DE1216578B - Kraftmesseinrichtung mit Messbereichs-umschaltung fuer hydraulisch betriebene statische Werkstoffpruefmaschinen - Google Patents

Description

• Kraftmeßeinrichtung mit Meßbereichsumschaltung für hydraulisch betriebene statische Werkstoffprüfmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftmeßeinrichtung mit Meßbereichsumschaltung für hydraulisch betriebene statische Werkstoffprüfmaschinen mit einem stabartigen Deformationskörper, der durch die zu messende Kraft über einen Hebel auf Torsion beansprucht wird, die eine geeignete Vorrichtung als Maß für die Kraft anzeigt.
• Zur Größenbestimmung der wirkenden Belastung bei Werkstoffprüfmaschinen sind bereits sogenannte Pendelwaagen bekannt, bei denen die Belastung auf einen Hebelarm wirkt und so ein Drehmoment hervorruft. Dem Drehmoment hält ein Pendel das Gleichgewicht. Die Größe des Pendelausschlages wird zumeist an einer Anzeigevorrichtung, vorzugsweise einer Aleßuhr, angezeigt und ist ein Maß für die Größe der wirkenden Kraft. Bei hydraulischen Werkstoffprüfmaschinen tritt an Stelle der Pendelwaage ein Pendelmanometer.
• Um den Werkstoffprüfmaschinen einen möglichst großen AnwendUngsbereich zu geben, d. h. um kleine und große Belastungen mit einer Maschine aufbringen und messen zu können, werden die Pendelmanometer und Pendelwaagen für mehrere Meßbereiche eingerichtet. Dies geschieht durch Aufnehmen oder Abnehmen von Pendelgewichten. Aus konstruktiven Gründen werden jedoch nur Drehmomente bis zu 1000 cmkp gewählt, da größere Drehmomente zu noch schwereren Pendeln und damit zu noch größerer Massenträgheit führen und solche Craftmeßeinrichtungen schnell verlaufenden Belastungsänderungen nicht zu folgen vermögen. Bei den Meßbereichen ½ und 1/5 ergibt sich dadurch der erhebliche Nachteil, daß sich mit notwendiger Pendelgewichtsabnahme das Meßdrehmoment reduziert und damit die Genauigkeit in diesen Meßbereichen sinkt.
• Im allgemeinen wird von Kraftmeßeinrichtungen für Werkstoffprüfmaschinen gefordert, daß ihre Anzeigegenauigkeit in jedem Meßbereich von einem Zehntel seines Endwertes aufwärts mindestens # 1% beträgt. Das Reibungsmoment des Pendelsystems, das durch Lagerreibung und Reibungswiderstand der Aleßuhr bedingt ist, darf also nicht größer als ein Tausendste des sich aus der Multiplikation der maximalen Prüfkraft mit der Länge des Hebelarmes ergebenden größten Drehmomentes sein. Nilit Rücksicht auf eine bestimmte Betriebshärte und Robustheit des Meßwerkes liegt die Grenze für das kleinste Reibungsmoment bei etwa 150 cmp. Dic Genauigkeit der Kraftmeßeinrichtung ergibt sich aus dem Verhut bis des Reibungsmomentes zum Meßdrehmoment bzw. zum Toleranzinoment. \Yenn nun in jedem Nleßbereich von einem Zehntel seines Endwertes auf wärts eine Anzeigegenauigkeit von mindestens + 1 °/o gefordert wird, ergeben sich folgende Toleranzmomente: Meßbereich 1/! Meßdrehmoment = 1000 cmkp Toleranzmoment = 1000 cmp Meßbereich 1/2 Meßdrehmoment = 500 cmkp Toleranzmoment = 500 cmp Meßbereich 1/5 Meßdrehmoment = 200 cmkp Toleranzmoment = 200 cmp Das Verhältnis Reibungsmoment zum Toleranzmoment ist also im Meßbereich 1/1 mit 1: 6,6 noch günstig, während es im Meßbereich 1/2 mit 1 : 3,3 schon wesentlich schlechter liegt. Im Meßbereich '/., ist die Grenze der geforderten Genauigkeit bereits erreicht, und bei Ausbildung eines Meßbereiches 'llg ergibt sich der Nachteil, daß dieser nur bei Herabsetzung der Genauigkeit möglich ist. Dabei sind schon Reibungsmomente von 150 cmp z. B. bei hydraulischen Werkstoffprüfmaschinen nur unter erhöhtem Konstruktionsaufwand, z. B. bei Herstellung einer Reibung der Bewegung durch Rotation des Kolbens oder Zylinders an Stelle der sonst auftretenden Haftreibung, zu erreichen.
• Für \\terkstoílprüfmaschillen ist eine weitere Kraftmeßeinrichtung bekannt, bei der zwei nebeneinander angeordnete Torsionsstäbe dem durch die Prtifkraft auftretenden Drehmoment das Gleichgewicht halten und deren unter der Kraftcinwirkung auftretende Verdrehwinkel unter Bezug auf die bekaiinten Torsionskonstanten der Stäbe als Maß für die Größe der wirkenden Belastung gemessen werden.
• Auch i'raftmeßeinriclitungen mit auf Biegung oder Längendelinung beanspruchten Deformationskörpern sind bekannt.
• Alle diese Kraftmeßeinrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß sie jeweils nur fiir einen bestimmten Meßbereich anwendbar sind. Es könnte erwogen werden, durch Auswechselbarkeit der Deformationskörper eine Anwendung der Maschine in verschiedenen Meßbereichen zu ermöglichen.
• Dies ist jedoch für die Praxis recht zeitraubend und umständlich, da im Normalfall der Meßbereich sehr oft gewechselt werden muß.
• Es sind auch bereits Stufenkolben zur Einstellung unterschiedlicher Meßbereiche bekanntgeworden.
• Diese haben aber den Nachteil, daß nicht für jeden 2vleßbereich eine Justiermöglichkeit besteht, die bei Präzisionskraftmessern, wie sie bei Werkstoffprüfmaschinen verwendet werden, unbedingt erforderlich ist.
• Des weiteren ist bekannt, daß zum Messen von unterschiedlichen Drücken Manometer mit verschiedenen Meßbereichen Venvendung finden können.
• Diese haben den Nachteil, daß sie nicht den im Werkstoffprüfmaschinenbau geforderten meßtechnischen Anforderungen genügen, außerdem ist für jeden Meßbereich ein gesondertes Meßwerk erforderlich, wodurch der technische Aufwand der Maschine wesentlich erhöht wird.
• Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Kraftmeßeinrichtung für statische hydraulische Werkstoffprüfmaschinen zu schaffen, die nach dem bekannten Prinzip mit einem über einen Hebel auf Torsion beanspruchten stabartigen Deformationskörper arbeitet und von Meßbereich zu Meßbereich ohne Auswechseln der Deformationskörper umschaltbar ist, wobei in jedem Meßbereich bis '/wo, und, wenn notwendig, noch weiter hinuntergestuft, eine gleichbleibende, für Präzisionskraftmesser erforderliche Genauigkeit gewährleistet ist.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Übertragung eines in allen Meßbereichen gleich großen Meßdrehmomentes auf den Deformationskörper mehrere voneinander getrennte und vom Druckmittel wahlweise beaufschlagbare Kolben-Zylinder-Systeme mit unterschiedlicher Kolbenfläche angeordnet sind, die in verschiedenen Abständen vom Deformationskörper an dem Hebel angreifen.
• Das maximale Meßdrehmoment ist auf Grund des geringen Körperträgheitsmomentes so groß gehalten, daß ein konstantes Verhältnis des Reibungsmomentes zum Toleranzmoment von 1 : 10 in jedem beliebigen Meßbereich gewährleistet ist.
• Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist, daß der Kraftmesser trägheitsarm ist und damit eine hohe Meßgeschwindigkeit besitzt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß das Meßdrehmoment sehr groß gewählt werden kann, da dies lediglich eine Vergrößerung des Stabdurchmessers zur Folge hat, aber keine Erhöhung der Massenträgheit. Das bedeutet, daß das Verhältnis Meßdrehmoment zu Reibungsmoment so günstig gestaltet werden kann, daß in jedem Falle eine sehr hohe Meßgenauigkeit gewährleistet ist. Außcrdem kann das Meßwerk sehr robust ausgeführt werden, da ein größeres Reibungsmoment durch ein größeres Meßdrehmoment kompensiert wird. Diese günstige Relation ist für alle Meßbereiclie gültig, so daß die bisher iibliche Meßbereidskombination von 1: 5, höchstens aber 1:10, wobei aber

Claims (1)

1. die Fehlertoleranz voll in Anspruch genommen wird, weit überschritten werden kann, ohne daß sich der Verlauf der Fehlerkurven verschlechtert.

   Ein Vorteil liegt auch in der Justierung bzw. Nachjustierung der einzelnen Meßbereiche mit einfachen Mitteln.

   Die Erfindung soll an Hand eines in der Zeichnung dargestelltcn Ausführungsbeispiel es näher erläutert werden.

   Die Kraftmeßeinrichtung besteht aus einem Deformationskörper 1, der von einem Rohr 2 umschlossen und mit seinem einen Ende fest mit dem Gestell 3 der Prüfmaschine verbunden ist. Der Deformationskörper 1 ist in dem Rohr 2 mittels eines Kugellagers 5 gelagert. An seinem freien Ende greift ein Hebel 6 an. Der Hebel 6 überträgt die von verschiedenen Kolben-Zylinder-Systemen 11 bis 15 über Stützstangen an ihn abgegebene Kraft als Meßdrehmoment, dem durch den Deformationskörper 1 das Gleichgewicht gehalten und dessen Größe an einer an dem freien Ende des Hebels 6 angreifenden Meßuhr 7 abgelesen wird.

   Der Öldruck P wird dem entsprechenden Meßzylinder mittels je eines an jeder Druckmittelleitung befindlichen Hahns 16, 17 zugeführt. Die Arbeitsflächen der Meßkolben sind größenmäßig so abgestimmt, daß sich trotz unterschiedlicher Prüfkräfte, d. h. Öldrücke, als Produkt aus spezifischem Öldruck X Meßkolbenfläche X Hebelarm für den Deformationskörper 1 stets ein gleichmäßiges Meßdrehmoment ergibt. Bei großer Prüfkraft wird der Druck P also dem kleinen Meßzylinder und bei kleiner Prüfkraft dem großen Meßzylinder zugeleitet. Die Umschaltung der Meßbereiche erfolgt, indem die entsprechende Verbindungsleitung durch Betätigen der Ventile 16 oder 17 freigegeben wird. In gleicher Weise kann natürlich auch ein dritter oder vierter Meßzylinder vorgesehen werden.

   Patentanspruch: Kraftmeßeinrichtung mit Meßbereichsumschaltung für hydraulisch betriebene statische Werkstoffprüfmaschinen mit einem stabartigen Deformationskörper, der durch die zu messende Kraft über einen Hebel auf Torsion beansprucht wird, die eine geeignete Vorrichtung als Maß für die Kraft anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung eines in allen Meßbereichen gleich großen Meßdrehmomentes auf den Deformationskörper (1) mehrere voneinander getrennte und vom Druckmittel wahlweise beaufschlagbare Kolben-Zylinder-Systeme (11 bis 15) mit unterschiedlicher Kolbenfläche angeordnet sind, die in verschiedenen Abständen vom Deformationskörper (1) an dem Hebel (6) angreifen.

   In Betracht gezogene Druckschriftcn: Deutsche Patentschnften Nr. 394 150, 745 891, 897 764; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 03S 30S: schweizerische Patentschrift Nr. 219 696; USA.-Patentschriften Nr. 2295 249, 2502 009, 2703976; VDl-Zcitschrift, Bd. 92, Nr. 21, 1950, 5. 581.