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Verfahren und Verformungskörper zum Untersuchen von Werkstoffprüfmaschinen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen und Eichen der Me ßgenauigkeit von
Werkstoffprüfmaschinen für Druck-, Zug- und Biegebeanspruchungen.
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Die Untersuchung der Werkstoffprüfmaschinen erfolgt in einer Reihe
von bestimmten Druckstufen (in Zehntel der Drucklast) und wird mit einem geeichten
Verforrgungskörper als Prüfkörper vorgenommen, der festliegende Abmessungen und
Elastizitätseigerischaften hat (DIN 51 301). -Druckprüfkörper haben zumeist eine
gedrungene zylindrische Gestalt. Bei diesen wurde die Überprüfung der Prüfmaschinen
bisher mit vier über Kreuz angesetzten Meßfedern mit Schneidenprismen und Schwenkspiegeln
vorgenommen, die die aus der Dehnung erfahrene Bewegung auf 4 Meßskalen hinausprojezieren.
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Die dadurch gegebenen vier Richtungen können zusammengefaßt werden
in je zwei parallele, so daß zwei Ableser benötigt
werden zum gleichzeitigen
Ablesen im Augenblick des Durchgangs der zu fahrenden Druckstufen, was eben auf
Kommando der dritten, den Druck steuernden Person zu erfolgen hat.
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Spannungs-Dehnungsmessungen werden heute bei zerstörungsfreier Fertigteilprüfung
vielfach mit Dehnungsmeßstreifen durchgeführt, die bekanntlich auf dem Prinzip beruhen,
daß mechanisch belastete, gedehnte oder gestauchte elektrische Leiter ihren elektrischen
Widerstand je nach der mechanischen Belastung ändern, welche Änderung alsdann mittels
der bekannten Wheatstoneschen-Brückenschaltung in Beziehung zueinander gesetzt und
meßbar gemacht werden. Die gemessenen Werte, bzw. Rückstellwerte bei Anwendung des
bekannten Kompensationsverfahrens geben somit Analogwerte zu den erfahrenen mechanischen
Spannungen.
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Die bei einem zylindrischen Verformungskörper zweckmäßigerweise an
vier Meßstellen aufgesetzten Dehnungsmeßstreifen könnten an sich mit ihren Einzelwerten
ein Urteil für die vorhandene oder etwa nicht vorhandene Symetrie der mit der Maschine
produzierten Belastung abgeben, wenn es möglich wäre, mit den eingestellten Meßbelastungsstufen
durchaus gleichzeitig die vier Ablesungen am Verformungskörper zu vollziehen. Das
würde aber einerseits wieder mehrere Personen zur Schaltung und Ablesung der elektrischen
Indikatoren, andererseits aber eben auch vier solche Indikatoren erfordern. Insbesondere
ist dabei zu bedenken, daß die zu verlangende Gleichzeitigkeit der Ablesungen miteinander
und mit den Druckstufeneinstellungen tatsächlich nur einer momentanen Durchgangskonstellation
entsprechen kann, da ja die Druckstufen nicht als statische, stabile Situationen,
sondern nur als fließender Durchgang beim Höherfahren der Pressvorrichtung einzusteuern
sind.
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Die Erfindung schlägt nun vor, mit Einsatz eines einzigen Indikators
die vier Belastungsmeßstellen mit vier Dehnungsmeßstreifen in Wheatstonescher Brückenschaltung
intergriert zu erfassen,
also die jeweilige Belastung insgesamt,
und für die Erprobung der symetrischen Lastverteilung vier weitere Dehnung meßstreifen
am Umfange des Verformungskörpers verteilt anzubringen, die in einem weiteren Prüfgang
auf dem gleichen Indikator im Nullverfahren kontrolliert werden. Zweckmäßigerweise
wird diese Prüfung auf Belastungssymetrie jedoch vor Vornahme der umfangreicheren
Belastungsstufenreihen erfolgen, so daß sich etwa bei kritischer Überschreitung
zulässiger Toleranzen nicht voller Symetrie die zeitraubende Durchführung der Belastungsstufenreihen
des weiteren erübrigt, weil die Prüfmaschine ohnedem nicht abnahmefähig ist.
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Da das Aufsetzen und sichere Fixieren von Dehnungsmeßstreifen auf
eichfähige Verformungskörper eine für den Maschinenprüfer schwierige Arbeit ist,
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß solche Probekörper vom Herstellerwerk mit
den nach dem neuen Prüfverfahren vorgesehene Dehnungsmeßstreifen direkt ausgerüstet
werden. Demnach befinden sich auf den so gefertigten Verformungskörpern, im Beispiel,
daß es sich um zylindrische Körper für Druckaufnahme handelt, am Umfange je vier
um 900 versetzte Dehnungsmeßstreifen-Paare, d. h. vier Meßstellen je als Paar, bestehend
aus dem eigentlichen Dehnungsmeßstreifen als Anzeige geber in Richtung der zu erwartenden
Stauchung und aus einem gleichartigen, aber unbelastet bleibenden Dehnungsmeßstreifen,
in der Meßbrücke symetrisch geschaltet, um in der bekannten Weise Temperaturein
flüsse zu kompensieren. Zusätzlich sind nun aber nach der Erfindung vier weitere,
ebenfalls um 900 zueinander versetzte Dehnungsmeßstreifen auf dem Verformungskörper
angeordnet mit getrennten Ausgängen für die Meßbrücke und schaltbar in zwei gegenüber
überliegende Paare (z. B. 1. und 3., 2. und 4. Meßstreifen) und alternativ auch
als benachbarte Paare (1. u. 2.).
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In getrennt erfolgenden Meßungen, d. h. wie oben dargelegt,
nach
oder vor der eigentlichen integrierten Belastungsprobe mit den ersten vier Meßstreifenpaaren
wird mit diesen zweiten vier Meßstreifen in diesen Kombinationen (1. und 5 ---)
die Lastverteilung zwischen den Druckplatten der Maschine erprobt, in dem an der
Meßbrücke die Nullanzeige'so und so kombiniert, bleibt, wenn symetrische Belastung
vorliegt.
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Durch Nachstellen des Nullausgleichs läßt sich etwaige Unsymetrie
der Größe nach ermitteln bzw. im Rahmen der zulässigen Toleranzen taxieren.
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In den Zeichnungen ist die Anordnung der Dehnungsmeßstreifen paare
und -gruppen an einem zylindrischen Verformungskörper (Abb. 1 und 2) und die beiden
grundsätzlichen BrUckenschaltungen der integrierten Belastungsproben (Abb. 3) und
der Lastverteilung (Abb. 4 und 5) des näheren veranschaulicht.
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Abb. 1 zeigt am kreisrunden Umfang des zylindrischen Verformungskörpers
die Verteilung der Dehnungsmeßstreifen d1, d2, d und d4 für die Lastaufnahme mit
den quer dazu (d. h. quer zur Belastungsrichtung) aufgesetzten Dehnungsmeßstreifen
tl, t2, t3 und t4 für den Temperaturausgleich (Abb.2). Die vier zusätzlichen Dehnungsmeßstreifen
si, s2, 53 und s4 liegen 0 ebenfalls um 90 versetzt zueinander am Umfang des Verformungskörpers
und haben eigene Ableitungen, wie in Abb. 4 und 5 des näheren veranschaulicht.
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Abb. 3 gibt zunächst die Schaltung der Dehnungsmeßstreifen miteinander
und zum Meßbrückenanzeigegerät hin für die integrierende Belastungsmessung wieder,
wobei die linke Seite der Zeichnung die Zusammenschaltung der Meßstreifenpaare darstellt
mit den Ausgängen zu den entsprechenden Eingängen des Neßbrückengerätes rechts.
Wie ersichtlich liegen bei dieser Viereckschaltung A, B, C und D die eigentlichen,
Anzeige gebenden Dehnungsmeßstreifen d1 d d4 so, daß sie in Addition ihre Widerstandsänderung
auf die Meßbrücke in der Diagonale zwischen B und D übertragen, während die quer
zur Hauptbelastung
liegenden Dehnungsmeßstreifen t1 - t4 als sozusagen
11blinde?? Meßstreifen in syinetrischer Gegenschaltung die in gleicher Weise möglichen
Temperatur-Widerstandsänderungen gegeneinander aufheben.
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Abb. 4 zeigt, bei der gleichen Eingangsapparatur rechts, auf der linken
Seite zwischen den Punkten BA und BC die offene Schaltung zweier am Verformungszylinder
gegenüber liegender Meßstreifen 1 und 3. Es ist ersichtlich, daß bei dieser Schaltung
der Nullausgleich zwischen B und D mit den Apparatewiderständen Ra und Rc und dem
Regelwiderstand Rd bestehen bleibt, wenn die Dehnungs- bzw. Widerstandsänderungen
der Meßstreifen 1 und 3 die gleichen bleiben.
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Abb. 5 zeigt, wie in gleicher Weise alternativ die Meßstreifen 1 mit
3 an der Meßstelle M1 und 2 mit 4 an der Meßstelle M2 zu erfassen sind, und als
dritte Möglichkeit die Schaltung benachbarter Meßstreifen 1 mit 2 an der Meßstelle
M3. Ra und Rx sind dabei Regelwiderstände, um bei allen drei Meßstellen die gleiche
Nullstellung zu erreichen.
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Es erscheint bei genauerem Hinsehen zuerst bedenklich, daß die an
einem solchen zylindrischen Druckkörper quer zur Belastung, bzw. quer zur Zylinderachse
aufgebrachten Dehnungsmeßstreifen für den Temperaturausgleich in Wirklichkeit nicht
völlig frei von jeder möglichen Formänderung sind. Tatsächlich erfährt ja der Verformungskörper
unter dem Belastungsdruck in Richtung der Achse eine Stauchung und am Umfang eine
Dehnung. Stauchung und Dehnung sind also einerseits komplemertär, andererseits addieren
sich bei der dargestellten Viereck-Brückenschaltung die Widerstandsänderungen. Etwaige
Formeinflüsse des speziell geformten bzw. bemessenen Verformungskörpers gehen mit
seinen anderen Eigenschaften, Elastizität usw in die Konstante eben dieses Körpers
ein, und sind mit der Eichung desselben bleibend erfaßt. Überdies erweist siuh
die
dabei gewonnene Addition von Dehnung und Querkontraktion glülstig als Erhöhung des
Geberimpulses und damit des Brückenausschlags.
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Um den geeichten Verformungskörper mit den empfindlichen aufgesetzten
Dehnungsmeßstreifen zu schützen, wird ein Mantel über denselben vorgesehen. Dieser
Mantel m wird zweckmäßigerweise am unteren Rand des Verformungskörpers ringsumschliessend
befestigt, während er den oberen Rand gleitend berührt.
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(In Abb. 2 strichpunktiert angedeutet). Dabei kann ein gummielastischer
Ringwulst r für einen dichten Abschluß sorgen.
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Es zeigt sich nämlich, daß die Dehnungsmeßstreifen, auch ihre Aufklebemasse,
mechanisch und elektrisch umweltabhängig1insbesondere feuchtigkeitsempfindlich sind.
Ein teilweises Auffüllen des Hohlraumes mit absorbierendem Mittel, wie Silikagel,
vermeidet derart Beeinflussungen.