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Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Einrichtung zum
Steuern der Prüfkraft von Prüfmaschinen nach einer vorgegebenen Zeitfunktion, die
die Fördermenge einer Regelpumpe durch die Bewegung ihrer Steuerstange dem jeweiligen
Ölbedarf des Prüfvorganges anpaßt.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, Beschädigungen
von Prüfstücken sowie Fehlmessungen bei Prüfungen zu vermeiden, die immer dann auftreten
können, wenn eine Regeleinrichtung für den Prüfkraftanstieg nach der Zeit bebereits
auf hohe Werte der Prüfkraft eingestellt ist, das Prüfstück jedoch noch lose in
der Prüfmaschine liegt, sich also eine Prüfkraft noch gar nicht aufbauen kann. Vor
dem eigentlichen Belastungsvorgang muß die hydraulische Pumpe zunächst einmal dafür
sorgen, daß das Prüfstück, welches beispielsweise zwischen zwei Druckplatten auf
Druck geprüft werden soll, an die obere Druckplatte herangefahren wird. Es wird
daher angestrebt, zwangläufig den Prüfkraftanstieg auf wesentlich von Null verschiedene
Kraftwerte erst in dem Augenblick zu starten, in dem die Einspannvorrichtungen das
Prüfstück fest gefaßt haben.
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Es ist eine Regeleinrichtung für Prüfmaschinen bekannt, bei der die
Kraft in der Weise geregelt wird, daß ein hydraulischer Kraftspeicher, der den Druck
im Zylinder der Prüfmaschine bestimmt, beispielsweise durch einen Motor laufend
verstellt wird und gemäß der Verstellung eine mit der Zeit ansteigende Kraft auf
das Prüfstück erzeugt.
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Es ist ferner eine -Vorrichtung zum - Konstanthalten des Druckes
im Arbeitszylinder hydraulisch betriebener Werkstoffprüfmaschinen bekannt,--bei
der das Ö1 nach dem Durchtritt durch ein Überströmventil einem Servozylinder zugeführt
und von da aus über eine Drossel abgeleitet wird. Der Kolben dieses Servozylinders,
zurückgestellt durch eine Feder, vollzieht über eine Steuerstange, die beiderseits
aus der Förderpumpe herausragt, die Fördermengenverstellung dieser Pumpe. Es wird
somit bei großem Ölbedarf eine gtoße'- ÖWörderüenge; bei kleinem Ölbedarf eine kleine
Ölfördermenge-von der Pumpe geliefert. Wenn ein derartiger Konstanthalter mit einem
Stellmotor für die Federspannung ausgerüstet wird, dann entsteht eine Regeleinrichtung,
die in Prüfmaschinen einen linearen Kraft-Zeit-Verlauf erzeugen kann.
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Es wurde bereits versucht, das Einschalten dieses Stellmotors zwangläuüg
mit der Anlage des Prüfstückes an die obere Druckplatte der-Prüfmaschii;e zu koppeln,
beispielsweise dadurch, daß ein Druckschalter verwendet wurde, der an den Arbeitszylinder
angeschlossen ist und anspricht, sobald der Druck in diesem Zylinder auf einen höheren
Wert ansteigt, als erforderlich ist, um denArbeitskolben zusammen mit dem Prüfstück
in der Schwebe zu halten. Diese Einrichtung hat jedoch den entscheidenden Nachteil,
daß sie jeweils auf das Gewicht des Prüfstückes eingestellt werden muß. Belastungsgeschwindigkeitsregler
werden aber gerade dann verwendet, wenn kein geschultes Bedienungspersonal vorhanden
ist.
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Sie müssen daher mit einem möglichst geringen Aufwand an Einstellungen
von Hand arbeiten.
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Um die eingangs gestellte Aufgabe zu erfüllen, ist gemäß der Erfindung
ein von der Pumpensteuerstange beim Eintritt des Kraftschlusses innerhalb der Prüfmaschine
betätigter Schalter vorgesehen, der Steuerbefehle für den Beginn eines vorzugsweise
mit
konstanter Belastungsgeschwindigkeit ablaufenden - Prüfvorganges abgibt.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise in schematischen
Darstellungen wiedergegeben, und zwar zeigt F i g. 1 den meachanischen Teil der
Gesamtanlage, F i g. 2 und 3 Kraft-Zeit-Diagramme und F i g. 4 den elektrischen
Teil der Anlage.
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In den F i g. 1 und 4 sind die gleichen Bauteile mit den gleichen
Bezugszeichen versehen. In der Prüfmaschine 1 befindet sich zwischen dem Kolben
2 und der oberen Druckplatte 3 ein Prüfstück 4. Eine Regelpunipe 5 fördert gleichmäßig
in den Arbeitszylinder 6 der Prüfmaschine 1. In einer Abströmleitung des Zylinders
6 ist ein Ventil 7 vorgesehen.
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Außerdem ist eine aus Konstanthalter 8, Zahnstange9, RitzellO und
einem dieses Ritzel antreibenden Motor bestehende bekannte Einrichtung vorhanden,
wobei dieser Konstanthalter 8 eine Platte 12 aufweist, durch die der Druckölstrom
unter eine bewegliche Platte 13 tritt, die durch eine mit der Zahnstange 9 verbundene
Feder 14 auf die Platte 12 aufgepreßt wird. Das Drucköl kann üblicherweise, nachdem
es zwischen den Plattenl2 und 13 hindurchgetreten ist, durch eine Drossell6 abfließen.
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An die Abströmleitung aus dem Konstanthalter 8 ist in bekannter Weise
ein Servozylinder 15 mit- Kolben 17 und Rückstellfeder 18 angeschlossen, wobei dieser
Kolben 17 mit der Steuerstange 19 der Regelpumpe-5 starr verbunden ist.
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Bei Vorrichtungen dieser Art tritt folgender unerwünschter Effekt-auf:-Setzt
der Bedienungsmann den Motor 11 in Gang und preßt er damit die Platten 12 und 13
zunehmend zusammen, nachdem er das Ventil 7 geschlossen hat, der Kolben 2 der Prüfmaschine
1 aber noch unten ist oder zumindest das Prüfstück 4 noch nicht in Kontakt mit der
oberen Druckplatte 3 ist, dann steigt zwar die Federspannung des Konstanthalters
8 und damit der Sollwert des Druckes nach der gestrichelten - Geraden der F i g.
2, in der die Kraft über der Zeit aufgetragen ist, an. Dieser Druckverlauf kann
sich aber nicht ausbilden, denn der Druck - im Zylinder 6 bleibt, wie es die ausgezogen
dargestellte Gerade zeigt, zunächst so lange auf einem sehr - niedrigen Wert konstant,
- bis das Prüfstück 4 an der oberen Druckplatte 3 anliegt. In diesem Augenblick
baut sich jäh der Solldruck auf, d. h. es kommt zu dem in F i g. 2 dargestellten
Kraftverlauf, der dem Wesen eines Belastungsgeschwindigkeitsreglers völlig zawiderläuft.
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Die Steuerstangel9 hat nach dem neuen Vorschlag einen Ausleger 19',
der auf einen Schalter 20 einwirken kann, der im Stromkreis einer Stromquelle 21
liegt. Im gleichen Stromkreis ist ein Schalter 22 vorgeseheri, der sich im Bereich:detBewegung
der Zahnstange 9 befindet. Außerdem ist ein Relais 23 mit den Kontakten 23 a und
23 b und ein Relais 24 mit den Kontaktpaaren 25 und 26 vorhanden. Mit 27 ist eine
Batterie für die Feldwicklung28 des Motors 11 bezeichnet, während die Leitungen
29, 29' und 29" zu dessen Ankerwicklung führen.
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Nach dem Anliegen des Prüfstückes 4 an der oberen Druckplatte 3 wird
plötzlich nicht mehr die große Fördermenge an Öl benötigt, die bisher den Kolben
nach oben gefahren hat, sondern vielmehr nur noch eine kleine Fördermenge, die ausreicht,
um den Druck im Zylinder 6 zu steigern. Wie oben dargestellt, wird die nunmehr erforderliche
kleine Fördermenge
durch den Servozylinder 15, den Kolben 17 und
die Rückstellfederl8 in der Weise an der Pumpe 5 eingeregelt, daß der Kolben 17
in eine neue Stellung fährt, die der kleineren Fördermenge entspricht. Die Erfindung
bedient sich deshalb des Schalters 20, der durch den Ausleger 19' betätigt wird,
der seinerseits mit der Steuerstange 19 der Pumpe 5 verbunden ist.
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Gemäß Fig. 4 ist der Motor 11 als Gleichstromnebenschlußmotor mit
getrennten Wicklungen für Feld und Anker mit den entsprechenden Zuleitungen 28 bzw.
29, 29', 29"dargestellt, wobei der Motor in einer Richtung läuft, wenn die an den
Kontakten 25 liegende Leitung 29', in Gegenrichtung jedoch, wenn die an den Kontakten26
liegende Leitung29" gespeist wird.
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Solange der Belastungsgeschwindigkeitsregler auf einem wesentlich
von Null verschiedenen Wert steht, die Feder 14 (F i g. 1) also zusammengedrückt
ist, gibt der Schalter 22 keinen Kontakt. Das Relais 23 ist stromlos, die Kontakte
23 a und 23 b sind verbunden und setzen, sofern das Relais 24 auch stromlos ist,
über die Kontakte 25 die Leitung 29' unter Spannung. Der Motor läuft und bewegt
die Zahnstange 9 nach oben zur völligen Entspannung der Feder 14.
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Ist die Feder entspannt, so entspricht das einem Druck in der Prüfmaschine
1, der auf wenig über Null konstant gehalten wird. Wird nun die Pumpe 5 eingeschaltet,
so reicht der Druck aus, um den Kolben 2 der Prüfmaschine eben nach oben zu fahren
und das Prüfstück 4 in festen Kontakt mit der oberen Druckplatte 3 zu bringen. Während
des Hochfahrens wird viel Öl benötigt, es fließt also nichts durch den Zylinder
15 und die Drossel 16 (F i g. 1) zurück. Bei Berührung zwischen dem Prüfstück 4
und der Druckplatte 3 hört die Bewegung des Kolbens 2 auf, das Öl strömt jetzt in
den Servozylinder 15 und durch die Drossel 16 und verschiebt dabei den Kolben 17
nach links. Der Schalter 20 wird geschlossen, das Relais 24 zieht an und schließt
die beiden Kontakte 26.
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Hierdurch wird eine Bewegung des Motors in der bisher beschriebenen
Richtung unterbunden, dafür aber über die Kontakte 26 und die Leitung 29" der Motor
11 in Gegenrichtung eingeschaltet, d. h. es beginnt jetzt die Zusammendrückung der
Feder 14 und damit die Belastung des Prüfstückes. Um zu verhüten, daß versehentlich
während des Rücklaufes der Zahnstange 9 das Relais 23 einschaltet, können bekannte
Verriegelungsschaltungen
zwischen den Relais eingebaut werden.
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Die Arbeitsweise der Anlage mit der erfindungsgemäßen Einrichtung
läuft also folgendermaßen ab: Der Kolben 2 der Prüfmaschine 1 befindet sich in der
unteren Endlage, d. h. zwischen dem Prüfstück 4 und der oberen Druckplatte 3 liegt
noch ein beträchtlicher Abstand. Die Pumpe 5 fördert mit voller Fördermenge in den
Zylinder 6 und aus diesem durch das geöffnete Ventil 7. Die Fördermenge der Pumpe
5 entspricht deshalb ihrer maximalen Kapazität, weil die Feder 18 den Kolben 17
und die Steuerstange 19 in die rechte Endlage gefahren hat und im Zylinder 15 kein
Druck herrscht, der den Kolben in der anderen Richtung bewegen könnte.
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Es wird nun das Ventil 7 geschlossen, die Pumpe bewegt dank ihrer
großen Fördermenge den Kolben 2 und das Prüfstück 4 rasch nach oben. Diese Bewegung
findet bei niedrigem konstantem Druck gemäß der horizontalen Geraden nach Fig. 3
statt. Sobald das Prüfstück 4 gegen die Druckplatte 3 gedrückt wird, steigt der
Druck an, dieser öffnet die Platten 12/13 des Konstanthalters 8 und bewegt den Kolben
17 nach links. Hierdurch wird der Schalter 20 geschlossen und schaltet das Relais
24 ein. Das Relais 24 läßt den Motor 11 in der Richtung laufen, die einem Zusammendrücken
der Feder 14 entspricht.
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Die Kraft im Zylinder 6 wird nun nach einer linear ansteigenden Funktion
geregelt, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist. Der Vorteil dieser Einrichtung liegt darin,
daß außer dem Schalter 20 kein zusätzliches Bauelement, sondern nur eine elektrische
Schaltung erforderlich wird und insbesondere eine Anpassung an das Gewicht des Prüfkörpers
4 nicht notwendig ist.