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Werkstoffprüfmaschine für Schwingversuche Die Erfindung bezieht sich
auf eine Werkstoffprüfmaschine für Schwingversuche mit einer Einrichtung zum Vergleich
des oberen und unteren Grenzwertes der Belastung mit voreingestellten Werten und
mit von der Vergleichs einrichtung betätigten Verstellmitteln zum Regeln des einen
Grenzwertes und der Schwingungsamplitude des Schwinglasterzeugers.
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Mit Rücksicht auf eine möglichst schnell wirksam werdende Regelung
der Prüflast könnten der eine Grenzwert oder der Mittelwert und die Amplitude der
Prüflast gleichzeitig geregelt werden.
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Es ist eine Laststeuervorrichtung zur Durchführung einer Programmsteuerung
bei hydraulischen Schwingungsprüfmaschinen bekannt, bei denen die Amplitude und
die Grenzwerte der Belastung unabhängig voneinander einstellbar sind.
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Ferner ist eine dynamische Werkstoffprüfmaschine zur gleichzeitigen
Erzeugung sowohl statischer wie auch dynamischer Beanspruchung von Probestücken
bekannt, bei der eine den Mittelwert der Prüflast bestimmende Vorspannung mittels
einer einstellbaren Feder auf den Prüfling zur Wirkung gebracht wird.
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Eine außerdem noch bekannte hydraulisch wirkende Werkstoffprüfmaschine
für Probenkörper, die einer wechselnden Beanspruchung unterworfen werden, bei welcher
der Schwinghub auf mechanischem Wege erzeugt wird, ist durch zwei am Druckzylinder
der Prüfmaschine angeschlossene und auf die Höchst-und Mindestdrücke eingestellte
Flüssigkeitsspeicher gekennzeichnet, die in den Totlagen des Schwinghubes mit dem
Druckzylinder in Verbindung stehen.
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Hierbei wird von einem im Rhythmus der Lastwechsel zu- und abgeschalteten
Kraftnormal Gebrauch gemacht. Es wird mit dieser Ausführung jedes Kraftmaximum bzw.
Kraftminimum dadurch korrigiert, daß die Verbindung zu den gewichtsbelasteten Zylindern,
also zu den Kraftnormalen, geöffnelt und anschließend wieder geschlossen wird, was
einen stark verzerrten Kurvenlauf ergibt.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß mit einem Regeln
eines Grenzwertes der Prüflast zwangsläufig auch eine Änderung der Amplitude der
Prüflast verbunden ist, und umgekehrt. Wird beispielsweise bei einer hydraulischen
Werkstoffprüfmaschine durch Anderung des Druckes an einem hydraulischen Druckregler
der obere Grenzwert der Prüflast geändert, so ändern sich zwangsläufig die Leckverluste
im hydraulischen System, was bei unverändert eingestelltem Amplitudenregler eine
Änderung der Amplitude der Prüflast zur Folge hat. Der Erfindung liegt weiter die
Erkenntnis zugrunde, daß durch diese gegenseitige Beeinflussung eine genaue Rege-
lung
unmöglich oder doch sehr schwierig ist und daß insbesondere eine automatische Steuerung
außerordentlich erschwert wird, wenn Grenzwert und Amplitude der Prüflast gleichzeitig
geregelt werden.
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Auf Grund dieser Erkenntnisse und gegenüber den bekannten Einrichtungen
wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß zwischen den die Grenzwerte der Belastung
ermittelnden Organen und der Vergleichseinrichtung ein periodisch betätigter Umschalter
anzuordnen ist, der abwechselnd mit einer wesentlich unter der Schwingungsfrequenz
liegenden Frequenz den oberen bzw. den unteren Grenzwert der Belastung jeweils während
einer wesentlich über der Schwingungsperiodendauer liegenden Zeitspanne der Vergleichseinrichtung
zuführt.
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Hiermit ist zwar gegenüber der an sich möglichen gemeinsamen Regelung
von Amplitude und einem Grenzwert oder dem Mittelwert ein zeitlicher Mehraufwand
erforderlich. Das fällt jedoch nicht ins Gewicht im Hinblick darauf, daß mit relativ
geringem Aufwand eine sehr genaue und insbesondere auch automatische, programmatische
Steuerung des Verlaufes der Prüflast zu erzielen ist.
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In Vermeidung der erwähnten Nachteile kann also nunmehr mit einer
wesentlich unter der Schwingungs frequenz liegenden Frequenz die obere und die untere
Lastgrenze nachgeregelt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Vergleichseinrichtung
elektrisch arbeitend ausgebildet, wobei es außerdem zweckmäßig ist, dieser Vergleichseinrichtung
Mittel zum Anzeigen der Grenzwerte beizugeben. Erfindungsgemäß schaltet ferner der
Umschalter gleichzeitig die Anzeigevorrichtung um, so daß diese jeweils einen der
beiden Grenzwerte anzeigt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise in schematischer
Darstellung veranschaulicht.
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Gemäß der Zeichnung stützt sich eine dynamisch auf Druck zu untersuchende
Probe 20 über eine elektrische Meßdose 21 am festen Rahmen 22 derWerkstoffprüfmaschine
ab. Die Prüfkräfte sollen hydraulisch aufgebracht werden. Zu diesem Zweck wirkt
auf das der Meßdose21 gegenüberliegende Ende der Probe 20 ein Kolben 23 ein. Der
Kolben 23 ist im Arbeitszylinder 24 geführt, der am Rahmen 22 gehalten ist. Das
die Amplitude der Schwingkräfte bestimmende Druckmittel wird von einer regelbaren
Pulsatorpumpe über eine Leitung 25 in den Arbeitszylinder 24 gefördert.
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Die Pulsatorpumpe weist einen Kolben 26 und einen Zylinder 27 auf.
Der Antrieb der Pumpe erfolgt mittels eines Motors 28, der über einen Exzenter 29
eine Schwinge 30 bewegt, die um ein Gelenk 31 schwingbar gelagert ist und auf der
sich der Kolben 26 abstützt. Der Abstand des Kolbens 26 von dem Lager 31 bestimmt
den Förderhub der Pumpe und damit die Amplitude der schwingenden Prüflast. Zur Regelung
t-on Förderhub und Amplitude sind der Kolben 27 und der Zylinder26 mit einer Spindel
32 und einem Verstellmotor33 auf der Schwinge in deren Längsrichtung verschiebbar.
Der untere Druck in dem Arbeitszylinder 24 und damit der untere Grenzwert der Prüflast
ist mit Hilfe des regelbaren Druckes in einer Nachfülleitung 34 regelbar, die über
die Leitung 25 und ein Rückschlagventil 35 an den Arbeitszylinder der Prüfmaschine
anschließbar ist.
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Der Druck in der Nachfülleitung wird bestimmt durch die Nachfüllpumpe
36 in Verbindung mit einer Überströruvorrichtung 37, und zwar wird bei gleichbleibender
Fördermenge der Nachfüllpumpe36 der Druck in der Nachfülleitung durch die Vorspannung
der Feder 38 der Überströmvorrichtung 37 bestimmt.
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Die Vorspannung dieser Feder ist mit einem Regelmotor 39 regelbar.
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Um zu gewährleisten, daß der Regelmotor 33 als Amplitudenregler und
der Regelmotor 39 als Grenzwertregler des Druckes im Arbeitszylinder 24 und damit
der Prüflast nicht gleichzeitig ansprechen, und um weiter zu ermöglichen, daß sich
mit mehrmals abwechselnd aufeinanderfolgendem Einschalten des Regelmotors 33 und
des Regelmotors 39 mit großer Genauigkeit schrittweise an die gewünschten Grenzwerte
und Amplitude der Prüflast herangearbeitet werden kann, ist in Verbindung mit dem
Umschalter die Vergleichsvorrichtung vorgesehen, die die tatsächlichen Werte der
Prüflast mit voreingestellten, wünschenswerten Werten vergleicht. Der Schalter weist
drei Kontaktpaare mit je einer Schaltzunge auf. Der Kontakt 40 des Kontaktpaares
mit den Kontakten 40, 41 ist an den Regelmotor 39 angeschlossen. Der Kontakt 41
dieses Kontaktpaares ist ein Leerkontakt.
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Der Kontakt 42 des Kontaktpaares mit den Kontakten 42, 43 ist an den
Regelmotor 33 angeschlossen. Der Kontakt 43 dieses Kontaktpaares ist als Leerkontakt
ausgebildet. Der Kontakt 44 des Kontaktpaares mit den Kontakten 44, 45 ist über
einen Gleichrichter 46 an die elektrische Meßdose 21 angeschlossen. Der Gleichrichter
46 läßt in der Meßdose 21 auftretende Minimumspannungen durch und an den Kontakt
44 gelangen. Der Kontakt 45 des Kontaktpaares mit den Kontakten 44, 45 ist über
einen Gleichrichter 47 an die Meßdose 21 gelegt. Der Gleichrichter47 läßt in der
Meßdose auftretende Spannungsmaxima durch und an den Kontakt 45 gelangen. Die durch
die Gleichrichter 46, 47 gelangenden Druckmaxima und Druckminima entsprechen den
tatsächlichen oberen
und unteren Grenzwerten der auf die Probe aufgebrachten Prüflast.
An der den Kontakten44, 45 zugeordneten Schalterzunge 48 liegt ein Anzeigegerät
49. Dieses Anzeigegerät zeigt je nach der Stellung der Schalterzunge 48 die an den
Kontakten 44, 45 liegenden Spannungsspitzen als Maße für die Extremwerte der Prüflast
an. Bei entsprechender Eichung können unmittelbar auch die Werte der Prüflast abgelesen
werden. Auf der mit dem Zeiger 50 des Anzeigegerätes 49 drehbaren Welle 51 des Zeigers
sitzen drehfest die Widerstandsschleifen 52, 53 zweier Potentiometer. Die Widerstandsschleifen
52,53 liegen mit ihren Endklemmen 54, 55 und 56, 57 an den Stromquellen 58, 59 der
Potentiometer, die bei 60 geerdet sind. Der Schleifer 61 des Potentiometers mit
der Widerstandsschleife 52 ist auf einer Skala 62 gegenüber der Widerstandsschleife
52 von Hand einstellbar und an die den Kontakten 42, 43 zugeordnete Schalterzunge
63 angeschlossen. Der Schleifer 64 des Potentiometers mit der Widerstandsschleife
53 ist auf einer Skala 65 gegenüber der Widerstandsschleife 53 von Hand einstellbar
und an die den Kontakten 40, 41 des Schalters zugeordnete Schalterzunge 65 anschließbar.
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Der Schleifer 61 steht auf der Skala 62 auf dem Wert, der dem gewünschten
oberen Extremwert der Prüflast entspricht. Nehmen die durch eine gemeinsame Achse
66 miteinander verbundenen Zungen des Schalters die gezeichnete Stellung ein und
wird am Anzeigegerät 49 angezeigt, daß der tatsächliche obere Extremwert der Prüflast
mit dem auf der Skala 62 mit dem Schleifer 61 eingestellten Wert übereinstimmt,
dann teilt der Schleifer 61 die Spannungsschleife 52 in zwei genau gleiche Teile.
Beide Teile sind stromlos, und über die Schalterbrücke 42, 63 wird dem Regelmotor
33 kein Strom mitgeteilt (dem Regelmotor 39 wird in der gezeichneten Schalterstellung
ohnehin kein Strom mitgeteilt). Entspricht der obere Extremwert der Prüflast nicht
mehr dem auf der Skala 62 eingestellten Wert, so dreht beim Verstellen des Zeigers
50 die Welle 51 die Widerstandsschleife 52 unter dem Schleifer 61 durch, dem Regelmotor
33 wird Strom zugeführt und die Fördermenge der Pumpe 26, 27 geregelt. Je nach der
Richtung, in der die Widerstandsschleife unter dem Schleifer durchgedreht wurde
und damit nach welcher Seite der tatsächliche obere Grenzwert der Prüflast von dem
auf der Skala eingestellten Wert abweicht, wird die Pumpe 26, 27 auf größere oder
kleinere Fördermengen geregelt.
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Der Schleifer 64 wird auf der Skala 65 auf einen Wert eingestellt,
der dem gewünschten unteren Grenzwert der Prüfkraft entspricht. Hier spielen sich
dann bei umgelegtem Schalter und bezüglich des Konstanthalters 37 die Vorgänge,
die oben für das Potentiometer der Widerstandsschleife 52 geschildert worden sind,
sinngemäß ab.
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Mit einem Stellmotor 67 und über einen Exzenter 68 kann der Schalter
in periodischem Wechsel umgelegt werden, so daß bei einem Abweichen des oberen oder
unteren Grenzwertes der Prüflast von den Sollwerten mittels des Konstanthalters
für den unteren Grenzwert und des Amplitudenkonstanthalters die Sollwerte schrittweise
wieder hergestellt werden können.
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Man kann auch den Regelmotor 33 der Pulsatorpumpe 26, 27 über den
Schleifer 64 des Potentiometers regeln, welches auf das Kraftminimum anspricht,
und
den Regelmotor 39 der Druckkonstanthaltung über den Schleifer 61 des Potentiometers,
welches auf das Kraftmaximum anspricht, ohne daß sich an der Wirkungsweise etwas
ändert. Das Verfahren funktioniert ferner auch dann, wenn der Konstanthalter nicht
einen Grenzwert, sondern den Mittelwert konstant hält.
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Das Verfahren kann zur Programmsteuerung erweitert werden, indem
die Schleifer61, 64 nicht einmalig von Hand auf vorgewählte Grenzwerte gestellt
werden, sondern indem sie durch Motoren nach einem vorher aufgestellten Schema nach
einer bestimmten Zeit oder einer bestimmten Lastwechselzahl an neue Stellen versetzt
werden. Gerade hierfür ist die Anordnung ausgezeichnet geeignet, denn bei Programmsteuerungen
sind die Anderungen in der Einstellung von einer Programmstufe zur anderen oft sehr
groß, und Anordnungen, bei denen ein Grenzwert oder der Mittelwert und die Amplitude
der Prüflast gleichzeitig geregelt werden, kommen unweigerlich in Regelschwingungen,
die die ganze Programmsteuerung illusorisch machen.