DE1918305A1

DE1918305A1 - Verfahren und Geraet zur Entspannung von Werkstuecken durch Vibration

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Publication number: DE1918305A1
Application number: DE19691918305
Authority: DE
Inventors: Thompson Leonard Edward
Original assignee: THOMPSON LEONARD EDWARD
Current assignee: THOMPSON LEONARD EDWARD
Priority date: 1969-02-19
Filing date: 1969-04-10
Publication date: 1970-12-10
Also published as: DE1918305B2; FR2031504A1; US3622404A; DE7005792U; JPS5126393B1; GB1259556A

Description

"Verfahren und Gerät zur Entspannung von Werkst 11 clceri durch Vibration."

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Gerät zur Entspannung eines WeAstückes durch Vibration des Werkstückes. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Entspannung eines Werkstückes durch Vibration des Werkstückes in dem Frequenzbereich jeder Resonanzspitze für Jedes Teil des zu entspannenden Werkstückes. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Gerät, durch das ein Werkstück in Schwingung versetzt wird und zur Überwachung der Frequenz und der Amplitude der Schwingung, die dem Werkstück verliehen wird, und der Energie, die zur Erzeugung der Amplitude benötigt wird.

Bei allen grundlegenden Verfahren zur Metallbearbeitung, wie z.Ii. beim Schmieden, Gießen, Schweissen und bei der maschinellen Bearbeitung werden In dem Metallwerkstück zurückbleibende Spannungen hervorgerufen, die eine direkte Folge der an dem Werkstück vorgenommenen Bearbeitung sind. Diese zurückbleibenden Spannungen stellen eine Vorspannung des Werkstückes dar, die die zusätzliche Belastbarkeit des Werkstückes durch die Bearbeitung begrenzen. Diese zurückbleibenden Spannungen

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Potenfanwdlte Dipl.-Infl. Martin Licht, Dipl.-Wirtich.-Ing. Axel Hanimann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann Opp«nau«r Büro, PATENTANWALT DU. »UNHOLD SCHMIDT

erhöhen auch in nennenswerter Weise die Korrosionsgeschwindigkeit des Metalls in einer korrosiven Atmosphäre und können zu \ der Verziehung des Werkstückes während der anschliessenden Bear Deitungs- oder Herstellungsvorgänge führen, da die zurückbleibenden Spannungen den natürlichen Widerstand der Teile des Werkstückes gegenüber der Bewegung überwinden und aufheben.

Früher wurden zur Aufhebung der Spannungen in Metallwerkstücken diese außerhalb geschlossener Räume für eine bestimmte Alterungszeitdauer angebracht. Die täglichen Änderungen der

fe Außentemperatur bewirkten eine Ausdehnung und Zusammenziehung des Metallwerkstückes. Beispielsweise dehnte sich das Werkstück am Tage aus und zog sich in der Nacht zusammen. Während dieser Bewegung des Metalls wurden die Spannungen allmählich verringert, da das Korngefüge eine stabile Stellung einnahm. Dieses Verfahren zur Entspannung erforderte jedoch einen sehr großen Zeitaufwand und es war nicht immer sicher, daß das Werkstück von allen Spannungen befreit worden war. Ferner bildeten sich Rost und andere Formen der Korrosion an dem Werkstück und mußten entfernt werden, bevor das Werkstück seiner endgültigen Bestimmung zugeführt wurde. Ein schnelleres aber immer noch verhältnisrmässig langsames Verfahren beruht auf Erwärmung des Werkstückes. Bestimmte Teile, die nicht einer angemessenen Wärmebehandlung

F unterworfen werden können, werden jedoch immer noch dadurch entspannt, daß sie für eine bestimmte Zeit außerhalb eines geschlossenen Raumes angebracht werden. .

Das bekannteste und am weitesten verbreitete Verfahren zur Entspannung eines Metallwerkstückes wird durch Erwärmung durchgeführt. Dieses Verfahren ist jedoch zeitraubend, teuer und ruft häufig zusätzliche Probleme hervor, die auf der dimensionalen Stabilität des Werkstückes und auf der Vorbereitung der Metalloberfläche für die weitere Bearbeitung beruhen. Gegenwärtig wird die durch Erwärmung bewirkte Entspannung, Spannungsverteilung oder Spannungsausscheidung dadurch erzielt, daß das Metallwerkstück unter Beaohtung der erforderlichen Sorgfalt auf eine Temperatur erwämt wird, bei der das Metall aemi-

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plastisch wird, so daß die Spannungen in der Lage sind, das Korngefüge des Metallwerkstückes in ausreichendem Maß zu bewegen, um die Spannung aufzuhellen. Bei diesem Verfahren muß das Werkstück sehr sorgfältig gehaltert und gestützt werden, um zu verhindern, daß das Metallwerkstück infolge des Gewichtes seiner nicht gestützten oder gehalterten Teile eine Verformung erfährt. Das Werkstück wird sodann langsam abgekühlt. Bei der Abkühlung kühlen die inneren Teile des Werkstückes schneller ab und führen wieder zu dem Aufbau einer bestimmten Spannung in dem Werkstück. Bei Beendigung dieses Verfahrens muß das Metallwerkstück zur Entfernung des während der Wärmebehandlung gebildeten Zunders einer Entzunderurigsreinigung unterworfen werden.

Eine weitere Form der Entspannung eines Werkstückes ist die Entspannung durch Vibration. Die in der Vergangenheit durchgeführte Entspannung durch Vibration war nur massig wirkungsvoll aufgrund des Umstandes, daß die für die Entspannung sbehändlung gewählte Frequenz entweder eine beliebig gewählte Frequenz war, die über einen Schwingungstisch indirekt^ auf das Werkstück übertragen wurde, oder daß das Metallwerkstück mit der Grundresonanzfrequenz des Metallwerkstückes direkt in Schwingung versetzt wurde, wobei die Zeitdauer dieser Vibration empirisch bestimmt und/oder durch Ermessensentscheidung auf der Grundlage des Gewichtes des Werkstückes gewählt wurde. Die resonante Frequenz ist diejenige Frequenz, bei der ein Teil vibriert oder schwingt, wenn es einem Stoß oder einem Schlag ausgesetzt wird. Diese Frequenz wird auch als die natürliche oder diarakteristische Frequenz der Verfallsoszillation bezeichnet. Bei der resonanten Frequenz eines Metallwerkstückes stehen die resonanten Frequenzen aller Teile des Werkstückes in mathematischer Beziehung zueinander. Wenn jedoch das Werkstück einer starken Vibration bei der resonanten Frequenz des Werkstückes unterworfen wird, um die stärksten Teile des Werkstückes zu entspannen, 1st es möglich, daß einige der schwachen Teile des Werkstückes überbeansprucht werden. Daher sind die bisher bekannten Verfahren zur

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Entspannung durch Vibration nicht vollständig zufriedenstellend gewesen.

Außerhalb des Lahors gibt es keine bekannte Möglichkeit, genau festzustellen, ob während des Entspannungsvorganges, bei dem eines der gegenwärtig üblichen Entspamiungsverfahren angewendet worden ist, tatsächlich eine Entspannung erzielt worden ist. Die einzige Möglichkeit zur Überprüfung des Werkstückes besteht entweder darin, es auseinander zu schneiden, um die Bewegung eines Teiles des Werkstückes gegenüber einem anderen Teil zu messen, oder darin, das Werkstück anschließenden Bearbeitungsvorgängen zu unterwerfen, um die dimensionale Stabilität des Metallwerkstückes zu prüfen.

In der Vergangenheit wurde manchmal ein Teil verschiedenen Entspannungsverfahren unterworfen, um die beste Weise für die Entspannung des Werkstückes zu erfahren. Nachdem zahlreiche Werkstücke in besonderer Weise behandelt worden sind, wurde ein auf der Grundlage der historischen Entwicklung beruhendes Behandlungsschema aufgestellt. Es wurde dann angenommen, daß bei der Entspannungsbehandlung anderer gleicher Werkstücke in derselben Weise die Entspannung deν Werkstücke erzielt werden könne. Es ist jedoch so, daß nicht alle Teile eines komplizierten Gebildes immer gleich hohe Spannungen enthalten. Daher ist es. bei den bekannten Verfahren zur Entspannung durch Vibration möglich, daß ein Teil des We kstückes einer stärkeren Entspannungsbehandlung unterworfen wild, als es eriorderlich ist, um den Grad der erforderlichen Entspannung zu erzielen. Mit anderen Worten kann durch die Vibration, die für die Entspannung eines unter hoher Spannung stehenden Teiles eines Werkstückes geeignet ist, ein anderes Teil des gleichen Werkstückes einer .Kaltbearbeitung in einem Maß unterworfen werden, die wiederum Spannungen von unerwünschter Höhe in diesem andei'eii* Teil des Werkstückes hervorruft.

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Angesichts der Mängel der bekannten Verfahren zur Entspannung eines Werkstückes ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe die Schaffung eines Verfahrens zur getrennten Befreiung jedes einzelnen Teiles eines zu entspannenden Werkstuckes von den in diesem Teil enthaltenen Spannungen.

Ferner soll erfindungsgemäß ein Verfahren zur Entspannung eines Werkstückes geschaffen werden, bei dem ein mit dem Werkstück verbundener Vibrator auf die resonanten Frequenzen für die einzelnen Teile des zu entspannenden Werkstückes abgestimmt wi rd.

Ferner soll erfindungsgemäß ein Verfahren zur Entspannung eines Werkstückes durch Vibration geschaffen werden, bei dem ein Teil des Werkstückes mehr oder weniger vibriert werden kann, als ein anderes Teil des Werkstückes.

Ferner soll erfindungsgemäß ein Verfahren zur Entspannung eines Teiles eines Werkstückes erzielt werden, bei dem dieser Teil des Werkstückes einer Vibration ausgesetzt wird, die in einer Richtung verläuft, die parallel zu der Spannung in diesem Teil des Werkstückes gerichtet ist. Ferner soll erfindungsgemäß ein Verfahren zur Entspannung eines Werkstückes durch Vibration geschaffen werden, zu dessen Durchführung ein Mirides Izei tauf wand erforderlich ist.

Ferner soll erf indungsgeniäß ein Verfahren zur Entspannung eines Werkstückes durch Vibration geschaffen werden, bei dem alle Spannungen, die in dem Werkstück durch die Vitarationsentspannungsbehänd lung hervorgerufen werden, leicht festgestellt und dann entfernt werden können, wodurch die Gefahr des Aufbaues neuer Spannungen ausgeschieden wird.

Ferner soll erfindungsgemaß ein Verfahren zur Entspannung eines Werkstückes durch Vibration geschaffen werden, bei dem eine fortlaufende Aufzeichnung der auf das Werkstück ausge-

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übten Vibratiorisbehandlung und der Behandlungsergebnisse durchgeführt wird, so daß die Entspannung des Werkstückes überprüft werden kann.

Ferner soll erfindungsgemäß ein Gerät zur Entspannung eines Werkstückes durch Vibration geschaffen werden, das Mittel zur Anzeige der Frequenz und Amplitude der dem Werkstück verliehenen Schwingung und zur Anzeige der für die Erzeugung der Amplitude erforderlichen Energie aufweist.

Es soll ferner ein Gerät zur Entspannung eines Werkstückes ^ geschaffen werden, das eine fortlaufende Bandanzeigevorrichtung aufweist, die die Frequenz der Schwingung, die Amplitude der Schwingung und die Energie anzeigt, die für die Erzielung der Amplitude erforderlich ist, wodurch eine fortlaufende und dauernde Aufzeichnung der Entspannungsbehandlung erzielt wird, der das Werkstück unterworfen wird, sowie der Art und Weise, in der das Werkstück auf die Entspannungsbehandlung angesprochen hat.

Ferner soll erfindungsgemäß ein Gerät zur Entspannung eines Werkstückes durch Vibration geschaffen werden, das billig herzusteilen und beweglich ist, d.h., das ohne weiteres von } einem Werkstück zu einem anderen Werkstück bewegbar ist.

Schliesslich soll erfindungsgemäß für die Durchführung des oben genannten Verfahrens ein Gerät geschaffen werden, das ungelernte Arbeitskräfte innerhalb kurzer Zeit, beispielsweise innerhalb einer Stunde, zu bedienen lernen können.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die oben genannte Ziele und die der Erfindung innewohnenden Vorteile durch ein Verfahren zur Entspannung eines Werkstückes durch Vibration erhalten, das aus folgenden Verfahrensschritten besteht: Vibration des Werkstückes in dem Frequenzbereich der Resonanz-

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spitze für jedes Teil des zu entspannenden Werkstückes und Auirechterhaltung der Vibration in dem Frequenzbereich für jede besondere Resonanzspitze, während die Amplitude der Spitze zunimmt, die für die Erzeugung der Spitze erforderliche Energie abnimmt und der Frequenzbereich abnimmt, bis die zur Erzeugung der Amplitude erforderliche Energie sich stabilisiert hat. Die Ziele der Erfindung werden ferner durch ein Gerät zur Entspannung eines Werkstückes verwirklicht, das folgende Teile aufweist: einen Vibrator, der an dem Werkstück angebracht werden kann und durch einen Antrieb mit veränderlicher Geschwindigkeit betätigt wird, einen Beschleunigungsmesser, der an dem Werkstück in Abstand von dem Vibrator angebracht werden kann, um die Amplitude der Wellenform der dem Werkstück verliehenen Vibration zu messen, und eine elektrische Steuer- und Überwachungsschaltung, die Einrichtungen zur Anzeige der Frequenz und der Amplitude der dem Werkstück verliehenen Vibration und der für die Erzeugung der Amplitude erforderlichen Energie umfasst. In den Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht sind, sind

Figur 1 eine Vorderansicht eines Gerätes zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Figur 2 die Ansicht einer Ausführungsform der Anzeigeeinrichtung für das in Figur 1 gezeigte Gerät,

Figur 3 die Ansicht einer anderen Ausführungsform der Anzeigeeinrichtung für das in Figur 1 gezeigte Gerät,

Figur 4 die Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Anzeigeeinrichtung für das in Figur i gezeigte Gerät,

Figur 5 ein Diagramm, in dem eine theoretische Amplituden-Frequenzkurve für ein unter Spannung stehendes einfaches Werkstück dargestellt ist,

Figur 6 ein Diagramm, in dem eine theoretische Amplituden-Frequenzkurve für ein Üpannungsloses, einfaches Werkstück dargestellt ist,

Figur 7 ein Diagramm, in dem eine Amplituden-Frequenzkurve eines unter Spannung stehenden komplizierten Werkstückes dargestellt ist und

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Figur 8 ein Diagramm, in dem eine Auiplituden-Frequeiizkurve eines spannungslosen, komplizierten Werkstückes dargestellt ist.

In Figur 1, auf die nunmehr Bezug genommen wird,, ist ein Gerät zur Vibration eines Werkstückes mit der allgemeinen De— zugszahl 10 bezeichnet. Ein Werkstück ist mit der Bezugszahl 12 bezeichnet. Das Gerät 10 umfasst einen Vibrator 14, einen abfühlenden Beschleunigungsmesser, ein Geliäuse 18 und einen fahrbaren, das Gehäuse tragenden Stand 20. Das Gehäuse 18 weist eine Schalttafel 21 auf, die Einrichtungen 22 für die Anzeige der Amplitude und der Frequenz der Vibration sowie der für die Erzielung, der Amplitude erforderlichen Energie aufweist.

Der Vibrator 14 ist von bekannter'Bauart und umfasst einen Antrieb 23 mit veränderlicher Geschwindigkeit, der einen (nicht gezeigten) Exzenter in eiiem Gehäuse 24 antreibt. Der Vibrator 14 ist lösbar an. dem Werkstück 12 angeklemmt. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Antrieb mit veränderlicher Geschwindigkeit ein elektrischer Reihenschlußmotor 23, der beispielsweise ein Kollektormotor ist, bei dem Anker und Feldwicklungen in Reihe geschal tot sind. Da die Drehzahl eines elektrischen Reihenschiulimotors durch Änderung des dem Motor zugeführten Stromes gesteuert werden kann, wird die Frequenz der dem Werkstuck 12 verliehenen Vibration durch Änderung des dem Motor 23 ζ - «re führ ten Stromes gesteuert. Eine Stroinsteuereinriehtung, vorzugsweise ein veränderlicher Transformator (nicht gezeigt) ist für diesen Zweck vorgesdien und umfasst einen Verstellknopf 25.

Das Werkstück 12 wird im allgemeinen auf elastischen Bändern

einem oder Streifen 2ti und 30 gohaltert, die aus Gummi oder/ähnlichen Stoff bestehen und dem Werkstück gestatten, sich frei zu bewegen, wenn die dem Werkstück verliehene Vibration die natürliche Vibrationsfrequenz, d.h., die resonant« Frequenz, jedes Teiles des Werkstücke.'·; erreicht. Der BcUChIeUUi₁ messer IG umfasst einen (nicht Kezeiston) lic

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von der bekannten Art, die die mechanische Vibration in ein elektrisches Signal umwandelt, wodurch eine relative Messung der Amplitude der Vibrationswellenform vorgenommen werden kann. Das Signal wird einem (nicht gezeigten) Verstärker zugeführt, und das Maß der Verstärkung wird durch einen Knopf 3i gesteuert. Der Beschleunigungsmesser 16 ist trennbar an dem Werkstück in Abstand von dem Vibrator L^lt angebracht.

Die Frequenz der Vibration eines Teiles eines Werkstückes ist direkt proportional der Laufgeschwindigkeit des Motors 23, während die Energie, die zur Erzielung der Amplitude der Frequenz erforderlich ist, direkt proportional dem Strom-bedarf des Motors 23 ist, und diese beiden Größen können durch geeignete, bekannte elektrische Messeinrichtungen (nicht gezeigt), wie z.B. ein Tachometer und ein Amperemeter, gemessen werden. Das Gehäuse 18 enthält eine elektrische Steuer- und Überwachungsschaltung, die die Stromsteuereinrichtung umfasst, die zwischen dem Motor 23 und einer elektrischen Stromquelle angeordnet ist. Diese Schaltung umfasst ferner die Anzeigerichtungen 22, die mit der Stromsteuereinrichtung und mit dem Beschleunigungsmesser verbunden sind, um die 'Frequenz und die Amplitude der dem Werkstück verliehenen Vibration und die für die Erzielung der Amplitude erforderliche Energie anzeigen.

Bisher wiesen"die Geräte zur Vibrationsentspannung eines Werkstückes ein Amperemoter für die Anzeige des dem Vibratormotor zugeführten Stromes und einen lies onanzmes scr auf, der die Amplitude der dem Werkstück verliehenen Vibration anzeigte. Ein Heeoriunzpegelknopf war vorgesehen, wie z.B. der Knopf 31» um den Pegel der auf dom Reuoruinztnosser angezeigten Amplitude zu ändern. Der ResonariznioHHei· war dort angeordnet, wo die Anzeigeeinrichtung 22 auf der Schalttafel 21 dos erfindungsgemäßen Gerätes ungeordnet Lot. Die Frequenz der Vibration wurde ungefähr durch die S te J lung deu Vo rete IIknopfos 25 des veränderlichen Tratio tormu tor« angezeigt.

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Bei den bekannten Verfahren zur Entspannung eines Werkstückes durch Vibration drehte die Bedienungsperson den Knopf 25, bis der Resonanzmesser den Resonanzpunkt für das ganze Werkstück, d.h. , den Punkt der maximalen Amplitude anzeigte Wenn die Höhe der Amplitude gering war, verstellte die Bedienungsperson die Amplitudenhöhe durch Drehung an dem Knopf 31. Die Bedienungsperson stellte dann den Vibrator auf die resonante Frequenz fest und ein Zeitgeber wurde eingestellt, um das Werkstück mit der resonanten Frequenz für das gesamte Werkstück über eine bestimmte Zeitdauer in Schwingung zu versetzen. Die bestimmte Zeitdauer beruhte auf den früher mit f\ Werkstücken von verschiedenem Gewicht gemachten Erfahrungen. Diese Zeitdauer für die Vibration bei der scheinbaren resonanten Frequenz des gesamten Werkstückes wurde daher empirisch und/oder nach freiem Ermessen gewählt. Ferner gab es nach Beendigung der Vibration des Werkstückes mit der gewählten Frequenz und über die bestimmte Zeitdauer keine Möglichkeit, festzustellen oder sicher zu sein, daß das Werkstück von allen Spannungen befreit worden ist.

Wenngleich es vielleicht von manchen Bedienungspersonen bemerkt worden ist, ist der Tatsache, daß die Amplitude, d.h. die Ablesungswerte auf dem Resonanzmesser nicht stufenlos zuk nimmt oder abnimmt, keine besondere Beachtung geschenkt \iorden. Mit anderen Worten wurde angenommen, daß eine Amplitudenfrequenz-Kurve einen stufenlosen Anstieg und Abstieg aiii'weist, wie die in den FLguren 5 und 6 gezeigten Kurven. Die Tatsache, daß die Nadel des Resonanzmessers bei ihrer allmählichen Bewegung in Richtung auf den Punkt der maximalen Amplitude auf der Skala, ,auf- und abschwankte wurde elektrischen Schal tungs.-problemen wie z.B. Rückkopplung, Ungeradliuigkeiten, Aufnahme von Fremdalgrittlen und so weiter, zugeschrieben. Ferner wurde dor Tatsache koine Bedeutung zugemessen, daß der Strom nicht stufenlos anutleg und abfiel.

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Es wurde jedoch entdeckt, daß die von dem schwankenden Resonanzmesser angezeigten kleineren Resonanzspitzen den Resonanzspitzen einzelne!' Teile des Werkstückes entsprechen, die aufgrund ihrer Form jeweils hei einer anderen Frequenz als die übrigen Teile des Werkstückes resonieren.

Es wurde ferner entdeckt, daß der Strom, der für die Erzeugung einer gegebenen Amplitude im Bereich einer gegebenen Resonanzspitze abnahm, wenn das Werkstück der Vibration ausgesetzt wurde.

Ferner nahm bei Abnahme des Stromes der Frequenzbereich der Spitze ab, bis es nahezu unmöglich war, die Frequenz der Vibration auf diese Resonanzspitze abzustimmen. An dieser Stelle stabilisierte sieh der Strom, d.h., er hörte auf abzunehmen. Diese Erscheinung wird offensichtlich durch die Tatsache hervorgerufen, daß das besondere Teil des Werkstückes, das eine natürliche Vibrationsfrequenz aufweist, d.h., den Resonanzpunkt in dem Frequenzbereich der beobachteten Resonanzspitze, eine innere Spannung enthielt. Offensichtlich verhinderten die Spannungen in diesem und um dieses Teil des Werkstückes dieses Teil daran, mit seiner resonanten Frequenz frei zu vibrieren. Ferner erscheint es, daß die Stromzunahme in dem Frequenzbereich der Resonanzspitze durch den Widerstand der Spannungen in diesem Teil des Werkstückes gegenüber der Vibration hervorgerufen wurde. Es erseheint daher, daß nach der Vibration des Werkstückes.in dem Frequenzbereich der gegebenen Ilesonanzspitze (im Idealfall mit der resonanten Frequenz), die Spannungen allmählich herabgesetzt wurden. Dies wird durch die Abnahme des Stromes und durch den Umstand angezeigt, daß die Amplitude der resonanten Spitze zunimmt, während der Frequenzbereich der resonanten Spitze abnimmt, d.h., daß die resonante Frequenz (natürliche Vibrationsfrequenz) apezifischer wird. Es sei bemerkt, daß bei einem nicht entspannten Werkstück oft eine echt« rcsomintc Spitze nicht festgestellt wird. Anstatt dessen wird ein Plateau festgestellt, da« die echte resonante Spitze einschlieost. Nachdem das Work-

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stück entspannt ist, ist nur die echte resonante Spitze feststellbar, und da die Amplitude der Spitze zugenommen hat, wird die resonante Spitze leicht festgestellt. Wenn dies stattfindet, erscheint es manchmal, daß die resonante Frequenz der resonanten Spitze sich verschoben hat. Es wird jedoch angenommen, daß die resonante Frequenz sich nicht verschiebt, sondern daß vielmehr die scheinbare Verschiebung auf einen Mangel der Empfindlichkeit der verwendeten Instrumente und/oder auf die unzureichende Wiederholbarkeit der Einstellungen der Vibrationsausrüstung zurückzuführen ist. Diese Erscheinung ist besser verständlich, wenn man die gespannten Resonanzspitzen mit den ungespannten Resonanzspitzen vergleicht, wie es in den Figuren 7 und 8 veranschaulicht ist.

Um das Verfahren der vorliegenden Erfindung in der bestmöglichen Weise durchzuführen, ist es wichtig, in der Lage zu sein, die Änderungen der Vibrationsamplitude und die Änderungen des für die Erzeugung der Amplitude erforderlichen Stromes mit den Änderungen der Vibrationsfrequenz zu vergleichen. Zu diesem Zweck ist die Anzeigeeinrichtung 22 vorgesehen. Sie umfasst eine Oszilloskop-Ableseeinrichtung 32? wie sie in Figur 2 gezeigt ist, und/oder eine fortlaufende Bandschreiber-Ablese— einrichtung 34, wie sie in Figur 3 gezeigt ist und/oder eine augenblickliche Zifferiiableseinrichtung 3t>, wie sie in Figur A gezeigt ist.. Die Oszilloskop-Ableseeinrichtung J2 zeigt eine äquivalente Wellenform 38 der dem Werkstück verliehenen Vibrationswellenform.

Bei der Bandschreiberanzeigeeinrichtung 3t> sind drei Schreiber ^iOj 41-und 42 vorgesehen, die sich quer über ein Band kj> in Abhängigkeit von Änderungen der Frequenz und der Amplitude der Vibrationswellenform bewegen_s die dem Werkstück verliehen wird, sowie in Abhängigkeit von Änderungen des znr Erzeugung der Amplitude erforderlichen Stromes. Das Band bewegt sieii waagerecht mit konstanter Geschwindigkeit,, wenn der Vibrator läuft, um eine fortlaufende Aufzeichnung der auaf ©im

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Werkstück ausgeübten Vibrationsentspannungsbehandlung und der Ergebnisse dieser Behandlung herzustellen. Der Schreiber 40 zeigt die Amplitudenänderungen durch die Linie 44 an= Der Schreiber 41 zeigt -die Stromänderungen durch die Linie 45 an. Und der Schreiber 42 zeigt die Frequenzand©rungen durch die Linie 46 an»

Die Amplitude,'die Frequenz und der von dem Yiförator sur Erzeugung der Amplitude in de® Werkstück erforderliclie Strom können direkt von der Slffernableseeinrichtung J6 bei jeder gegebenen Betriebsfrequens abgelesen werden« Die Frequenz wird auf der Ziffernanseigevorrichtung 4? in Perioden pro Minute angezeigt j die Amplitude wird als Spannungswert, der dem Signal von dem Me&swertuoiwandler ü®b Beschleunigungsmessers entspricht j auf der Zifferaanseigevorrichtung %S angezeigt ₉ und der für die Erzeugung u@r Amplitude erforderlich© Stroia wird in Aiapere oder Watt auf der Ziffernanseigevorriehtung angezeigt. Die Ziffernableseeinrichtung 5& kömite für sisM allein oder Mit der Ossilloskop-Eünriehfcung 32 ©ö©r/u3äi. nit der Bandschreiberableseeinriehtung ^h verwendet T/erdsiio Ferner Isöaat© auch die BandschreiberabiesesinrichtuEag 3^ für sich allein oder mit der Osailloskopableseeinrichtiang 32 verwendet w©rden.

Uenn ©in fe'er&stiick eins sißfacfes ©yüffletrisohe Forra ₉ gibt ®s thsoretisefa nur eine natürliöfeö odor resoaante Fre·= quenz für all© feile den WarkstuoksSo Mit anderen Wort-aia,, j©d@s feil ü®b ΐ'/erkstiickQS re©O2iiert nur bsi der rssoasate-n Frequeris ü@b g©s©iaten iierkstückeso ©i© thsoratisclie resonant β Spitse für ©in cüsrartiges ©iEii'acli©© lf@rls@tii©k ist in Figur 5 b©i 50 UEd la Figur 6 bei Si g©3©igt„ In Figisr 5 ist öl® rosoaamte Spliss© 5© abgeruradatj was darsof feiEid©iit®t₉ daß fla© ianer© Spannusigesi ©jathälfco Der Frequsnsb©reich der Bpits© 50 des SpsnEiiMigem ©atfealt-QaöQa ©infsictesin

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quenzen A nnä B₀ Wenn das Werkstück der Vibration in dem Frequenzbereich der rs sonant en. Spitze unterworfen wird, nimiat die Amplitude ©n öea .Rändern öes Frequenzbereiches oder der Bandbreite isr res©Kanten Freqiassis etwas ab und niraiat in dem Mittelteil üer Bandbreite aa«, B©r für die Erzeugung der Amplitude erforderliche⁼ Strom nieat ab» Ferner nimmt die Bandbreite der resonanten Spitz® ab, bis ei© aaliesw nicht existent i@t₈ dJu._a si® wird sslir ocSanal₉ wio @s tereM öl© Freqiaens®!! G und D ia Figur 6 ang@tl©rat©t ist» Bi® AMplitud© der resonanten Spitz® 51 in ^©x⁵ Banölireit© swiselieii dem Frsquenseii C und D in Figur 6 ifirfl erheblich MIiOr₉ als öi® Spitze HQ in Pigrar 5» Auc& &®r für die Irgeagsiag öisser ÄEiplitnö© benötigt® Strom wird geringer und Iiat si eis. stabilisiert _o An dieser Stelle weiß die Beflieniiagspergoiij Saß das Werk stück im \!f©s©ntlica©n entspannt T/orden ist« M©ü wird ©α isr Osailloskop=AbI®s©~ einriefetung 32_S acf aar BsncleeSirsiberEbleisoeiiiriclitiisig "3h und/ oähr auf der 6

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von der Bedienungsperson zusammen mit der Amplitude, der Breite der resonanten Frequenzen in Perioden pro Minute und dem von dem Vibrator zur Erzeugung der Amplitude, d.h., des Betrages der Durchbiegung des Metallwerkstückes, benötigten Stromes aufgezeichnet. Vorzugsweise wird die von dem Vibrator benötigte Stromstärke aufgezeichnet. Nach Aufzeichnung der scheinbaren resonanten Spitzen und des Frequenzbereiches dieser Spitzen für jedes Teil des zu entspannenden Werkstückes kehrt die Bedienungsperson zu jeder au entspannenden Spitze zurück und unterwirft das Werkstück der Vibration in dem Frequenzbereich jeder scheinbaren resonanten Spitae für jedes Teil des zu entspannen« den Werkstüdes. Die Bedienungsperson hält die Vibration aufrecht, während die Amplitude sunimmt und der Frequenzbereich abnimmt-, bis der für die Erzeugung der Amplitude erforderliche Strom sich stabilisiert hat.

Wenn das Werkstück in dem Frequenzbereich jeder scheinbaren resonanten Spitze vibriert wird, wird die Spannung allmählich herabgesetzt und die Amplitude, (Betrag der Bewegung des Metalls) nimmt bei der besonderen resonanten Frequenz schnell zu, der Bereich bzw. die Bandbreite der resonanten Frequenz wird schmal und der für die Amplitude der Vibration an der Stelle der Resonanz erforderliche Strom wird erheblich verringert. Nach einer angemessenen Behanölwngszeit stabilisieren sich die Amplitude der Tibration am jedsr zu entspannenden ■reBonanten Spitze und der für die Erzeugung dieser Amplitude erforderliche Strom, was darauf Ma&utet, daß das Werkstück im wesentlichen entspannt ist. Dies wird durch die Spitzen 81, 82, 84j 85 und 86 der in Figur 8 gezeigten Kurve 80 angedeutet. Eine fortlaufende Aufzeichnung äer Frequenz, Amplitude und des. Stromes wird entweder mit der Hand oder automatisch vorgenaauen« Bei Verwendung der Bandschreiber-Ableseeinrichtung 34, wie- sie in Figur 3 gegeigt ist, wird eine fortlaufende Aufzeichnung eier-Frequenz, der Amplitude und des für die Erzougutng äer Aeplituöe erforderlichen Stromes automatisch erhalten. Aiaf diese Weise wird eine genaue Aufzeichnung der auf

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ein bestimmtes Werkstück ausgeübten Vibrationsentspannungsbehandlung sowie derer Ergebnisse erhalten.

Da jedes einzelne Teil des ¥erkstückes, das eine eigpie resonante Frequenz hat, gesondert durch Vibration im Bereich der resonanten- Frequenz behandelt wird, die diesem Teil eigen ist, kann die Bedienungspersonals Ansprechen, d.h., die Änderung des Frequenzbereiches oder der Bandbreite der resonanten Frequenz sowie die Änderung des für die Erzeugung der Amplitude an jeder resonanten Spitze erforderlichen Stromes überprüfen, um festzustellen, dwie gründlich jedes Teil des Werkstückes entspannt worden ist. Auf diese Weise ist es mit dem erfindungsgemäßen Vibrationsentspannungsverfahren möglich, wahlweise ein einzelnes Teil des Werkstückes in höherem oder geringerem Grad zu entspannen, indem der Vibrator auf den resonanten Frequenzbereich des einzelnen Teiles für eine längere oder kürzere Zeitdauer abgestimmt wird, die durch das Ansprechen dieses Teiles auf die Vibrations-Ent spannungs behandlung angezeigt wird.. Daraus ergibt sich, daß man in der Lage ist, genau zu wissen, daß jedes Teil des Werkstückes in angemessener Weise entspannt worden ist und daß kein Teil des Werkstückes einer übermässigen Vibrationsbehandlung unterworfen worden ist.

Nach der Behandlung jeder scheinbaren Resonanzspitze jedes einzelnen zu entspannenden Teiles wiederholt die Bedienungsperson die Vibration des Werkstückes über den bestimmten Frequenzbereich und stellt die Änderungen der Amplitude der Vibrationswellen-form mit den Frequenzänderungen und den Änderungen des für die Erzeugung der Amplitude erforderlichen Stromes fest, um dadurch festzustellen, ob das Werkstück von allen Spannungen befreit worden ist und ob irgendwelche neue Spannungen in dem Werkstück hervorgerufen worden sind. Ein Vergleich der Figur 8 mit Figur7 ergibt, daß bei der Kurve in Figur 8 eine der gespannten Spitze 63 in Figur 7 entsprechende resonante Spitze nicht auftritt. Diese Erscheinung beruht Offenbar auf dem Umstand, daß die inneren Spannungen in dem

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Teil des Werkstückes, die der scheinbaren resonanten Spitze entsprechen, von einer derartigen Größe und Art sind, daß sie als ein besonderes Teil des Werkstückes, beispielsweise als ein Vorsprung erscheinen. Versuche haben gezeigt, daß diese Spannungen für gewöhnlich durch Schweißverbindungen hervorgerufen werden. Wenn der Bereich der Scircreissung entspannt worden ist, verschwindet die scheinbare reso.nan.te Spitze 63.

Wenn ein Teil des Werkstückes einer übermässigen Vibrationsbehandlung derart unterworfen wird, daß dieses Teil dadurch kalt bearbeitet wird, tritt eine Zunahme des Stromes auf, der für die Bewirkung einer bestimmten Durchbiegung des Metalls, d.h.5 die Amplitude der Vibration, in dem resonanten Frequenzbereich dieses besonderen Teiles des Metallwerkstückes erforderlich ist. Derartige neue Spannungen werden durch das Auftreten einer neuen abgerundeten resonanten Spitze, wie z.B. der in Figur 8 gezeigten Spitze 88 angezeigt. Um das Werkstück von dieser neuen, mechanisch hervorgerufenen Spannung au befreien, kehrt die Bedienungsperson die Richtung der von dem Vibrator Ik auf das Werkstück l6 ausgeübten Vibration um und vibriert das Werkstück für eine kurze Zeitdauer in dem Frequenzbereich der resonanten Spitze 88₉ bis eine zufriedenstellende Verringerung der Spannung erzielt wird» An runden oder kugelförmigen Werkstücken kann es notwendig s®in₉ <äen Vibrator an entgegengesetzten Seiten des Werkstückes anzubringen, um die Ausscheidung von mechanisch hervorgerufenen Spannungen zu erzielen.

Die Vibrationswelienfom, die dom Werkstück auferlegt wird, umfasst eine primäre Wellenfunktioxi in einer Ebene ₉ ein© sekundäre Wellenfunktion, dio in einer Ebene entwickelt wird, die rechtwinklig zu der Ebene der pitaären. vibratorischen Wellenfunktion vöriiiuft_s und ©ine tertiäre Wellenfimktion, di© in @in&r Etossia entwickelt wird_P wo leu© rechtwinklig sowohl zu 'der EI)on© dor primären als auch zu der Etooae der sekundären WeJLleii-

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funktion verläuft. Unter Bezugnahme auf Figur i ist die primäre Wellenfunktion in der YZ-Ebene und bewegt sich entlang der Z-Achse. Die sekundäre Wellenfunktion wird in der XZ-Ebene entwickelt und bewegt sich entlang der X-Achse. Die tertiäre Wellenfunktion wird in der XY-Ebene entwickelt und bewegt sidh entlang der Y-Achse. Diese drei Wellenfunktionen werden manchmal als Rayleigh-Welle (primäre Wellenfunktion)₉ Love-Welle (sekundäre Wellenfunktion) und Shear-Welle (tertiäre Wellenfunktion) bezeichnet. Die Rayleigh-Welle bewirkt eine rückläufig elliptische Bewegung der Teilchen in der Strecke der Welle. Die Love- und Shear-Wellen bewirken eine Qszilla-

f\ tionsbewegung der Teilchen in ihren Strecken in rechten Winkeln zu ihren Strecken. Da die VibrationsweUenform Wellenfuiisbionen in drei verschiedenen Ebenen umfasst} kann das Werkstück in einer besonderen Richtung vibriert werden, indem der Vibrator auf die besondere resonante Frequenz eines' bestimmten Teiles des Werkstückes abgestimmt wird, wobei entweder die primäre, die sekundäre oder die tertiäre Wellenfunktion der Vibrationswellenform die resonante Wellenfunktion ist. Dies ist von großer Bedeutung, da es festgestellt worden ist_p daß die Vibrations-Entspannungsbehandlung schneller und wirkungsvoller ist, wenn die einem Werkstück auferlegte Vibration parallel zu der Spannung in dem Werkstück verläuft,, Infolgedessen ist es möglich, diese drei Funktionen bei der Entspannungs·=

behandlung von in'dem Werkstück zurückbleibenden - zu verwenden^ indem auf die Wellenfunktion abgestielt die parallel zu der Spannung verläuft_s so daß öle Entspannung mit größtem Wirkungsgrad und in d©r kürzesten Zeitdauer eraielt wird. Unter Bezugnahme auf Figur 1 stiianat die Badisnungs·= person asur Entspannung der Schweißnaht E auf ©in© primär© oder Rayleigh-Wellenfiinktloii im d®m resonant on Frequensbe= reich für die Schweiss&aht Sl &&„ um «Si© Schweißnaht L au ©nt=· spasmen9 stisrat ii® BeiieauEgspersoia
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In einigen Fällen sind die inneren Spannungen in dem Werkstück das Ergebnis elastischer Verformung oder elastischer Verschiebung der Moleküle, und es ist lediglich eine Vibration in einem Maß erforderlieh, durch das eine elastische Bewegung der gekannten Moleküle hervorgerufen wird, um die Moleküle zurück in ihre normale oder ungespannte Stellung in dem Kristallgefüge des Metalls zu bewegen. In anderen Fällen haben die inneren Spannungen auf den Molekülen eine plastische Verformung der Moleküle hervorgerufen und es ist in diesen Fällen eine Vibration erforderlich, die ausreicht, um die plastische Verformung der gespannten Moleküle in dem Kristallgefüge fortzusetzen, um die Moleküle in eine versetzte stabile Stellung zu bringen, wobei Schlupfebenen in dem Kristallgefüge des Metalls erzeugt werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Entspannung eines Werkstückes durch Vibration, dadurch gekennzeichnet, daß. das Werkstück in dem Frequenzbereich der resonanten Spitze für jedes Teil des zu entspannenden Werkstuckes vibriert wird und die Vibration in dem Frequenzbereich jeder bestimmten resonanten Spitze aufrechterhalten wird, während die Amplitude der Spitze zunimmt, die für die Erzeugung der Spitze erforderliche Energie abnimmt und.der Frequenzbereich abnimmt, bis sich die für die Erzeugung der Amplitude erforderliche Energie im wesentlichen stabilisiert hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück in einer Richtung parallel zu den Spannungen in dem Werkstück vibriert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die dem Werkstück auferlegte Vibrationswellenform eine primäre Wellenfunktion in einer Ebene, eine sekundäre Wellenfunktion, die in einer Ebene entwickelt wird, die rechtwinklig zu der Ebene der primären Wellenfunktion verläuft, und eine tertiäre Wellenfunkti'on

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dyi.Q/\Ätfth9lnt/Axblflahsmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

umfasst, die in einer Ebene entwickelt wird, die rechtwinklig zu der Ebene der primären Wellenfunktion und der sekundären Wellenfunktion verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück in einer Richtung parallel zu der Richtung einer bestimmten Spannung vibriert wird, indem die Einrichtung für die Vibration des Werkstückes auf eine resonante Frequenz eines bestimmten Teiles des Werkstückes abgestimmt wird, bei der die sich parallel zu der bestimmten Spannung bewegende Wellenfunktion die dominante resonante Wellenfunktion ist.

k. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Werkstück über einen bestimmten Frequenzbereich vibriert wird und die Änderungen der Amplitude der Vibrationswellenform und der für die Erzeugung der Amplitude erforderlichen Energie mit. den Frequenzänderungen aufgezeichnet werden, so daß der Frequenzbereich der resonanten Spitzen für jedes Teil des Werkstückes bestimmt werden kann.

5ο Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Frequenzbereich zwischen ^OO und 8¹OOO Perioden pro Minute liegt,

6. Verfahren nach Anspruch ^!i₉ dadurch gekennzeichnet', daß die Frequenz, die Amplitude und die für die Erzeugung der Amplitude erforderliche Energie fortlaufend aufgezeichnet werdenj um eine Aufzeichnung der auf ein bestimmtes Werkstück ausgeübten Vibrations-Entspannungsbehandlung und derer Ergebnisse au erhalten. .

7. Vorfahren nach Anspruch k_$ dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrenssehritfce der Vibration des Werkstückes über den bestirntsten Frequenzbereich uad des Aufzeichnung der Änderungen der Vibratiorieamplitude und. ü&r für die Erzeugung der Amplitude erforderlichen Energie mit Frequenzanderungen wiederholt werden^ u® festzustellen, ob das Werkstück von allen Spannungen befreit worden ist und ob neue Spannungen in dom Werkstück hervorgerufen worden sind.

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BAD ORlGiNAL

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich der resonanten Spitzen für die neu hervorgerufenen Spannungen bestimmt wird, die Richtung der ausgeübten Vibration umgekehrt wird und das Werkstück für eine kurze Zeitdauer in dem Frequenzbereich der resonanten Spitzen für die neu hervorgerufenen Spannungen vibriert wird, bis eine zufriedenstellende Spannungsverringerung erzielt wird.

9. Gerät zur Entspannung eines Werkstückes durch Vibration_s mit einem Vibrator, der lösbar an dem Werkstück angeklemmt werden kann, einem Beschleunigungsmesser, der lösbar an dem Werkstück in Abstand von dem Vibrator befestigt werden kann, um die Amplitude der dem Werkstück auferlegten Vibrationswellenform zu messen, gekennzeichnet durch eine elektrische Steuer- und Überwachungsschaltung, die eine verstellbare Stromsteuereinrichtung (25) umfasst, die zwischen einer elektrischen Stromquelle und dem Vibrator {lh) geschaltet ist, um den den Vibrator (lA) zugeführten Strom und dadurch die Frequenz der dem Werkstück (12) verliehenen Vibration zu verstellen, sowie eine Anzeigeeinrichtung (22), die mit der Stromsteuereinrichtung und mit dem Beschleunigungsmesser (l6) verbunden ist, um die Frequenz und die Amplitude der dem Werkstück (l2) auferlegten Vibration sowie den für die Erzeugung der Amplitude erforderlichen Strom anzuzeigen.

10. Gerät nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet,

die Anzeigeeinrichtung (22) eine Oszilloskop-Ablesseinrich» tung (32) umfasst.

11. Gerät nach Anspruch 9^ dadurch gekennzeichnet, iaß die Anzeigeeinrichtung (22) eine Bandschreilier-Ablesoeinrichtung (3^) umfasst, die ein Band (-kj) aufweist, auf d®as di® die Amplitude und der zur Erzeugung der Amplitude u©r Werkstück (l2) auferlegten Vibration erforderlich© Strom asu gezeigt werden.

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.12. Gerät nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (22) eine Ziffernableseeinrichtung (36) umfasst, die mindestens eine Ziffernanzeigevorrichtung (47, 48 oder 49) umfasst, die der Anzeige der Frequenz, der Amplitude oder des Stromes dient, der für die Erzeugung der Amplitude der dem Werkstück (12") auferlegten Vibration erforderlich ist.

13. Gerat nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziffernableseeinrichtung (36) drei Ziffern-anzeigevorrichtungen (47, 48 und 49) aufweist, die der Anzeige der Frequenz, der Amplitude bzw. des Stromes dienen, der für die Erzeugung der Amplitude der dem Werkstück (l2) auferlegten Vibration erforderlich ist.

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