DE2758340C2 - - Google Patents

Description

In VDI-Berichte Nr. 176, 1972, Seite 5 bis 10 ist eine halb­ automatische Kraftnormalmeßeinrichtung beschrieben, bei der eine auf einem horizontalen Träger eines äußerst stabilen Gerüstes abgestützte Kraftmeßzelle für Maximalkräfte von 5 kN durch eine Säule von Eichgewichten belastet wird, die mittels eines Spindeltriebes nacheinander hinzugeführt werden. Da keine Übersetzungsvorrichtung verwendet wird, sind für den verhältnis­ mäßig niedrigen Kraftbereich bereits Eichgewichte mit einer Masse von 500 kg erforderlich. Eine Kraftnormalmeßeinrichtung, die ebenfalls mit Belastung durch Eichgewichte ohne Über­ setzungsvorrichtung arbeitet, ist für eine Kraft von 1 MN bei der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig in Verwendung. Der Aufwand hierfür ist enorm, da ein ent­ sprechend stabiles Gerüst von über 5 Meter Höhe und die Hand­ habung von Eichgewichten von 100 000 kg Masse erforderlich ist.

Neben der Direktbelastung mit entsprechend großen Gewicht­ stücken, mit der sich die geringsten Unsicherheiten erreichen lassen, werden Systeme mit Hebeln oder hydraulischen Zylindern eingesetzt, um meist durch Gewichtstücke erzeugte kleinere Kräfte in größere Kräfte zu übersetzen. Ein Bei­ spiel dafür ist die nach Art einer Balkenwaage aufgebaute Eichvorrichtung gemäß der US-PS 30 96 638, bei der die Über­ setzung auf Grund unterschiedlicher, an den Eichgewichten bzw. an dem Prüfling wirkender Hebelarme erfolgt. Kraftüber­ tragungen mit Übersetzungsvorrichtungen sind zwangsläufig mit wenn auch geringfügigen Bewegungen bzw. Verstellungen der Elemente verbunden. Hieraus ergeben sich Probleme auf Grund der Reibung zwischen den Elementen und deren exakter Dimensionierung. Außerdem treten Schwerpunktsverlagerungen auf. Auch löst jede Bewegung Schwingungen aus, die äußerst schwierig zu dämpfen sind. Bei der Vorrichtung nach US-PS 30 96 638 werden die bei Balkenwaagenvorrichtungen üblichen Schneiden/Pfannenlager durch Kreuzfedergelenke ersetzt. Hierbei muß jedoch mit einer Abwanderung des Drehpunkts gerechnet werden.

Die DE-OS 26 04 889 beschreibt eine hydrostatische Lagerstelle für rotierende, insbesondere schwere Maschinenteile, bei welcher der Lagerhub über eine hydraulisch beaufschlagbare Stützmembran in Belastungsrichtung nachgestellt werden kann. Diese Vorrichtung dient lediglich zum Ausgleich von Lager­ luft. Auch ist die Membran anfällig gegen zu hohe Belastung und Veränderung ihrer Eigenschaften im Langzeitbetrieb.

Die GB-PS 9 77 277 beschreibt eine Einrichtung, bei der zur dynamischen Einstellung des Abstandes zwischen zwei relativ gegeneinander bewegbaren Stützelementen ein hydrostatisch ge­ lagerter Keil angeordnet ist, der quer zur Richtung einer auf die Stützelemente einwirkenden Kraft mittels einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung verstellbar ist. Mittels einer ver­ hältnismäßig kleinen Kraft kann somit auf Grund der Kraftüber­ setzung durch den hydrostatisch gelagerten Keil eine Verstellung auch unter vielfach höherer Belastung erfolgen. Hierbei ist jedoch eine exakte Kraftausübung oder gar Kraftmessung nicht vorgesehen. Da das bewegliche Stützelement in Lagern geführt ist, läßt sich keine verlustfreie Kraftübertragung erreichen.

Die DE-PS 23 31 149 beschreibt eine Brückenwaage, bei der die Waagenbrücke von auf schiefen Ebenen hydrostatisch gelagerten Gleitsteinen getragen wird. Bei einer Ausführungsform können diese Gleitsteine hydrostatisch gelagerte Keile sein, die entgegengesetzt wirkend mit einem Kraftmeßgerät verbunden sind. Eine Verstellung der Keile zwischen ihren Stützelementen in definierter Form, sowie eine definierte Kraftausübung auf die Stützelemente ist nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau und die Handhabung einer Eich- bzw. Prüfvorrichtung, bei der sehr große, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 10 MN liegende, exakt definierte, veränderbare Kräfte auf ein Prüf­ objekt ausgeübt werden, unter Vermeidung von Stellwegein­ flüssen und unter Einhaltung bisher erreichter Genauigkeiten erheblich zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch Anwendung mindestens eines hydrostatischen Keils, an dem eine Kraft an­ greift und der sich einerseits gegen ein starres Gerüst ab­ stützt und andererseits an einem Krafteinleitungselement an­ liegt, als Übersetzungsvorrichtung bei einer Vorrichtung zum Eichen von Kraftmeßvorrichtungen und/oder Prüfen der Druck­ festigkeit von Materialproben, wobei sich die Kraftmeßvorrich­ tung bzw. die Materialprobe einerseits am starren Gerüst ab­ stützt und andererseits an der dem Keil gegenüberliegenden Seite des Krafteinleitungselements anliegt und eine exakt definierte, veränderbare statische Kraft an die Kraftmeßvorrichtung bzw. die Materialprobe angelegt wird.

Durch Verwendung eines hydrostatischen Keils als Übersetzungs­ vorrichtung kann mittels einer verhältnismäßig kleinen Kraft auf ein Prüfobjekt eine erheblich größere Kraft ausgeübt werden, wie sie zur Eichung von Kraftmeßvorrichtungen für Brücken oder dergleichen oder für die Materialprüfung erforderlich ist. Das Schwingungsverhalten ist äußerst günstig und es tritt keine Drehpunktverlagerung auf. Trotz des einfachen Aufbaus wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Genauigkeit erreicht, die diejenige bekannter mit Kraftübersetzung arbeitender Vorrich­ tungen übertrifft.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, wobei zunächst einige Ausgestaltungen der Erfindung in allgemeiner Form beschrieben werden.

Im einfachsten Fall wird die anzulegende Kraft durch Eich­ gewichte erzeugt, die an dem Keil angehängt sind. Hierbei ergibt sich eine automatische Selbstnachstellung. Bei einer anderen Ausführungsform wird die Kraft mittels einer sich am Gerüst abstützenden Stellvorrichtung erzeugt, die über eine Kraftmeßvorrichtung mit dem Keil verbunden ist.

Diese Maßnahme hat besondere Vorteile, insbesondere im Zu­ sammenhang mit der Kraftzerlegungs-Eigenschaft des hydro­ statischen Keiles. Denn dadurch kann beispielsweise eine Last in ihre Komponenten im Verhältnis zum Beispiel 1 : 10 oder 1 : 100 oder 1 : 1000 unter anderem zerlegt werden, wobei die zur Stellbewegung und Kraftmessung benötigte Kraftkomponente im Verhältnis zur Hauptlast um diese Verhältniszahl verringert wird, ohne daß hierdurch die geringste meßbare Umgenauigkeit auftritt, weshalb die Kraftmeßeinrichtung im Verhältnis zur gemessenen Kraft erheblich kleiner und dadurch auch billiger sein kann. Dadurch wird diese Kraftmeßeinrichtung infolge ihres um das Verhältnis der Kraftzerlegung verringerten Meß­ wertes mit wirtschaftlichen, üblichen Prüfvorrichtungen prüf­ bar.

In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß die Lastkette eine Anzahl von mindestens zwei, vorzugsweise mehreren Keilen sowie Stützelementen aufweist.

Mit dieser Ausgestaltung ergibt sich der besondere Vorteil, daß eine große Einzellast ohne Schwierigkeiten in eine Anzahl von Teil-Lasten unterteilt werden kann, wobei die Teil-Lasten von jeweils einem Glied der Lastkette, bestehend aus einem Kraftzerlegungskeil und einem Paar zugehöriger Stützelemente, aufgenommen werden.

In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß das Stellglied und/oder ein Keil mit Mitteln zur Anzeige des Stellweges ausgestattet ist.

In Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß der An­ trieb des Stellgliedes wahlweise mechanisch, elektromotorisch, hydromotorisch oder durch eine beliebige andere motorische Einrichtung erfolgt.

In Ausgestaltung der Erfindung ist weiter vorgesehen, daß mindestens zwei Keile über ein Arbeitsmedium und Gleitflächen in Wirkungsverbindung miteinander stehen.

Dabei besteht eine der möglichen Ausführungen darin, daß die Keile in annähernd senkrechten Ebenen miteinander in Wirkungs­ verbindung stehen. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß die Kraftzerlegungswirkung der beiden Keile sich multipliziert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Prüfen und Eichen von elektro­ nischen Meßwertgebern, in Seitenansicht,

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Durchführung von Würfeldruckpro­ ben, in Seitenansicht, und

Fig. 3 eine andere Prüfeinrichtung, zum Beispiel für Ela­ stizitätsmessungen, in Seitenansicht.

Die Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Anwendung zweier hydrostatisch gelagerter Keile auf eine Eichvorrichtung für Kraftmeßvorrichtungen oder dergleichen. Es sei darauf hingewiesen, daß diese Eichvorrichtung auch nur mit einem einzigen hydrostatisch gelagerten Keil ausgestattet sein kann. Aufbau und Wirkungsweise eines hydrostatisch gelagerten Keiles sind an sich bekannt, so daß sie nachstehend nur kurz beschrieben werden.

Insbesondere ist beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ein in waagerechter Richtung verstellbarer Keil 32 vorgesehen, der zwischen zwei Stützelementen beweglich angeordnet ist. Diese Stützelemente weisen Gleitflächen auf, auf denen der Keil auf einem Flüssigkeitsfilm schwimmend reibungslos gleitet. Der Flüssigkeitsfilm wird dadurch erzeugt, daß als Arbeitsmittel Öl unter Druck zu den Gleitflächen gefördert wird. Soweit eine seitliche Führung des beweglichen Stützelements vorgesehen ist, wird diese ebenfalls in Form einer hydrostatischen Lagerung ausgeführt.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Eichen einer Kraftmeßvorrichtung 30 mit Hilfe eines Satzes exakter Eichgewichte 31, welche im vorliegenden Beispiel die Funktion einer Kraftquelle haben. Die Eichvorrichtung ist mit zwei Keilen 32, 33 ausgestattet, von denen der Keil 33 einerseits die Eichgewichte 31 aufnimmt und andererseits eine Meßvorrich­ tung 34 für den Stellweg aufweist. Durch Ausstattung der Keile mit verschiedenen Winkeln kann der Meßbereich der Meß­ einrichtung beliebig gedehnt werden. Die mit den Eichgewich­ ten 31 auf den Keil 33 einwirkende Last wird, um das Verhält­ nis der Konizität des Keiles 33 multipliziert, auf die Stirn­ seite 35 des Keiles 32 übertragen und dort nochmals, um das Verhältnis der Konizität des Keiles 32 multipliziert, auf das obere Stützelement 36 übertragen. Dieses besteht aus zwei Teilen, nämlich einer unteren Kugelpfanne 37 und einer oberen Kugelkalotte 37′, welche zusammen ein Kugelgelenk 38 bilden und dafür sorgen, daß die Prüflast P ohne zu ecken auf die Kraftmeßvorrichtung 30 übertragen wird. Der Keil 33 stützt sich seiner­ seits gegen ein Stützelement 37′′ ab, welches ebenfalls über ein Kugelgelenk 38′ die seitliche Kraft in den Pfosten 39 des Maschinenrahmens 40 einleitet. Die Eicheinrichtung steht im übrigen auf einem Untergestell 41, welches seinerseits über Schwingungskompensatoren 42 schwingungsfrei auf dem Funda­ ment 43 gelagert und damit frei von dynamischen Einflüssen der Umwelt ist.

Für die Funktion der Eicheinrichtung ist es erforderlich, daß das exakte Kraftzerlegungsverhältnis der Doppelkeilanordnung durch supergenaue Eichgewichte 31 und eine geeichte Kraftmeßvorrichtung 30 ein- für allemal ermittelt wird. Ab dann steht die Eichein­ richtung ohne weiteres mit einer unbeeinflußbaren Genauigkeit für die Eichung weiterer Prüflinge, insbesondere Kraftmeßzellen 30 zur Verfügung.

Die Anordnung nach Fig. 2 stellt ein Prüfgerät zur Durchführung von sogenannten Würfeldruckproben dar. Zwischen den beiden Jochen 45, 46 ist der Prüfling 47 auf einer Prüfvorrichtung 48 aufgebaut. Diese umfaßt die beiden hydro­ statischen Keile 49 und 50 sowie die Stützelemente 51, 52 und 53. Die Stützelemente 51 und 53 sind ihrerseits mit Kugelgelenken 51′, 53′ schwenkbeweglich gelagert. Eine Be­ lastungseinrichtung mit Stellwegsanzeige umfaßt die Gelenk­ stange 54 und den Hebel 55, welcher im Drehpunkt 56 gelagert ist. Das Prüfgewicht 57 ist im vorliegenden Beispiel als Schiebegewicht ausgebildet, wie in Fig. 2 schematisch ange­ deutet. Eine Skala 58 gibt den Stellweg der Vorrichtung 48 an, wobei gleichzeitig an einer Gewichts-Skala 457′ des Schiebe­ gewichtes 57 die zugehörige Belastung abgelesen werden kann. Die Vorrichtung nach Fig. 2 ist lediglich als Systembeispiel aufzufassen, deren konstruktive Gestaltung im Rahmen ent­ sprechender Maschinennormen nach vielen Gesichtspunkten vari­ iert werden kann.

Ein Beispiel für eine solche abgewandelte Bauart ist, eben­ falls rein schematisch, in Fig. 3 dargestellt.

Hierbei ist ein Prüfling 60 in dem Maschinengestell 61 zwischen einem Widerlager 62 und einer Prüfvorrichtung 63 eingespannt. Die Prüfvorrichtung 63 umfaßt im vorliegenden Fall einen einzigen Keil 64, einen Lastgeber 65 sowie das mechanische und/oder wahlweise elektromotorische Stellglied 66 mit der Einrich­ tung 67 zur Anzeige des Stellweges, sowie einem Schreiber 68 für ein Last/Weg-Diagramm und einem Lastanzeigegerät 69. Zwischen dem Widerlager 62 und einem Stützelement 70 ist eine Vergleichs- und Kontroll-Mikrometer-Uhr 71 angeordnet, welche die Verformung des Prüflings 60, zum Beispiel in ¹/₁₀₀ mm anzeigt.

Bei der Vorrichtung der Fig. 3 wird entsprechend ähnlichen Vorrichtungen, zum Beispiel nach Fig. 1 und 2, durch die mechanische Bewegung des Keiles 64 sowohl ein Stellweg → H als auch eine Prüflast P erzeugt.

Claims (11)

1. Anwendung mindestens eines hydrostatischen Keils, an dem eine Kraft angreift und der sich einerseits gegen ein starres Gerüst abstützt und andererseits an einem Kraft­ einleitungselement anliegt, als Übersetzungsvorrichtung bei einer Vorrichtung zum Eichen von Kraftmeßvorrichtungen und/oder Prüfen der Druckfestigkeit von Materialproben, wo­ bei sich die Kraftmeßvorrichtung bzw. die Materialprobe einerseits am starren Gerüst abstützt und andererseits an der dem Keil gegenüberliegenden Seite des Krafteinleitungs­ elements anliegt und eine exakt definierte, veränderbare statische Kraft an die Kraftmeßvorrichtung bzw. die Material­ probe angelegt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellachse des Keils (33) senkrecht verläuft und die Kraft durch Eichgewichte (31) erzeugt wird, die an dem Keil (33) angehängt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kraft mittels einer sich am Gerüst (61) abstützenden Stellvorrichtung (66) erzeugt wird, die über eine Kraftmeßvorrichtung (65) mit dem Keil (64) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die veränderbare Kraft mittels eines zweiarmigen Hebels (55) erzeugt wird, der an sei­ nem einen Ende mit dem Keil (50) verbunden ist, während an seinem anderen Arm vorzugsweise verschiebbar ein Eichgewicht (57) angebracht ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß an dem Keil (33) und/oder der Stellvorrichtung (66) eine Stellweganzei­ ge (34; 58; 67) angebracht ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zwei hydrosta­ tische Keile (32, 33; 49, 50) in Lastkette vorgesehen sind, von denen der eine, an dem die Kraft angreift, im wesent­ lichen senkrecht zur Stellrichtung des anderen einstell­ bar ist und sich an einem ortsfesten Stützelement (37′′; 53) abstützt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei entgegengesetzt gerichtete hydrostatisch gelagerte Keile mit zueinander parallelen Stellachsen vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Stützelement (37′) sich über eine schwenkbewegliche hydrostatische Lagerung (38′) am Gerüst (40) abstützt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraft­ einleitungselement (37; 51) über eine schwenkbewegliche hydrostatische Lagerung (38; 51′) an der Kraftmeßvor­ richtung (30) bzw. der Materialprobe (47; 60) angreift.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die schwenkbeweglichen hydrosta­ tischen Lagerungen (38, 38′; 51′, 53′) Kalottenlager sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kraftmeß­ vorrichtung (65) und die Stellvorrichtung (66) mit einer Vorrichtung (68) zur Aufnahme eines Kraft/Weg-Diagramms verbunden sind.