DE19844007C2 - Thermostatisierbare Kammer für die Beschickung einer Prüfmaschine mit Proben für Kerbschlagbiegeversuche - Google Patents

Thermostatisierbare Kammer für die Beschickung einer Prüfmaschine mit Proben für Kerbschlagbiegeversuche

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Description

Die Erfindung betrifft ein thermostatisierbare Kammer mit einer Beschickungseinrichtung zum Beladen mit Proben und Temperieren darin sowie mit einer Entnahmeeinrichtung für die Beschickung einer Prüfmaschine für Kerbschlagbiegeversuche. Die Kammer ist in ihren Wänden von Kanälen durchzogen ist, durch die Kühl- oder Wärmemittel geströmt werden kann.
Kerbschlagbiegeversuche sind ein wesentlicher Bestandteil der Materialprüfung, mit ihnen kommt man zu zuverlässigen Aussagen über spezifisches Materialverhalten. Hierzu werden Serien an Proben gleichen Materials und gleicher Geometrie verwendet, die unter gleichen Bedingungen dem Kerbschlag ausgesetzt werden.
Eine Beschickungsvorrichtung mit Temeperiereinrichtung für Kerb­ schlagproben wird in der DE-25 42 664 A1 beschrieben. Sie hat eine Auflageschiene für die Proben, die in einem Füllstück in der Temperiereinrichtung gehaltert ist und daraus beidseitig herausragt. Eine Laufzunge in der Auflageschiene, die unter die Proben bewegbar ist, transportiert diese. Klappen sind in fe­ sten, den Proben angepaßte Abständen zu der Auflageschiene ange­ bracht und erlauben den Transport in nur eine Richtung. Eine Vertiefung an der Spitze der Laufzunge nimmt jeweils die vorder­ ste Probe auf und bringt sie unter einer Arretierung an dem dem Schlagwerkzeug zugewandten Ende der Auflageschiene in den Wir­ kungsbereich desselben.
In der DE 196 14 966 C1 wird eine Prüfmaschine für Kerbschlagbiege­ versuche mit zusätzlichen Einrichtungen vorgeschlagen, die stets gleiche Verhältnisse vor dem unmittelbaren Kerbschlag einrich­ tet. Hierzu gibt es eine Probenkammer, in der jeweils ein Prüf­ ling zunächst in eine Temperiereinrichtung geschoben und nach Erreichen der Temperatur über weitere Schiebeeinrichtungen posi­ tionsgenau auf dem Auflager der Kerbschlageinrichtung weiter transportiert wird.
Aus der DD 261 720 A3 ist eine Temperiereinrichtung für eine Prüfanordnung zur automatischen Kerbschlagbiegeprüfung bekannt. Die Temperiereinrichtung ist ein doppelwandiger, isolierter Be­ hälter mit Temperaturregler und Temperaturmeßeinrichtung und beigeordneter Probenvortemperiereinrichtung. Im Mantel des Be­ hälters ist eine unter Gefälle verlegte Rohrleitung, durch die Kühlmedium, vorzugsweise flüssiger Stickstoff, in Richtung eines Reservoirs strömt. Im Behälter ist ein Probenkörpermagazin mit maximal 15 übereinander liegenden Proben eingebracht. Das darin fixierte Magazin ist über Öffnungen in der Stirnseite der Kammer mit einer Probentransporteinrichtung und ausgangsseitig mit La­ gern der Kerbschlageinrichtung gekoppelt. Nach Entladung des Ma­ gazins muß dasselbe außerhalb neu geladen und dann wieder einge­ schoben sowie fixiert werden, um erneut eine Serie von maximal 15 Kerbschlagbiegeversuchen durchzuführen.
Der Takt, mit dem eine Versuchsserie gefahren werden kann, wird grundsätzlich von der Temperierung bestimmt. Erwärmen oder Ab­ kühlen ist zeitdominant und macht sich mit zunehmender Proben­ zahl einer Serie entsprechend zeitraubend bemerkbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Taktrate bei Ver­ suchen mit Prüfmaschinen für Kerbschlagbiegeversuche zu erhöhen, so daß Großserien mit erträglichem zeitlichen Aufwand wirt­ schaftlich vertretbar gefahren werden können.
Die Aufgabe wird durch eine thermostatisierbare Kammer gemäß dem Oberbegriff und den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruch 1 ge­ löst.
An der Beschickungsöffnung der Kammer endet eine erste Proben­ transporteinrichtung (2), über die untemperierte Proben (5) ei­ ner Serie in beliebiger Anzahl im Rhythmus der Entnahme zur Be­ schickung des Kerbschlagwerks sukzessive in die Kammer nach und darin vorwärts geschoben werden. An der Entnahmeöffnung der Kam­ mer setzt eine zweite Probentransporteinrichtung (1) an, über die die in der Kammer beim Durchlauf temperierten Proben (5) un­ ter Berücksichtigung der Schlagfrequenz entnommen und auf den Amboß der Prüfmaschine transportiert werden. Die Kammer hat ei­ nen quaderförmigen Hohlraum und ist aus metallischen, gut wär­ meleitenden Wänden. In dieser Kammer liegen die Proben (5) gleichartig aneinander gereiht. Die vorderste Probe (5) liegt bis mindestens zum Erreichen der vorgegebenen, homogen in ihr verteilten Temperatur unmittelbar vor der Entnahmeöffnung zur Beschickung über die zweite Transporteinrichtung (1) bereit.
Eine Heizeinrichtung liegt außen an den metallischen Wänden der Kammer an. Unter Einbeziehung der Steuerung des Kühl- /Wärmemitteldurchflusses durch die Kammerwände kann jede Tempe­ ratur in dem quaderförmigen Hohlraum der Kammer zwischen einer tiefsten und höchst möglichen eingestellt und thermostatisiert werden.
Das Kammer wird zunächst beladen, bis die allererste Probe am Ende der Kammer ankommt und zum Entladen, dem seitlichen Aus­ schieben, bereit liegt. Ab dann wird in einem Takt beladen und entladen, bis die Serie durchgelaufen ist. Die material- und temperaturabhängige Temperierzeit ist somit ein ganzzahliges Vielfaches der Taktzeit für das Be- und Entladen, wobei das ganzzahlige Vielfache gleich der maximalen Anzahl an Proben in dem Kammer ist, die gleichzeitig dort sein können.
Die Kammer besteht aus zwei ausgefrästen oder gegossenen Plat­ ten, wovon mindestens eine noch von Bohrungen durchzogen ist, die zu mindestens einem Kanal miteinander verbunden sind, durch die das entsprechende Kühl- oder Wärmemedium geströmt wird.
Der steuerbare Entladeschieber schiebt die temperierte Probe entlang der Einschiebeöffnung gegenüber liegenden Stirnseite po­ sitionsgenau aus der Kammer auf das Auflager der Prüfmaschine bis zum Anschlag.
In den Unteransprüchen 2 bis 7 sind weitere nützliche, nicht triviale Merkmale der Kammer gekennzeichnet.
Die Heizeinrichtung ist eine leistungsstarke elektrische Heiz­ wendel, die mit gutem Wärmeübergang an einer der beiden Kammer­ hälften oder an beiden außen anliegt und nach außen hin mit ei­ ner Isolationsschicht abgedeckt ist. Diese Schicht isoliert so­ wohl bei Wärme als auch bei Kälte (Anspruch 2).
Die beiden Platten sind im einfachsten Fall aufeinander gelegt und zusammen geschraubt und bilden durch ihre Ausnehmungen so den quaderförmigen Hohlraum und Prozeßraum für das Temperieren mit einer festen Geometrie (Anspruch 3) oder aber die beiden Hälften fügen sich schachtelförmig ineinander, wodurch der qua­ derförmiger Hohlraum in seiner Höhe über Schrauben in Grenzen kontinuierlich verstellbar ist (Anspruch 4). Letzteres würde an einer umfassenden Heizeinrichtung ein flexibles Zwischenstück erfordern. Das ist konstruktiv aufwendiger.
In Anspruch 5 sind Temperaturfühler(-sensoren) gekennzeichnet, die die Temperatur der im Kammer vorrückenden Proben, insbeson­ dere die vor dem Ausstoß an der Stirnwand liegende Probe abta­ sten. Die Fühler sind mit einer Automatisierungseinrichtung ver­ bunden, in der z. B. rechnergestützt die örtlichen Temperatursi­ gnale in den gesamten Prozeßablauf einbezogen werden.
Die Bewegung des Beladeschiebers und des Entladeschiebers werden über Wegsensoren überwacht. Die Wegsensoren sind ebenfalls mit der Automatisierungseinrichtung verbunden, in der Ihre Signale zur Steuerung des Prozeßablaufs einfließen (Anspruch 6).
Die Kammer mit Temperiereinrichtung zur Durchführung der kon­ duktiven Temperierung hat den Vorzug, daß das Kammer, nachdem die allererste Probe in der Entladeposition angekommen ist, stets maximal gefüllt ist.
Die höchste zu fahrende Taktfrequenz, fmaxTakt, für den Ausstoß der Proben ergibt sich aus der notwendigen Aufwärmzeit, tminTemp, einer Probe geteilt durch die maximale Anzahl von n Proben in der Kammer, also
fmaxTakt = n/tminTemp.
Die Aufwärmzeit ist auch die Durchlaufzeit einer Probe durch die Kammer. Die Taktzeit, aus der sich die Taktfrequenz für das Be- und Entladen ergibt ist ein ganzzahliger Bruchteil der Tempe­ rierzeit, nämlich gleich der maximalen Stückzahl gleichzeitig sich in der Kammer befindlicher Proben. Es ist lediglich noch der Zeitverzug durch das Aufladen der Kammer - eine Art Verzugs­ zeit - aufzubringen, danach wird die Prüfmaschine in diesem kur­ zen Takt betrieben. Die Verzugszeit tritt am Ende der durchlau­ fenden Serie als Entleerungszeit der Kammer nochmals auf. Je hö­ her die Bestückungszahl der Kammer ist, um so zeitlich vorteil­ hafter wird es für die Bearbeitung großer Probenserien. Die Kam­ mer ist einerseits ein Probenspeicher, bei dem nach dem "first- in first-out"-Prinzip eine ausreichend lange Temperierzeit er­ reicht wird, jede Probe befindet sich ja mit dieser Temperier­ zeit in der Kammer, wobei diese Zeit im wesentlichen durch die Temperatur und Materialparameter sowie die Leistung der Tempe­ riereinrichtung festgelegt ist.
Die Anwendung des konduktiven Temperierkonzepts hat den Vorteil, daß die Kammer zwei Funktionen erfüllen kann, nämlich das Be- und Entladen und das Temperieren während des Probendurchlaufs. Die Kammer kann auch für große Probenmengen kompakt ausgeführt werden, wodurch kurze Beladezeiten und kurze Transportwege auf­ rechterhalten werden können. Die Anpassung an unterschiedliche Probengeometrien ist mit geringem Aufwand möglich. Kammern mit in Grenzen verstellbarer Hohlraumhöhe sind herstellbar.
Mit der Kammer in seiner Doppelfunktion können mehrere hundert Proben an nur einem Tag mit einer Prüfmaschine verarbeitet wer­ den. Es sind Kerbschlagbiegeversuche an temperierten Werkstoffen unter industriellen Bedingungen mit hoher Taktrate durchführbar, z. B. Taktzeit zweier aufeinander folgender Prüfversuche < 30 sec.
Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden anhand der Zeichnung mit ihrer einen schematischen Figur näher erläutert: Der Grundkörper der Kammer besteht aus zwei ausgefrästen, auf­ einander liegenden und miteinander verschraubten Platten aus Me­ tall (Alu, Stahl < 300°C, Kupfer ≦ 300°C, Messing), die den Tem­ perierkörper 4 bilden, und ist für die aneinandergereihte, gleichzeige Aufnahme von mehr als zwanzig gleichen, stäbchenför­ migen Proben vorgesehen. In der Figur ist die Kammer im Mitten­ schnitt durch den durch das Zusammenliegen gebildeten quaderför­ migen Hohlraum dargestellt. Die Metallplatte ist schräg schraf­ fiert. In ihr sind die stäbchenförmigen Proben 5 aneinanderge­ reiht, die nacheinander durch die Stirnseite mit dem Belade­ schieber 2 in die durch den Pfeil angezeigte Richtung in die Kammer eingeschoben werden. Hat die allererste Probe 5 die ge­ genüberliegende Stirnwand erreicht, beginnt der Ausstoßvorgang mit dem Entladeschieber 1, sofern die Probe in der Durchlaufzeit durch die Kammer die Solltemperatur erreicht hat. Die Probe wird dann in der angezeigten Pfeilrichtung zum Auflager der Prüfein­ richtung hin entladen oder ausgestoßen und in die richtige Posi­ tion gefahren. Ist der Entladeschieber wieder völlig zurückge­ fahren, befindet sich also mit keinem Bereich mehr in dem qua­ derförmigen Hohlraum der Kammer, wird die an der Stirn des Bela­ deschiebers 2 in Position liegende Probe 5 in den Hohlraum ge­ schoben, dabei wird der Probenstapel in der Kammer um eins wei­ tergeschoben.
Die Platte ist mit Bohrungen durchsetzt (parallel zur Bildebene) die über Bögen hier zu nur einem Kanal verbunden sind, durch den das Kühl- oder Wärmemedium über eine Pumpe im Reservoir geströmt wird. Diese strömungstechnisch betriebene Temperiereinrichtung als auch die ergänzende, an der Platte außen anliegende Heizein­ richtung sind der Übersichtlichkeit halber in der Figur nicht angedeutet. Die ganze Kammer ist zur Isolierung vor Kälte oder Wärme und zur Thermostatisierung in die Isolierschicht 3 (gekreuzt schraffiert) gepackt. Aus regelungstechnischen Gründen ist es oft sinnvoll, die Heizwendeln ständig einzusetzen, d. h. auch bei Temperaturen, die kleiner als die Umgebungstemperatur sind.
Das Kammer ist für eine Temperierung im Bereich von -196°C (flüssiger Stickstoff) bis zu 700°C (mit anliegender elektri­ scher Heizwendel) ausgelegt und damit vielfältig einsetzbar. Durch die Wegsensoren an den Schiebern und die Temperaturfühler im Temperierraum kann der Prüfprozeß rechnergesteuert und damit voll automatisiert ablaufen; ein Vorteil für Großserien-Versu­ che.
Bezugszeichenliste
1
Entladeschieber
2
Beladeschieber
3
Isolierung
4
Temperierkörper
5
Proben

Claims (7)

1. Thermostatisierbare Kammer mit einer Beschickungseinrichtung zum Beladen mit Proben und Temperieren darin sowie mit einer Entnahmeeinrichtung für die Beschickung einer Prüfmaschine für Kerbschlagbiegeversuche, wobei die Kammer in ihren Wänden von Kanälen durchzogen ist, durch die Kühl- oder Wärmemittel geströmt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß
an der Beschickungsöffnung der Kammer eine erste Probentrans­ porteinrichtung (2) endet, über die untemperierte Proben (5) einer Serie in beliebiger Anzahl im Rhythmus der Entnahme zur Beschickung des Kerbschlagwerks sukzessive in die Kammer nach und darin vorwärts geschoben werden, und
an der Entnahmeöffnung der Kammer eine zweite Probentrans­ porteinrichtung (1) ansetzt, über die die in der Kammer beim Durchlauf temperierten Proben (5) unter Berücksichtigung der Schlagfrequenz entnommen und auf den Amboß der Prüfmaschine transportiert werden,
die Kammer einen quaderförmigen Hohlraum hat und aus metalli­ schen, gut wärmeleitenden Wänden besteht, in der die Proben (5) gleichartig aneinander gereiht liegen, und die vorderste Probe (5) bis mindestens zum Erreichen der vorgegebenen, ho­ mogen in ihr verteilten Temperatur unmittelbar vor der Ent­ nahmeöffnung zur Beschickung über die zweite Transportein­ richtung (1) bereit liegt,
außen an den metallischen Wänden der Kammer eine Heizeinrich­ tung anliegt, mit der unter Einbeziehung der Steuerung des Kühl-/Wärmemitteldurchflusses durch die Kammerwände jede Tem­ peratur im quaderförmigen Hohlraum der Kammer zwischen einer tiefsten und höchst möglichen thermostatisiert werden kann.
2. Thermostatisierbare Kammer nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Heizeinrichtung eine elektrische Heizwendel ist, die an der mit dem Strömungskanal durchsetzten Platte außen anliegt und die Kammer samt Heizwendel von einer die Wärme gar nicht oder allenfalls nurmehr schlecht leitenden Isolationsschicht (3) umgeben ist.
3. Thermostatisierbare Kammer nach Anspruch 2 dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Platten der Kammer aufeinander lie­ gen und verschraubt sind.
4. Thermostatisierbare Kammer nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die beiden Platten der Kammer schachtelar­ tig ineinander fügen, so daß die Höhe des quaderförmigen Hohlraums über Schrauben in Grenzen kontinuierlich verstell­ bar ist.
5. Thermostatisierbare Kammer nach den Ansprüchen 3 und 4, da­ durch gekennzeichnet, daß Temperaturfühler im Hohlraum der Kammer die Temperatur der durchlaufenden Proben (5) abtasten und die Temperaturfühler an eine Automatisierungseinrichtung angeschlossen sind.
6. Thermostatisierbare Kammer nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß entlang des Weges des Beladungs- (2) und Entla­ deschiebers (1) Wegsensoren angebracht sind und diese an die Automatisierungseinrichtung angeschlossen sind.
7. Thermostatisierbare Kammer nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Proben (5) auf ihrem Schiebeweg in dem Hohlraum zum Ausstoß hin auf Schienen gleiten.
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