des Zugzylinders 11. Der Punkts
liegt auf der Längsachse
der Kolben 14, 16 und angenähert in der Querehene des nachgiebigen Gliedes 12. Die
Wirkungslinie der Abstützkraft des Zylinders 17 auf dem Einspannkopf 8 geht auch
bei Schiefstellung des beweglichen Einspannkopfes, z. B. infolge schief eingespannter
Probe, durch den Punkt A, d. h. durch den Pendelmittelpunkt der Traverse 10 und
der Zugstangen 6, 7 (Übertragungsglieder).
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Um die Reibung zwischen dem Kugelkalottenring 18 und dem Kugelschalenring
19 beim Pendeln des Einspannkopfes 8 zu verringern, werden zweckmäßigerweise zwischen
den Kugelkalotten reibungsmindernde bewegliche Glieder eingeschaltet, beispielsweise
Rollen 21 gemäß Fig. 2.
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Die eingangs beschriebenen Vorteile der verkantungsfreien Kolbenführung
sind nur dann gewährleistet, wenn der Krümmungsmittelpunkt der Kugelschale 19 mit
dem Krümmungsmittelpunkt der Kugelkalotte 18 zusammenfällt. Das kann durch eine
entsprechende Fertigungs- und hontagegenauigkeit beim Anfertigen der Teile der Prüfmaschine
bzw. hei deren Montage erreicht werden.
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Sind eine entsprechende Fertigungs- und Montagegenauigkeit nicht
gewährleistet, dann ist es zweckmäßig, zwischen dem Zylinder 17 und dem beweglichen
Einspannkopf 8 gemäß Fig. 3 ein weiteres horizontal bewegliches Zwischenglied 22
anzuordnen.
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Die Kugelkalotte 18 ist dabei wiederum am Arbeitszylinder 17 angebracht.
Die Kugelschale 19 ist an der dem Zylinder 17 zugekehrten Seite des beweglichen
Zwischengliedes 22 angebracht. Die Bewegungsmöglichkeit des Zwischengliedes 22 gewährleistet,
daß sich Kugelschale und Kugelkalotte so einstellen, daß ihre Mittelpunkte zusammenfallen.
Die Wirkungslinie der Abstützkraft des zweiten Arbeitszylinders geht auch bei dem
in Fig.3 gezeigten Ausführungsbeispiel durch den Pendelmittelpunkt A der Übertragungsorgane
6, 7, 10.
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Statt der Rollen 21 kann zwischen dem zweiten Arbeitszylinder 17
und dem beweglichen Einspannkopf 8 bzw. dem Zwischenring 22 auch gemäß Fig. 4 ein
deformierbares Glied 23 eingeschaltet werden.
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Dieses deformierbare Glied 23 gleicht zweckmäßigerweise in seinem
Aufbau dem nachgiebigen Glied 12, über das der erste Arbeitszylinder 11 die Traverse
10 trägt. Das deformierbare Glied 23 macht die Kugelkalotte 18 und die Kugelschale
19 entbehrlich, d. h., es kann die Funktion dieser beiden Teile und der Rollen 21
übernehmen. Bei dieser Ausführung geht die Wirkungslinie der Abstützkraft des zweiten
Arbeitszvlinders nicht mehr durch den oberen Pendelmittelpunkt A, sondern durch
einen Punkt B innerhalb der Führung des zweiten Arbeitszylinders. Der zweite Arbeitszylinder
17 ist in diesem Falle zweckmäßigerweise mit einer balligen Führung 24 versehen,
deren Krümmungsmittelpunkt mit dem Punkt B zusammenfällt. Bei dieser Ausführung
ergibt sich noch der Vorteil, daß an das deformierbare Glied 23 eine Anzeigevorrichtung
26 angeschlossen werden kann zur Anzeige der auf die Probe 9 aufgebrachten Druckkräfte.
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Eine an das nachgiebige Glied 12 angeschlossene Anzeigevorrichtung
25 zeigt die auf die Probe 9 aufgebrachten Zugkräfte an. Diese zweite Anzeigevorrichtung
kann auch bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 und 3 an das nachgiebige
Glied 12 angeschlossen werden.