DE2141510A1

DE2141510A1 - Materialpruefvorrichtung

Info

Publication number: DE2141510A1
Application number: DE19712141510
Authority: DE
Inventors: Per F Dr Ing Erichsen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-08-19
Filing date: 1971-08-19
Publication date: 1973-02-22

Description

"MaterialprUfvorrichtung" Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Materialprüfvorrichtungen fWr schlagartige Beanspruchungen (dynamische Prüfverfahren).
Dynamische Prüfverfahren sind gekennzeichnet durch schlagartige Beanspruchung des zu prüfenden Materials. Die dabei aufzubringende kinetische Energie wird in kpm gemessen. Die Prüfgeschwindigkeit im Bereich der Prüflänge muß gleichförmig sein. Zu den dynamischen Prüfverfahren gehört der sogenannte Durchstoßversuch an Kunststoff-Folien nach DIN 53 373 sowie an Kraftsackpapieren nach Merkblatt 8/II/7o. Zu den dynamischen Prüfungen gehören auch die Schlagfestigkeitsprüfungen zur Ermittlung z. B.
der Schlagbiege-, Schlagtauch-, Schlagtiefzieh- und Schlagzugfe stigkeit (Schnell-Zerreiß-Festigkeit). Weitere Schlag- und Stoßfestigkeits-Prüfungen sind die dynamischen Härteprüfungen, die Stoß- und Sclio ckprüfunge n sowie Kugelfall-Prüfungen.
Bisher wurden zur Durchführung dieser Prüfungen Fallapparaturen mit Fallgewichten verwandt sowie sogenannte Pendelschlagwerke.
Bei den Fallapparaturen wird die genormte gleichförmige Prüfgeachwindigkeit durch eine entsprechende Wahl der Fallhöhe nur annähernd richtig erreicht, da das Gewicht beim Fall zunehmend beschleunigt. Auch mEssen die Gewichte zur Wiederholung der Prüfung angehoben werden, wozu Körperkraft oder Hebezeuge erforderlich sind. Außerdem müssen die Fallteile durch entsprechende Ein richtungen geführt werden, weil die Prüfvorgangs genau achsial durchzuführen sind. Zur Erreichung einer annähernd konstanten Prüfgesckwindigkeit muß man die kinetische Energie der Fallgewichte höher auslegen als es zur Umformung der Materialprobe erforderlich ist, was einen zusätzlichen apparativen Aufwand zur Vernichtung der überschüssigen Energie erforderlich macht (Stoßdämpfer). Fallapparaturen müssen überdies stets senkrecht angeordnet sein. Eine solche Aufstellung ist auch bei den beraits genannten Pendelschlagwerken erforderlich. Da deren Schlagbewegung kreisförmig ist, läßt sich die Linearbewegung an der Probe nur angenähert erreichen.
Es ergibt sich daraus die Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Eine Materialprüfvorrichtung für schlagartige Beansprtichungen (dynamische Prüfverfahren) soll so ausgebildet werden,daß sie an Präzision die bekannten Vorrichtungen übertrifft. Außerdem wird eine konstruktive Vereinfachung und eine Erleichterung der Bedienung angestrebt.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die schlagartige Beansprudiing der Materialprobe mittelbar oder unmittelbar durch den Läufer (Stange) eines feststehenden Linearmotors erfolgt.
Gemäß der weiteren Erfindung ist eine Materialprüfvorrichtung für Durchstoßversuche an Kunststoff-Folien und Papieren unter Verwendung eines auf die Probe in einem Probenhalter auftreffenden Stoßkörpers dadurch gekennzeichnet, daß sich der Stoßkörper am vorderen Ende der Stange des Linearmotors befindet und daß auf einer gemeinsamen Platte davor der Probenhalter befestigt ist mit einem solchen Abstand, daß der Stoßkörper mit einer konstanten Geschwindigkeit auf die Probe trifft.
Linearmotoren sind an sich bekannt. Sie bestehen grundsätzlich aus einem Induktorkamm und einem Läufer in Form einer Stange.
Ein Mehrphasen-Wechselstrom erzeugt im Kamm ein elektromagnetisches Wanderfeld, das auf den Läufer eine Schubkraft ausübt und dadurch diesen in eine geradlinige Bewegung bringt. Dabei ist die Kraft über die gesamte. Schublänge konstant. Der Läufer erreicht in Sekundenschnelle eine konstante Maximalgeschwindigkeit die je nach Polteilung des Induktorkammes oder der angelegten Spannung der Netzfrequenz z. B. 2 - 12 m/s oder höher betragen kann. Der Zeitraum zum Erreichen der Maximalgeschwindigkeit verlängert sich mit zunehmender Masse des Läufers bzw. bei Erhöhung der Gegenkraft am Läufer. Das Betriebsverhalten des Linearmotors, der vom Irehstrom-Asynchronmotor abgeleitet werden kann, läßt sich für die Praxis hinreichend genau berechnen.
Die Eigenschaft des Linearmbtors mittels seines axial zu führenden Läufers direkt eine geradlinige Bewegung auszuführen, macht ihn für die Durchführung von dynamischen Prüfverfahren geeignet. Dabei kann die beliebig wählbare Masse des Läufers in kürzester Zeit und auf kurzem Wege auf eine hohe konstante Geschwiindigkeit beschleunigt werden.
Im Gegensatz zu den Fallapparaturen und Pendelschlagwerken ist beim Linearmotor die Läufergeschwindigkeit im Maximalbereich absolut konstant. Dadurch läßt sich bei den Prüfungen eine gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Präszision erreichen.
Überdies ist die Hublänge beim Linearmotor im Gegensatz zu sämtlichen bisher bekannten Prüfmaschinen unbegrenzt. Weiter ist die Bewegung eines Linearmotors durch Vertauschen zweier Stromphasen umkehrbar. Man benötigt daher keine ickholvorrichtung wie bei den Fallapparaturen und Pendelschlagwerken.
Beim Linearmotor ist die Bewegung des Läufers durch einfache reibungsarme Führungen axial zum Induktorkamm von vornherein gegeben. Man benötigt daher keine aufwendigen IMihrungseinrich tungen wie bei den Fallapparaturen oder Pendelschlagwerken.
Weil die Maxilgeschwindigkeit beim Linearmotor auf kurzem WO ge erreicht wird, ergibt sich auch eine geringere Gesamtlänge.
Bei Verwendung des Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung entfällt auch ein Aufwand zur Vernichtung zusätzlicher Schlagenergie. Durch Polumschaltung kann der Läufer in der Bewegungsrichtung umgekehrt werden. Dabei wird nicht nur die überschüssige Ener-gie vernichtet, sondern der Läufer gleich in die Ausgangsstellung für die nächste Probe zurückgeführt. Gogsbenenfalls können Wirbelstrombremsen eingebaut werden.
Es ist keine senkrechte Anordnung erforderlich wie bei den Fallapparaturen und Pendelschlagwerken. Eine Materialprüfvorrichtung nach der Erfindung kann waagerecht aufgebaut werden, so daß dadurch das Einlegen oder Einspannen der Probe und auch evtl. das Temperieren derselben erleichtert wird. Auch kann die Vorrichtung nach der Erfindung durch Auflegen auf einen Tisch in sitzender Stellung des Bedienenden einfacher und bequemer und rationeller als die bekannten Vorrichtungen bedient werden.
Bei Linearmotoren mit ortsfest montierter¢Induktorkamm und beweglichem Läufer, der den Verformungsvorg;ang bei der Materialprüfung vornimmt, kann an dem Läufer genau wie bei den herkömmlichen dynamischen Prüfvorrichtungen sowohl Kraftmeßelemente <Dehnmeßstreifen, piezo-elektrische Lastzellen) wie auch Wegaufnehmer, z. B. Differen#tial-Transformatoren, also elektrische Geber montiert werden. Die Meßwerte desselben ergeben an Oszillo graphen ein Kraft-Dehnungs-Diagramm oder sie zeigen am Integrator die geleistete Arbeit (Schädigungsarbeit) und die Höchstlast direkt analog oder digital an. Die sogenannten elektrischen Meßwerte können auch bei Anwendung der Erfindung in Ahalogrechnern gespeichert und passend umgerechnet sowis auf Druckern numerisch festgehalten werden.
Kinetische Energien, wie sie für dynamische Prüfungen benötigt werden, im Bereich von 0-6000 kpm und mehr und Prüfgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 0-24 m/sec sind ohne weiteres mit einem Linearmotor zu erzielen.
Die geradlinige Bewegung des Linearmotors ist gegenüber der Schlagbewegung eines Pendelschlagwerkes ein wesentlicher Vorteil weil die Prüfkörper einachsial und nicht biachsial beansprucht werden. Dies kann zu Fehlergebnissen führen.
Die kinetische Energie des Läufers des Linearmotors kann aus der Masse und der Geschwindigkeit des Läufers oder auch aus der Stromleistungsaufnahme ermittelt werden. Die Restenergie nach Durchführung der Prüfung ist entweder'an einer hinter der Probe angebrachten Kompressionsfeder oder an der Stromleistungsaufnahme für die Abbremsung des Läufers ablesbar. Genaueste und direkte Meßwertergebnisse liefern die elektrischen Lastzellen und Wegaufnehmer.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen.
Fig. 1 und 2 zeigen tin Ansicht und in Aufsichtt eine Vorrichtung für den Durchstoßversuch an Kunststoff-Fol-ien oder Kraftsackpapieren, Fig. 3 zeigt diese Vorrichtung in Funktion, Fig. 4 ist die Aufsicht auf eine Vorrichtung nach der Erfindung zur Irchführung des Schnellzerreißversuchs, Fig. 5 zeigt die Anwendung der Erfindung beim Prüfkopf für den sogenannten Bulgetest, Fig. 6 zeigt die Anordnung für einen Schnelizerreißversuch mit Verdoppelung der Geschwindigkeit, Nunmehr wird die Vorrichtung nach Fig. 1 bis 3 beschrieben.
Die DurchstoBversuche an Kunststoff-Folien werden nach DIN 53 373 durchgeführt, die an Kraftsackpapieren nach Merkblatt 8/IIr70. Man verwendete bisher Fallapparaturen, gelegentlich auch Pendelschlagwerke.
Die Vorrichtung nach der Erfindung besteht aus dem Linearmotor 11, durch Befestigungsmittel 12 auf der Platte 10 angebracht.
13 ist der Läufer des Motors in Form einer Stange. Am vorderen Ende der Stange, das links aus dem Motor herausragt, befindet sich das Kraft-Metelement 14 und davor der Stoßkörper 15. Am rechten Ende berührt die Stange 13 einen Anschlag 16.
Auf der Platte 10 ist außerdem auf dem Gegenlager 18 der Probenhalter 17 mit der eingespannten Probe 19 befestigt.
Beim Einschalten des LlneParmotors stößt die Stange 13 in Richtung des Pfeiles vor und beansprucht mit ihrer maximalen Geschwindigkeit die Probe 19, die auf Fig. 3 dargestellt ist.
Durch Umsteuerung wird die Stange 13 wieder in die Ausgangsstellung zurückgeführt bis zum Anschlag 16.
Fig. 4 zeigt die Aufsicht auf eine im Prinzip dargestellte Vorrichtung nach der Erfindung zur Durchftihrung eines Schnellzerre ißversuches (Schlagzugfestigkeitsprüfung). Der Linearmotor 41 mit der Stange 43 ist auf der Platte 40 befestigt Die Probe 42 ist einerseits in den festen Probenhalter 44 eingespannt, andererseits in den beweglichen Probenhalter 450 Dieser ist auf den Ausweichkörper 46 befestigt9 der in den Tei len 47 geführt wird.
Die Funktion ist wie folgt: Der U-förmige am vorderen Ende der Stange 43 befestigte StoB-körper 48 trifft mit Höchstgeschwindigkeit auf den Auswelchkörper 46, wodurch die Probe 42 schlagartig auf Zerreißen beansprucht wird.
Bei der Prüfvorrichtung nach Fig. 5 ist der Linearmotor 51 ebenfalls fest auf einer Platte 50 befestigt. Die Stange 52 des Linearmotors trägt den Kolben 53 eines als Multiplikator ausgebildeten hydraulischen Gefäßes 54. 55 ist der Probehalter mit der Probe 56. 57 ist die hydraulische Flüssigkeit, welche beim Vorstoßen des Kolbens 53 die Probe 56 entsprechend den Prüfungsvorschriften beansprucht.
Fig. 6 zeigt die Aufsicht auf eine prinzipielle Vorrichtung zur Durchführung des Schnellzerreißverßu^hes mit Verdoppelung der Geschwindigkeit. Es sind zur der Platte 60 zwei Linearmotoren 61 und 64 angeordnet mit Schlagkörpern 62, 65 an den Stangen. Die beiden Einspannvorrichtungen 63 und 66 mit der Probe 67 sind mit Ausweichkörpern 63a und 66a verbunden. Das schlagartige Zerreißen der Probe 67 erfolgt durch gleichzeitige Bewegung der beiden Stangen in entgegengesetzter Richtung. Nach Erreichen der Höchstgeschwindigkeit treffen die Schlagkörper 62, 65 auf die Ausweichkörper, so daß die Probe auf Zerreißen beansprucht wird.
Die Zeichnungen zeigen die prinzipiellen Anordnungen, die konstruktiv auch anders ausgefdhrt sein können.

Claims

Pa tentansrüche

1. Materialprüfvorrichtung für schlagartige Beanspruchungen (dynamische Prüfverfahren), dadurch gekennzeichnet, daß die schlagartige Beanspruchung der Materialprobe mittelbar oder unmittelbar durch den Läufer (13) eines feststehenden Linearmotors(11) erfolgt.

2 Materialprüfvorrichtung für Durchstoßversuche bei Kunststofffolien und Papierenuunter Verwendung eines die Probe in einem Probenhalter auftreffenden Stoßkörpers, dadurch gekennseichnet, daß sich der Stoßkörper (15) am vorderen Ende der Stange (13) des Linearmotors (11) befindet und daß auf einer gemeinsamen Platte (10) davor der Probenhalter (17) befestigt ist mit einem solchen Abstand, daß der Stoßkörper mit einer konstanten Geschwindigkeit auf die Probe trifft.

3. Materialprüfvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennieichnet, daß der Stoßkörper auf einem Kraft-Meßelement g14) sitzt

4. Materialprüfvorrichtung nach Anspruch 29 dadurch gakennzeichnet, daß die Ausgangsstellung der Stange durch einen Anschlag (16) begrenzt ist.

5. Materialprüfvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei Verwendung eines geeigneten Probenhalters und entsprechender Stoßkörper für weitere dynamische Werkstoffprüfungen geeignet ist, nämlich für Schlagfestigkeitsprüfungen, Schlaggauchprobe Schlagtie fungsversuch Schlag-Tief zieh-Näpnprobe Stoß- und Schockprüfung.

6. Materialprüfvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Stoßkörper (48) zur Durchführung eines Schnellzerreiß-' versuches (Fig. 4).

7. Materialprüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoßkörper als hydraulischer Kolben (43) eines hydraulischen Multiplikators ausgebildet ist (Bulgetest nach Fig. 5).

8. Materialprüfvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei gegenläufige Linearmotoren (61, 64) für die lurchführung eines Zerreißversuches.

L e e r s e i t e