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Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Belastungsmeßeinrichtung
für hydraulisch angetriebene Werkstoffprüfmaschinen mit einem an eine plattenförmige
Uberströmdrossel angeschlossenen Druckmesser.
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Die Erfindung besteht dabei darin, daß der gegen das Maschinengestell
bewegliche, d. h. mit Verschiebefreiheitsgraden ausgestattete Teil der Überströmdrossel
in zwei Teile geteilt ist, derart, daß an dem am Maschinengestell befestigten unbeweglichen
Teil der Überströmdrossel der diesem unmittelbar benachbarte erste Teil des beweglichen
Teiles mit einer kugeligen Fläche anliegt, während der am beweglichen Teil der Maschine
befestigte Teil der Überströmdrossel an dem ersten Teil mit einer ebenen Fläche
anliegt, die sich senkrecht zur Hauptwirkrichtung der ausgeübten Belastung erstreckt,
und daß zwischen dem an dem Gestell befestigten Teil der Überströmdrossel und dem
ersten Teil einerseits und dem ersten Teil und dem zweiten Teil andererseits zentrale
Kammern vorgesehen sind, die mittels einer Durchbohrung im ersten Teil miteinander
verbunden sind, wobei das Druckmittel in eine der beiden Kammern eingeführt wird
und aus dieser zum Teil durch den mit dieser unmittelbar in Verbindung stehenden
Spalt abfließt, zum anderen Teil über die Durchbohrung in die zweite Kammer strömt
und aus dieser durch den sich an diese anschließenden Spalt abströmt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Druckmesser
wahlweise an eine der beiden Kammern anschließbar ist.
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Bei hydraulisch angetriebenen Werkstoffprüfmaschinen kennt man zwei
Arten von Antriebszylindern, nämlich Zylinder, bei denen der Kolben ohne besondere
Dichtungselemente mit engem Spiel, also mit kleinem Spalt, in den Zylinder eingepaßt
ist, wodurch sich eine ausreichende Dichtung ergibt, und dann Zylinder, bei denen
der Kolben mittels Dichtungselementen, wie Manschetten, O-Ringen od. dgl., abgedichtet
ist. Bei hydraulisch angetriebenen Prüfmaschinen wird der im Zylinder entstehende
Flüssigkeitsdruck als Meßgröße für die aufgebrachte Last benutzt. Die Genauigkeit,
mit der eine solche Messung vorgenommen werden kann, hängt davon ab, wie groß die
Reibung des Kolbens im Zylinder ist. Um ein richtiges Meßergebnis zu erhalten, soll
diese Reibung möglichst nahe an Null herankommen.
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Bei Zylindern mit engem Spiel ist dies im allgemeinen befriedigend
erreichbar, wenn der Zylinder stehend angeordnet ist. Bei Maschinen mit liegender
Zylinderanordnung dagegen ist es nicht möglich, den Kolben mit geringer Reibung
im Zylinder zu führen.
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Bei Zylindern mit Manschettendichtungen dagegen ist sowohl bei stehender
wie auch bei liegender Anordnung eine reibungsarme Dichtung nicht möglich.
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In allen Fällen, bei denen unzulässige Reibung besteht, ist die Prüfmaschine
mit einem besonderen Meßelement für die Messung der Prüfkräfte auszurüsten. Als
eine solche Meßeinrichtung hat sich bislang die sogenannte Meßplatte bewährt. Bei
dieser Einrichtung wird ein konstanter Ölstrom zwischen die im wesentlichen senkrecht
zur Kraftrichtung stehenden achsensymmetrischen Flächen zweier oder mehrerer einander
gegenüberliegender Körper gedrückt, von denen mindestens einer ortsfest und mindestens
einer, nämlich der von der zu messenden Kraft beeinflußte, in Richtung von und zum
festen
Körper beweglich ist. Zwischen dem ortsfesten und dem beweglichen Körper wird
ein Spalt gebildet, durch den die in an sich bekannter Weise ständig geförderte
Flüssigkeit abströmen kann. Je größer die in Richtung des festen Körpers auf den
beweglichen Körper wirkende Kraft ist, desto enger wird der Spalt und desto größer
der Flüssigkeitsdruck, der erforderlich ist, um die Flüssigkeit durch den Spalt
zu treiben.
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Der Flüssigkeitsdruck bietet somit einen Maßstab für die zu messende
Kraft und kann durch bekannte Mittel, wie Feder- oder Pendelmanometer od. dgl.,
festgestellt werden.
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Um eine einwandfreie Proportionierung zwischen Last- und Meßdruck
zu erreichen, müssen die Meßplatten einwandfrei parallel zueinander geführt sein.
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Dieses Ziel läßt sich nur mit einem hohen technischen Aufwand und
sehr genauen, daher sehr teuren kostspieligen Herstellungsverfahren erreichen. Die
Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, diese Nachteile zu beheben und
eine Lösung anzustreben, die auf einfache Art und Weise die erforderliche Meßgüte
herbeiführen läßt.
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Es sind Prüfmaschinen bekannt, bei denen zwei kugelige Einstellplatten,
die bei der Druckbelastung der Säulen eine momentenfreie Einspannung gewährleisten
sollen, vorgesehen sind, doch sind diese Druckplatten kein fester Bestandteil der
Prüfmaschine, denn sie können dort ausgebaut und gegen andere ausgetauscht werden.
Es besteht auch keine Koppelung mit einer ebenen Meßplatte, und es ist ferner keine
Möglichkeit zu einer Querverschiebung geschaffen, so daß die bei Prüfmaschinen gebrauchte
universelle Einstellmöglichkeit nicht gegeben ist. Abgesehen davon, sind diese bekannten
Einrichtungen reibungsbehaftet, und gerade dies soll vermieden werden.
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Demgegenüber ist eine hydraulisch angetriebene Werkstoffprüfmaschine,
die mit der erfindungsgemäßen hydraulischen Belastungsmeßeinrichtung ausgestattet
ist, imstande, die gegebenenfalls bei der Prüfmaschine auftretenden Zwängungen auszugleichen,
weil eben die erforderliche Reibungsfreiheit zwischen den einzelnen Gliedern gewährleistet
ist.
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In der Zeichnung sind in schematischen Skizzen zwei Ausführungsbeispiele
dargestellt, wobei F i g. 1 eine Prüfmaschine in liegender Anordnung mit hydraulischem
Antrieb und einer Meßplatten-Kraftmeßeinrichtung bekannter Bauart zeigt, während
Fig. 2 eine Belastungsmeßeinrichtung gemäß der Erfindung im Zusammenhang mit einer
solchen Prüfmaschine wiedergibt.
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In Fig. 1 ist eine bekannte Bauform einer Prüfmaschine dargestellt,
bei der in einem Gestell 1 ein hydraulischer Antriebszylinder 2 aufgehängt ist,
in dem ein Kolben mit Kolbenstange geführt wird. Der Prüfstab 3 ist zwischen dem
Ende der Kolbenstange und einer entsprechenden Vorrichtung im Gestell 1 eingespannt.
Die Meßplatteneinrichtung besteht aus zwei Teilen 4 und 5, wobei der feste Teil
4 im Gestell 1 der Maschine festgelegt ist und der bewegliche Teil 5 der Meßplatte
im Maschinengestell mittels einer nachgiebigen Aufhängung 9 gehaltert ist.
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Auf den beweglichen Teil 5 der Meßplatte wirkt über ein Gestänge die
Prüfkraft ein. Diese Prüfkraft wird von dem Zylinder 2, der in Richtung der Zugkraft
frei beweglich ist, über Zugstangen 6 und eine diese verbindende Traverse 7 auf
den beweglichen Teil 5 der Meßplatte übertragen, wobei zwischen die Traverse 7
und
die Meßplatte 5 eine Art Kugelgelenk 8 geschaltet ist. In die Kugelschale ist eine
Kugel eingelegt, die die Aufgabe hat, etwa auftretenden schiefen Zug und Zwängungen
des Maschinengestänges vor Beginn der Belastung auszugleichen. Ein Verschieben der
dort eingesetzten Kugel unter der Last und ein Ausgleichen von gegebenenfalls auftretenden
Unsymmetrien ist wegen der bei der Kugel gegebenen Reibung nicht möglich. Um den
beweglichen Teil 5 beidseitig zu führen, ist noch eine elastische Membran 10 vorgesehen.
Man kann statt der Aufhängung 9 und der Membran 10 den Meßplattenteil 5 auch auf
einer festen Führung lagern, die in Kraftrichtung die erforderliche Bewegungsmöglichkeit
ergibt, quer dazu aber in der Lage ist, die auftretenden Kräfte und die vorhandenen
Eigengewichte aufzunehmen. Diese bekannte Meßeinrichtung, gleichgültig in welcher
Art und Weise die Führung des beweglichen Teiles 5 der Meßplatte aufgebaut ist,
weist in meßtechnischer Hinsicht erhebliche Nachteile auf. Diese liegen vor allen
Dingen darin, daß die Meßplatteneinrichtung 4, 5, bei der in bekannter Weise von
einer Druckquelle, z. B. einer Pumpe, Flüssigkeit durch den Spalt zwischen den Teilen
4 und 5 hindurchgepreßt wird, bezüglich ihrer Meßgenauigkeit und ihrer Apparatekonstante
sehr empfindlich dagegen ist, wenn die Wände des Spaltes nicht genau parallel sind.
Wenn man den beweglichen Teil 5 der Meßplatte jedoch zwangsweise führt, so ist es
wieder sehr schwierig, diese Führung so einzurichten und bei Laständerungen auch
so zu halten, daß der Spalt immer parallel bleibt. so daß sich keine Veränderungen
der Meßgenauigkeit ergeben.
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Eine Prüfmaschine hingegen, die mit der erfindungsgemäßen hydraulischen
Belastungsmeßeinrichtung versehen ist, weist alle diese Nachteile nicht auf, und
es läßt sich dort eine wesentlich höhere Meßgenauigkeit erreichen, abgesehen davon,
daß ein absolutes Konstantbleiben der Kennlinie für alle Lastgrößen und über beliebige
Zeiten hin ohne Vergrößerung des technischen Aufwandes erreicht wird.
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Eine solche Vorrichtung zeigt die F i g. 2, wobei der Teil der Prüfmaschine
mit der Meßeinrichtung in vergrößertem Maßstab dargestellt wurde. In dem Gestelll
einer solchen Werkstoffprüfmaschine sind wieder Zugstangen 6 mit einer Verbindungstraverse
7 vorgesehen. Die Meßeinrichtung ist in Form einer plattenförmigen Überströmdrossel
vorgesehen, die aus einem am Maschinengestell 1 festgelegten Teil 11 besteht. während,
diesem Teil 11 gegenüberliegend, im Maschinengestell mittels einer Aufhängung 15
gehaltert. ein Teil 13 vorgesehen ist. Zwischen den beiden Teilen 11 und 13 ist
ein weiterer beweglicher Teil 12 vorgesehen, der dem Teil 11 entlang einer Kugelfläche
anliegt und dem Teil 13 entlang einer ebenen Fläche, wobei zwischen den Teilen 11
und 12 einerseits und den Teilen 12 und 13 andererseits je eine zentrale Kammer
18 bzw. 20 vorgesehen ist. die miteinander mittels einer Durchbohrung 19 in dem
Teil 12 verbunden sind.
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Dadurch. daß die Teile 12 und 13 am Maschinengestell mittels Aufhängungen
14 und 15 gehaltert sind, ist dafür gesorgt, daß ihr Eigengewicht frei getragen
wird. so daß eine Bewegung in allen drei Koordinatenrichtungen möglich ist, ohne
daß dabei ein nennenswerter bzw. überhaupt ins Gewicht fallender Wiederstand auftreten
würden Als Aufhängemittel
können Zugfedern, Drähte oder Seile verwendet werden, die
über eine Umlenkung, mittels Gegengewichten, das Eigengewicht dieser Teile ausgleichen.
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Das für den Betrieb der Meßeinrichtung gebrauchte Medium wird durch
eine Pumpe 16 in eine der beiden Kammern 18 bzw. 20 eingeführt, bei dem dargestellten
Beispiel in die Kammer 18 zwischen den Teilen 11 und 12. Das Medium gelangt dann
aus der Kammer 18 durch die Bohrung 19 in die Kammer 20 zwischen den beiden Teilen
12 und 13, von wo dann eine Leitung zu einem Manometer 17 geführt ist, um die Prüfkraft
feststellen zu können.
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Gegebenenfalls können die beiden Kammern 18 und 20 mittels zwei getrennten
Pumpen mit Flüssigkeit versorgt werden, oder man kann eine gemeinsame Pumpe verwenden
und, unter Vorschaltung einer Drossel, jede der Kammern speisen. Man kann die Messung,
wie in Fig. 2 dargestellt, an der ebenen Meßplatte vornehmen, man kann aber ebensogut
das Meßgerät auch an der kugeligen Meßplatte anschließen.
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Bei der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ist also eine beliebige
Einstellung der Meßplatten möglich, wodurch bei allen Lasten und Deformationen der
Maschine sowie auch bei einem gegebenenfalls auftretenden schiefen Zug der Prüfkraft
die Gewähr dafür gegeben ist, daß immer ein paralleler Spalt zwischen den wirksamen
Teilen der Meßplatten besteht, so daß man stets ein genaues und richtiges Meßergebnis
vorliegen hat.