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Einrichtung zur Erzeugung periodisch wechselnder Drücke in hydraulischen
Prüfmaschinonanlagon Die Erfindung bezieht ich auf eile Einrichtung zur Erzougung
periodisch wechselnder Drücke, insbesondere in hydraulischen Prüfmaschinenanlagen
mit einem Arbeitssylinder und einer Pulsatorpumpe konstanter Fördermenge sowie einem
als Speicher wirkenden Aufnahmebehältor.
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Um periodisch wechselnde Drücke in Prüfiaschinen zu ersougen, ist
die Benutzung einer Einkolbenpumpe ohne Rückschlagventile bekannt, wobei durch die
auf- und abgehende Kolbenbewegung periodimch @1 im angeschlossenen Prüfmaschinenzylinder
komprimiert und expandiert wird. Zur Beeinflussung des unteren und des oberen Schwellwertes
eines solchen poriodisch wechselnden Druckes ist es bekannt, den Exzenter sum Antrleb
des Pumpenkolbens in seiner Exsentrisität veränderlich zu @ Achen (Gbm 1 707 504).
Auch ist es bekannt, die Wirkung eines veränderlichen Exssnters mit Hilfe von zwei
in der Phass gogeneinander verschioblichen Punpenkolben su orzielen (DBP 1 033 513).
Au@erdem ist eine Vorrichtung @ur Erzeugung woch@@inder Drücke in hydraulischen
Werkstoff-Prüfmaschinen mit wonigstens einem Zylinder und Kolben bekannt,
dessen
Hub während des Betriebes veränderbar ist.
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Dazu wird sowohl der Kolben als auch der Zylinder relativ zu im Raum
featliegenden Acheen ständig, und zwar vorgugeweise gleichartig und iit gleicher
Drehzahl bewegt (DRP 752 036).
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Diese bekannten Verfahren haben den Mangel des erheblichen mechanischen
Aufwandes und es erfordert die Unstellung von einem auf einen anderen Pumpenhub
stets eine gewisse Zeit, dio bei einer Programmstouerung der inlage nicht zur Verfügung
@teht. @ine weitere bekannte, aus mchreron Pumpenelementon bestohonde Pumpe für
pulaierende Förderung zur Erzeugung einer Schwinglast bei Werkstoffprüfmaschinon
(DBP 947 757) weist zwar diesen Nachteil nicht auf, besitzt ader don Mangel der
zwar foinstufigen, aber nicht @tufonlosen Einstellmöglichkeit. Schließlich ist eine
hydraulische Einrichtung zur Erzeugung periodisch innerhalb regelbarer Grenzen veränderlicher
Belastungen, insbesondere für Werk-@toffprüfmaschinen bekannt, wobei eine Pumpe
mit konstanter Fördermonge Verwendung findet, die zu einem kleineren oder grö@eron
Teil von einem in seiner Aufnahmefähigkeit verstellbaren Speicher aufgenommen und
nur zum Restteil der Prüf-@@@chine zugeführt wird. Die Verstellung der Aufnahmefähigkeit
des Speichers ist aber ebenfalls schr aufwendig.
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In nachteiliger Weise benötigen jedoch all diese bakannten Einrohtungen
eine ams einer Pumpe mit Überströmventil und Rückashlagventil bestehonde Zu@@tzvorrichtung,
wobei an Stelle des Rücksehlagventils auch. eine Drossel verwendet werden kann.
Eine solche zusätzliche Vorrichtung bedeutet iii dem au@erdem notwendigen Pumponantrieb
einon beträchtlichen Mchraufwand. Diesen Mangel zu behobon und vollprogrammiert
periodisoh wechseinde Drücke zu erseugen, ist die Aufgabe der verliegendon Erfindung.
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Es schlägt daher die Erfindung vor, zur Regelung der Schwingmmplitude
im angeschlo@@@nen Arbeitszylinder in mehrfmcher Verzweigung des @lstromes je eine
einstellbare Dro@@@l zwi@chen Pulsetorpumpe und Arbeitesylinder und zwiechen Pulsetorpumpe
und Aufnahmebeh@lter vorzusehen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind sur Regelung des Mittelwertes
der Schwingung im angeschlogsenen Arbeitazylinder zwei einstellbare Drosseln zwischen
Pulsatorpumpe und Arbeitesylinder angeordnet, in deren Verbindungsleitung @inermeite
sin sum Arbeit@@ylinder @ffnendes Rückschlagventil, anderer@@ite @in sur Pulsatorpumpe
öffnandes Rüokachlagventil eingebaut ist.
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Ferner schlägt die Erfindung vor, die beiden Drosseln in eines Stouorechieber
so su vereinigen, dsß die Summe dor @ffnung@quercchnitte angenähert konstant ist.
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Ein weiteres Morkmml der Erfindung b@@taht darin, die Stellung dem
Stouor@chiebers durch sin Regelventil im geschlos-@onon Rogolkreis abhängig von
g@@@@@@non Istwert der Schwingamplitude und einon vorgogebenen Sollwert zu regeln.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung und den Zeichnungon.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise und in @ch@@@tioohen
Daratellungon verangchaulicht, und awer seigt: Fig. 1 eine Präfanlage mit der Anordnung
der vorge-@chlagonon Droisseln und Fig. 2 den Ersatz dieser Drosseln durch Stauer@ehieber.
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Die Puls@torpumpe nach Fig. 1 besteht aue dem Zylinder 1 dem Pumponkolben
2 und dem Exsonter 3. An don Zylinder 1
ist einerseits über eine
Drossel 4 der Arbeitszylinder 5 einer Prüfmaschine angeschlossen, dessen Kolben
6 die periodisch wechselnden Kräfte auf das Prüfstück 7 ausüben soll.
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Gleichzeitig ist an den Pumpenzylinder 1 ein als Speicher wirkender
Aufnahmsbehälter 8 ait konstantem Volumen, d. h.
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auch konstantem Aufnahmevermögen über eine Drossel 9 angeschlossen.
Wenn die Drossel 4 ganz geöffnet und die Drossel 9 ganz geschlossen ist, so geht
die volle Fördermenge der Pulsatorpumpe in den Arbeitzzylinder 5 der Prüfmaschine.
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Wenn andererseits die Drossel 4 ganz geschlossen und die Drossel 9
gznz geöffnet ist, dann atrömt die gesamte Fördarmenge in don Aufnahmobeh@lter 8,
so daß das Prüfstück 7 nicht belastet wird.
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Jede mögliche Zwischenstellung der Droggeln 4 und 9 ergibt eine bestimmte
@lverteilung zwischen Arbeitezylinder 5 und Aufnahmebehälter 8, d.h. die Amplitude
des periodisch wech-@@indAn Druckes kann durch richtige Einstellung der Drosseln
4 und 9 herbeigeführt werden. Dz nun die Fördermenge je Hub des Kolbens 2 der Puleatorpumpe
inner konstant ist, wird zweckmäglg auch die Summe der Drosselquerschnitte 4 und
9 konstant gemacht, d.h. die beiden Drosseln werden von einem gemeinsamon Antrieb
so verstellt, daß die eine geschlossen wird, während die andere öffnet und umgekehrt.
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Es stellt sich an der Drossel 4 ein Druckabfall ein, der von der @lg@@chwindigkeit
in der Drossel abhängig ist. Wenn nun die erfindungsgem@@ weiterhin vorgenchene
Drossel 10 geöffnet und die au@@rdem eingebaute Drossel 11 geschlossen ist, damm
geht ein anteiliger @lstrom durch die Dros@@@l 10 und das sugehörige Rückschlagventil
12, wird gleiohgerichtet und erhöht dei Druck im Arbeitssylinder 5. Eine Öffnung
der Drossel 11 ergibt eine Erniedrigung des Druckniveaus im Arbeitasylinder 5 durch
Abziehen von Öl durch ein dieser Drossel 11 sugeordnetes @ückschlagventil 13.
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Es kann der letztgenannte Vorgang im folgenden Fall von Bedeutung
sein: Es sei al Versuchabedingung vorgegeben, daß im Arbeitszylinder 5 ein periodisch
wechselnder Druckverlauf mit einem Mittelwert von 10 atü und einer Sohwingweite
von + 5 at erzeugt werden soll, d.h. unterer Schwellwert der Schwingung 5 atQ, oberer
Schwellwert 15 atü. Es wird ferner angenommon, daß hierzu nur ein kleiner Teil der
Fördermenge der Pulsatorpumpe gebraucht wird, d.h. die Drossel 4 nahezu geschlossen
und die Drossel 9 demgomäß offen ist, und es strömt der größte Teil der Fördermenge
in den Aufnahmebehälter 8. Er erzeugt darin einen periodisch wechselnden Druckverlauf
großer Schwingweite von beispielsweise t 80 at. Au diesem Beispiel geht hervor,
daß der Mitteldruck in Aufn@hmebehälter 8 vor Beginn der Versuche hoch genug sein
muß, im Beispiel jedenfalls höher als 80 atü.
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Es wird die Pulmatorpumpe eingeschaltet, während die Drossel 9 ganz
geöffnet und die Drossel 4 vollständig geschlossen ist. Sodann wird die Drossel
4 langnam geöffnet, wobei Öl in den Arbeitzzylinder 5 einströmt und dort einen pulaierenden
Druck um einen langsam steigenden Mittelwert erzeugt, der bia zum Mittelwert des
Aufnahmebehälters 8 steigen würde, wenn nicht durch Öffnen der Drossel 11 dafür
gesorgt würde, daß der Mitteldruck sich laufend wieder abbaut.
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Es sollen die beiden einstellbaren Drosseln 9 und 4 so gebaut sein,
daß die Summe ihrer Durchtritt@querschnitte möglichet immer konstant ist. rUr die
Drosseln 10 und 11 gilt @in anderer Be@@@@@ungmgrunda@ts, nach welchem @i@ durch
ein einziges Betätigungsglied geöffnet und geschlossen werden k@unen, jedoch nur
so, daß beimpielsweise erst die Droz-@@l 10 zu öffnen beginnt, wann die Drossel
11 gans geschlosnon ist und umgekehrt.
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Beim Aumführungsbeispiel naoh Figur 2 ist wieder nit 1, 2, 3 die Pulsstorpumpe
benannt, deren Öl in einen Stouersohieber
20 eintritt und von dort
auf den als Speicher wirkenden jufnahmebahälter 21 und den Arbeit@@ylindder 22 der
Prüf@aschine aufgeteilt wird. Zur Prüfmaschine gehört außerd@@ ein tolben 23, das
Prüfetück 24 @owie eine Kraftmeßdose 25. Es übt dar Kolben 23 das Arbeitezylinders
22 über die Kraftmeßdose 25 eine periodisch woch@@inde Xraft auf das Prüfstüok 24
aus.
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Außerdem sind Verstärker 26 und 27 vorgesehen. Von der Kraftmeßdose
25 aus wird in bekannter Weise mit elektronischen Mitteln in des Verstärker 26 der
Mittelwert der Schwingung und in Verstärker 27 die Amplitude der Schwingung gebildet.
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Diese als Istwerte bezeichneten Größen wardon in denselben elektronischen
Geräten 26 und 27 mit vorgegebenen, gegebenonfalle programmierton Sollwerten verglichen
und die Differenzon, die sogonannten Pehlerapannungen, verstärkt. Diejenjge Fohlerspannung,
die angibt, ui wieviel der Mittelwert der Bchwingung vom Sollwert abweicht, wird
von dem veratärker 26 über aine Leitung 28 an ein Regelventil 29 gegeben. Es wird
die Stellung eines Steuerschiebers 30 und damit das @ffnungaverhältnis der beiden
su den Rückschlagventilen 31 und 32 gehörenden Drosselquerschnitte so lange verändert,
bis Sollwert und Istwert übereinstimmen.
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Andererssite wird diejenige Fehlerspannung, die angibt, um wieviel
die Amplitude der Schwingung vom Sollwert abweicht, von dam Verstärker 27 über eine
Leitung 33 an ein Regelventil 34 weitergegeben, welches die Stellung des Steuerschiebers
20 so lange verändert, bis durch Einstellung des richtigen Querschnittwverhältnisses
der beiden ii Steuerschieber 20 vereinigten Drosseln der Sollwert gleich den Istwert
geworder ist.
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Mit 35 ist eime Rilfapumpe für die beiden $egelventile 29 und 34 bananat,
bei danen die Durchfluf@@@ng@ des @l@@ proportional eiaer angelegten elektrischan
Spannung ist, Solche, auch als Servevontile beseichneten Bauelemente sind besenders
sur
Verstellung der Steuerschieber 20 und 30 und sum Einbau in einen geschlossenen Regelkreis
geeignet, wie er in Figur 2 zur Anwendung gelangt.
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Em bestand im Prüfmaschinenbau immer die Forderung, sowohl die Bchwingemplitude
als auch den Mittelwert der Bchwingung nach einon Zeitprogrape ablaufen zu las@@@n,
wa@ biaher beiapielaweies duroh Ver@nderung der Ex@ontrizit@t das Pulsetorantriebe
durch einen Motor laufand entaprecha@d des vorgegebenen Progrann erfolget Bel grogon
Ir@ften, die auf don @xzenter wirken, war dies nur mit @@hr gro@em Aufwand zu verwirklichen
Gemäß dam Erfinaungavorochlag ist diese Programmierung nunmchr einfach durchzuführen,
denn es brauchen nur die Steuerschieber 20 und 30 nach Programm bewegt zu werden.