DE1773947B2

DE1773947B2 - Pruefmaschine

Info

Publication number: DE1773947B2
Application number: DE19681773947
Authority: DE
Original assignee: Wolpert Werkstoffprüfmaschinen GmbH Schaffhausen, Schaffhausen (Schweiz)
Priority date: 1967-08-01
Filing date: 1968-07-31
Publication date: 1978-02-23
Also published as: GB1214474A; US3575045A; DE1773947C3; DE1773947A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfmaschine für statische und dynamische Zug- und Druckversuche nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Maschine dieser Art (DT-AS 10 24 268) wird sowohl für statische als auch für dynamische Versuche ein und dieselbe Belastungseinrichtung verwendet. Dies ist mit erheblichen Nachteilen verbunden, da die Belastung des zu prüfenden Gegenstands und der Hub der Belastungseinrichtung bei dynamischer Belastung beträchtlich geringer ist als bei statischer Belastung. Das für die statische Belastung erforderliche größere Druckölvolumen hat zur Folge, daß das zugehörige Steuerventil entsprechend groß ausgelegt werden muß, was zu größeren Steuerfehlern des Steuerventils führt, und daß bei dynamischer Belastung eine Verzögerung der Schwingungsübertragung eintritt und Resonanzerscheinungen auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfmaschine zu schaffen, bei welcher die Nachteile einer gemeinsamen Belastungseinrichtung für statische und dynamische Zug- und Druckversuche vermieden ist und die sich trotzdem durch einen geringen Raumbedarf auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Bei der erfindungsgemäßen Prüfmaschine können aufgrund der getrennten Belastungseinheiten optimale statische und dynamische Versuche durchgeführt werden, und es wird durch die vorgeschlagene Anordnung der beiden Belastungseinheiten eine kompakte Bauweise ermöglicht, so daß der Raumbedarf wenn überhaupt, so nur unwesentlich größer ist als bei der bekannten Prüfmaschine mit nur einer Belastungseinrichtung.

Die Belastungseinheit für statische Belastung kann eine erste Kolben-Zylindereinheit aufweisen, deren Kolben den Zylinder einer zweiten Kolben-Zylindereinheit für dynamische Belastung bildet. Dabei kann der Kolben der zweiten Kolben-Zylindereinheit mit einer Stange verbunden sein, an der der eine Kopf befestigt ist, und die verschiebbar im Kolben und im Zylinder der ersten Kolben-Zylindereinheit geführt ist

Weitere Fortbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine hydraulische Belastungseinrichtung, die in den Fuß einer Universalprüfmaschine eingebaut werden kann,

F i g. 2 einen Schnitt durch die in F i g. 1 gezeigte Belastungseinrichtung und das zugehörige Vierwege-Umschaltventil, und

F i g. 3 eine Prüfmaschine in schematischer Darstellung mit dem elektro-hydraulischen Steuerkreis der Belastungseinrichtung.

Bei dem dargestellten Beispiel handelt es sich um eine schwere Universalprüfmaschine, die dazu bestimmt ist, große Gegenstände entweder einer statischen oder einer dynamischen Belastung auszusetzen. Die Gesamt-

höhe der Maschine ist über 5 in und die Maschine ist in der Lage, eine statische Zug- oder Druckkraft bis zu 100 t oder eine dynamische oszillierende Belastung von bis zu ±60t auszuüben. Bei statischen Belastungsprüfungen kann die Dehnung des Prüflings beträchtlich sein und die statische Belastungseinheit ist daher so ausgelegt, daß sie einen Gesamthub unter Last von mehr als 20 cm ausführen kann. Die dynamische Belastungseinheit hat im Vergleich hierzu einen Hub von etwa 2,5 cm zu jeder Seite einer Mittellage.

Die Hauptelemente der Prüfmaschine sind bekannt und werden daher nicht im einzelnen beschrieben. Die Maschine weist einen fest am Boden verankerten Fuß und zwei senkrechte Säulen mit Gewinde auf. An ihren oberen Enden tragen diese Säulen einen Querträger, der mit drehbaren Gewindemuttern versehen ist, die mit den Säulen zusammenwirken, wobei eine Antriebsvorrichtung zur gemeinsamen Drehung der beiden Gewindemuttern vorgesehen ist, um den Querträger entsprechend der Gesamthöhe oder Länge des Prüflings nach oben oder unten zu verschieben. Der Querträger trägt einen Kopf 10 (Fig.3), der eine Einspannvorrichtung für das obere Ende des Prüflings

11 aufweist.

Zentral im Fuß der Prüfmaschine ist die in F i g. 1 dargestellte hydraulische Belastungseinrichtung angeordnet, die an ihrem oberen Ende einen zweiten Kopf

12 zum Einspannen des unteren Endes des Prüflings 11 aufweist. Diese Einheit enthält einen Außenzylinder 13 mit oberen und unteren Deckeln 14, 15, die zentrale öffnungen aufweisen, durch welche sich eine senkrechte Stange 16 erstreckt, die an ihrem oberen Ende mit dem unteren Kopf 12 der Prüfmaschine verbunden ist. Die Deckel 14 und 15 sind mit Führungen und Dichtungen für die Stange 16 versehen, die aus einem Lagerring 17 und einem metallischen Dichtungsring 18 bestehen. Nicht dargestelke Druckmittelkanäle sind vorgesehen, um Druckflüssigkeit zu der inneren Fläche des Lagerringes 17 und zu der Außenfläche des Dichtungsringes 18 zu führen, und außerdem stehen Entlastungskanäle mit Leckflüssigkeits-Sammelnuten in diesen beiden Teilen in Verbindung.

In dem Außenzylinder 13 ist mii engem Gleitsitz ein zylindrischer Kolben 20 angeordnet. Am oberen und am unteren Ende dieses Kolbens 20 sind jeweils zwei Ringe 21,22 befestigt, die sich radial nach innen zur Stange 16 hin erstrecken. Zwischen jedem dieser Ringpaare 21,22 ist lose eine ringförmige Dichtung 23 angeordnet, die mit engem Gleitsitz auf der Außenfläche der Stange 16 sitzt. Jede dieser Dichtungen 23 hat an ihrer Innenfläche eine Mehrzahl von feinen Umfangsnuten, die dazu bestimmt sind, den hydraulischen Druck über den Umfang der Stange 16 auszugleichen und eine Blockierung zu verhindern. Jede Dichtung 23 ist relativ zu den übrigen Teilen des Kolbens 20 in Grenzen frei beweglich und gegenüber diesen mittels eines O-Ringes 24 hydraulisch abgedichtet. Ein hydraulischer Entlastungskanal kann von einer mittleren Stelle jeder Dichtung 23 durch die benachbarten Teile des Kolbens ausgehen und, wie später beschrieben wird, mit einer Bohrung in der Innenfläche des Außenzylinders 13 in Verbindung kommen. Zwischen den beiden Ringen 21, 22 jedes Ringpaares ist außerdem ein ringförmiges äußeres Lagerelement 28 lose angeordnet, daß die Innenfläche des Außenzylinders 13 berührt. Der Außenzylinder 13 und der Kolben 20 bilden die Belastungseinheit für statische Belastung.

Die Belastungseinheit für dynamische Belastung wird gebildet von einem Zylinderraum 19 innerhalb des Kolbens 20 und einem in diesem angeordneten Kolben 25, der mit der Stange 16 einstückig ist und der eine kleinere vertikale Abmessung hat als der Zylinderraum ■"> 19, μ daß der Kolben etwa 2,5 cm von der in Fig. 1 gezeigten Mittelstellung in jeder Richtung verschoben werden kann. Die äußere zylindrische Fläche des Kolbens 25 ist mit einem Bronze-Dichtring 26 versehen, der die Innenfläche des Kolbens 20 berührt.

in In dem Außenzylinder 13 sind Druckmittelanschlüsse 30,31 für statische Belastung angeordnet, durch die die Druckflüssigkeit wahlweise dem oberen oder dem unteren Ende des Außenzylinders 13 zugeführt werden kann, um eine statische Belastung auszuüben. Die beiden

ι·"> Anschlüsse 30, 31 werden durch ein bekanntes Umschalt- und Steuerventil wahlweise mit einer Hochdruckquelle oder mit einer Rücklaufleitung verbunden. Ein derartiges Ventil ist bekannt und wird daher nicht dargestellt und beschrieben. Wenn die Druckflüs-

-'(I sigkeit dem unteren Ende des Außenzylinders 13 durch den Anschluß 31 zugeführt wird, so wird der obere Anschluß 3 mit dem Rücklauf verbunden und der Kolben 20 wird nach oben verschoben, bis der obere Ring 21 des unteren Ringpaares den Kolben 25 berührt.

Γ) Die durch die Druckflüssigkeit ausgeübte Kraft wird dann auf die Stange 16 übertragen, die nach oben verschoben wird, um die gewünschte statische Druckbelastung auf den Prüfling 11 auszuüben. Wenn die Druckflüssigkeit durch den Anschluß 30 dem oberen

«ι Ende des Außenzylinders 13 zugeführt wird, kann auf den Prüfling eine statische Zugbelastung in gewünschter Größe ausgeübt werden.

Um den Prüflng einer dynamischen Belastung auszusetzen, wird der Kolben 20 zunächst bis zum

ii oberen oder unteren Ende des Außenzylinders 13 verschoben, indem Druckflüssigkeit durch den Anschluß 30 oder 3! dem entsprechenden Ende des Außenzylinders 13 zugeführt wird. Wenn der Kolben 20 ein Ende des Außenzylinders 13, z. B. das untere Ende in Fi g. 1,

4(i erreicht, wird er durch Anlage an den Ringen 17,18, die an dem entsprechenden Deckel 15 oder 16 angebracht sind, angehalten und in dieser Stellung durch den Druck in dem Außenzylinder 13 gehalten, der eine Kraft bis zu 1001 ausüben kann. In dieser Stellung stehen zwei

Ji Zuführkanäle 35,36 im Kolben 20 mit Durchlaßkanälen 37, 38 in der Wand des Außenzylinders 13 in Verbindung. Diese beiden Durchlaßkanäle 37 und 38 sind mit einem alternierenden ölzuflußsystem verbunden, das später noch beschrieben wird. Druckflüssigkeit

in wird mit diesem System durch die zwei Zuführkanäle 35 und 36 abwechselnd dem einen oder dem anderen Ende des Zylinderraumes 19, d. h. oberhalb und unterhalb des Kolbens 25, zugeführt, womit die gewünschte dynamische Belastung auf die Stange 16 und damit auf den

ν-, Prüfling ausgeübt wird.

Die Prüfmaschine kann eine dynamische Belastung in genau der gleichen Weise auch dann ausüben, wenn sich der Kolben 20 an oberen Ende des Außenzylinders 13 befindet, und zu diesem Zweck sind zwei weitere

π» Durchlaßkanäle 39, 40 im oberen Teil des Außenzylinders 13 vorgesehen, die den Durchlaßkanälen 37, 38 entsprechen.

Her Druck im Zylinderraum 19 ist bestrebt, den Kolben 20 auszudehnen und in dem Außenzylinder zu

hi verspannen, wodurch die hydraulische Leckage verringert wird. Die beiden Dichtungen 23 am oberen und am unteren Ende des Kolbens 20 gestatten eine freie Bewegung der Stange 16, wodurch eine gewisse

Leckage um die Stange 16 herum eintreten kann. In bezug auf die obere Dichtung 23 hat dies keine schädlichen Auswirkungen, wenn sich der Kolben 20 am oberen Ende seines Hubes befindet, und hinsichtlich der unteren Dichtung 23 ist festzustellen, daß jede Flüssigkeit, die in der einen oder der anderen Richtung entlang der Stange 16 strömt durch den erwähnten Entlastungskanal entweichen kann, der mit einer Bohrung im Außenzyiinder 13 fluchtet, wenn der Kolben 20 in seiner oberen Endstellung ist.

Das System zur Zuführung von alternierender Druckflüssigkeit für die dynamische Belastungseinheit ist in F i g. 2 und 3 dargestellt. F i g. 2 zeigt schematisch die Hauptteile der hydraulischen Belastungseinrichtung gemäß Fig. 1 mit dem Außenzylinder 13 und das 4-Wege-Umschaltventil 45 für die dynamische Belastungseinheit. Die Teile, die den in F i g. 1 gezeigten Teilen entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das Ventil 45 weist ein Ventilgehäuse auf, das eine Bohrung enthält, in der ein Ventilkörper 46 mit einer Mehrzahl von Absätzen angeordnet ist, durch den zwei Zuflußleitungen 47, 48 wahlweise entweder mit den beiden unteren Durchlaßkanälen 37, 38 oder den beiden oberen Durchlaßkanälen 39, 40 verbunden werden können, je nachdem, ob sich der Kolben 20 am unteren oder am oberen Ende des Außenzylinders 13 befindet. Das nicht benötigte Kanalpaar wird von dem Ventil 45 verschlossen. Der Ventilkörper 46 wird zwischen seinen Arbeitsstellungen dadurch verschoben, daß Druckflüssigkeit entweder dem Kanal 49 oder dem Kanal 49a an den Enden des Ventilgehäuses zugeführt wird.

Der hydraulische Druck in den Zuflußleitungen 47,48 wird hinsichtlich Frequenz und Amplitude durch ein elektro-hydraulisches Hochgeschwindigkeits-Servoventil 50 gesteuert, das zwischen den Leitungen 47 und 48 und einer unter konstantem Druck stehenden Zuflußleitung 51, sowie einer Rückflußleitung 52 angeordnet ist. Das elektrische Steuersystem für das Ventil 50 ist in Fig. 3 dargestellt und enthält einen elektronischen Oszillator 55 mit veränderlicher Frequenz, der an einen Verstärker 56 angeschlossen ist, um ein oszillierendes Steuersignal von gewünschter Frequenz und Amplitude in der Leitung 57 zu erzeugen. Dieses Ausgangssignal wird dem elektrisch betätigten hydraulischen Umkehr-Servoventil 50 zugeführt, das die beiden Zuflußleitungen 47 und 48 mit wechselndem Druck von gewünschter Amplitude versorgt. Der Kreis enthält außerdem einen veränderlichen Rückkopplungskreis für den Verstärker 56, der entweder auf die auf den Prüfling ausgeübte Belastung oder auf die Lage der Stange 16 oder auf beide Kriterien anspricht. Um die auf den Prüfling ausgeübte Belastung feststellen zu können, ist ein ringförmiger Dehnungsmesser 58 am oberen Kopf 10 der Prüfmaschine angeordnet, dessen Übertrager 59 über einen Rückkopplungskreis 60 mil dem elektronischen Verstärker 56 verbunden ist, wobei der Verstärker automatisch die Amplitude der wechselnden Druckimpulse einstellt, um die gewünschte Belastung zu erzeugen. Um eine Steuerung de« wechselnden Druckes in dem System in Abhängigkeil von der Lage der Stange 16 zu ermöglichen, ist irr Inneren der Stange 16 ein Positionsfühler 61 (Fig. 1' angeordnet, der zwei im Abstand voneinander befindliche magnetische Anker 62, 63 trägt, die in einei stationären Prüfspule 64 bewegt werden können, um die Reaktanz der Spule in Übereinstimmung mit dei vertikalen Lage der Stange 16 zu verändern. Dies« Reaktanzänderung wirkt über einen elektrischer Rückkopplungskreis 65 auf den Verstärker 56, urr dessen Ausgangssignal entsprechend einzustellen. Di die Stange 16, wie beschrieben, entweder am oberer oder am unteren Ende ihres vollen Hubes sein kann wenn die dynamische Belastungseinheit in Tätigkei gesetzt wird, sind die beiden ferromagnetischen Ankei 62, 63 so weit voneinander entfernt, daß jeweil: entweder der eine oder der andere mit der Prüfspule 6* zusammenarbeitet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Prüfmaschine für statische und dynamische Zug- und Druckversuche, mit zwei in einem Abstand voneinander angeordneten Köpfen zum Einspannen des zu prüfenden Gegenstandes, wobei einer der Köpfe mit einer druckmittelbetätigten Belastungseinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungseinrichtung zwei mittels eines Druckmittels unabhängig voneinander hin- und herbewegbare Belastungseinheiten (13,16, 20; 20,25) aufweist, von denen die eine für statische und die andere für dynamische Belastung dient, und daß die eine Belastungseinheit (16,20,25) im Innern der anderen Belastungseinheit (16,13,20) verschiebbar geführt ist.

2. Prüfmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungseinheit für statische Belastung eine erste druckmittelbetätigte Kolben-Zylindereinheit (13, 20) aufweist, deren Kolben (20) den Zylinder einer zweiten Kolben-Zylindereinheit (20,25) für dynamische Belastung bildet.

3. Prüfmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (25) der zweiten Kolben-Zylindereinheit (20, 25) mit einer Stange (16), an der der eine Kopf (12) befestigt ist, verbunden ist, und die Stange (16) verschiebbar im Kolben (20) und im Zylinder (13) der ersten Kolben-Zylindereinheit (13,20) geführt ist.

4. Prüfmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des Kolbens (20) der ersten Kolben-Zylindereinheit (13,20) größer ist als der Hub des Kolbens (25) der zweiten Kolben-Zylindereinheit (20,25).

5. Prüfmaschine nach einem der Ansprüche 2—4, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinder (13) der ersten Kolben-Zylindereinheit (13, 20) Druckmittelanschlüsse (30,31) zum Zuführen eines Druckmittels auf jeweils die eine Seite des Kolbens (20) der ersten Kolben-Zylindereinheit (13,20) vorhanden sind, und daß Mittel vorgesehen sind, um wahlweise den einen Druckmittelanschluß an eine Druckmittelquelle und den anderen Druckmittelanschluß an eine Rücklaufleitung anzuschließen.

6. Prüfmaschine nach einem der Ansprüche 2—5, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinder (20) der zweiten Kolben-Zylindereinheit (20, 25) Zuführkanäle (35. 36) zum Zuführen eines Druckmittels zum Kolben (25) der zweiten Kolben-Zylindereinheit (20, 25) vorhanden sind, und diese Zuführkanäle (35, 36) in jeder Endstellung des Kolbens (20) der ersten Kolben-Zylindereinheit (13, 20) mit Durchlaßkanälen (37, 38; 39, 40) im Zylinder (13) der ersten Kolben-Zylindereinheit (13, 20) in Verbindung stehen.

7. Prüfmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßkanäle (37,38,39,40) paarweise mittels eines Wegeventils (45) an Zuflußleitungen (47, 48) für das Druckmittel anschließbar sind und daß die Zuflußleitungen (47, ι 48) an ein Steuerorgan (50) angeschlossen sind, das den Zuflußleitungen (47, 48) das Druckmittel mit veränderlichem oder wechselndem Druck zuführt.

8. Prüfmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (50) über ein ( Rückkoppelungs-Steuersystem steuerbar ist, in dem ein Belastungs- und/oder ein Positionsfühler (58,59; 61—64) angeordnet ist, welcher einem der Köpfe (10,12) zugeordnet ist.

9. Prüfmaschine nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionsfühler (61—64) jeweils in den beiden Endstellungen des Kolbens (20) der ersten Kolben-Zylindereinheit (13,20) anspricht.