DE2835201C3

DE2835201C3 - Arrangement for measuring the time course of the force exerted on a specimen by a hammer in impact or drop weight testing of materials

Info

Publication number: DE2835201C3
Application number: DE19782835201
Authority: DE
Inventors: Herbert Ing.(grad.) 7906 Blaustein Martschat
Original assignee: Zwick GmbH and Co
Current assignee: Zwick GmbH and Co
Priority date: 1978-08-11
Filing date: 1978-08-11
Publication date: 1981-12-17
Also published as: DE2835201B2; DE2835201A1

Description

Die Erfindung betriff', eine Anordnung zur Messung des zeitlichen Verlaufs de·· auf eine Probe durch einen Hammer ausgeübten Kraft bei Sc ,rag- oder Fallwerken der Werkstoffprüfung, mit einem den Hammerweg in seiner zeitlichen Abhängigkeit erfassenden elektrischoptischen Wegaufnehmer mit einer von der Hammerbewegung gesteuerten Lichtschranke, und mit einer Schaltungsanordnung, die ein aus der Wegaufnahme die zweite Ableitung nach der Zeil bildendes Differentiationsglied besitztThe invention relates to an arrangement for measuring the time course of de ·· on a sample by a Hammer exerted force at SC, rag- or drop-works the material test, with an electro-optical displacement transducer that detects the hammer path in its time dependency with one of the hammer movement controlled light barrier, and with a circuit arrangement that one out of the path recording the has the second derivative of the differentiation term forming the line

Eine Anordnung dieser Art ist aus der Literaturstelle »Industrial Laboratory«, 34 (1968) 2, Seite 279, 280 bekannt. Bei ihr besitzt die Lichtschranke eine größere Anzahl von Photodioden, die in gestaffelter Anordnung längs des Hammerweges verteilt sind, so daß sich die Anzahl der vom Lichtstrahl der Lichtschranke beleuchteten Photodioden in Abhängigkeit vom Hammerweg ändert. Sämtliche Photodioden sind elektrisch parallel geschaltet und erzeugen insgesamt ein in seiner Größe von der Anzahl der beleuchteten Photodioden und damit vom Hammerweg abhängiges elektrisches Signal, aus dem die Weg-Zeit-Funktion und durch deren elektrische Differentiation die Beschleunigung-Zeit-Funktion des Hammers in Form eines Oszillogramms erhalten wird. Dabei hängt die Meßgenauigkeit außer von der Auflösung der Zeitablenkung des Oszillographen auch von der Anordnung und Anzahl der Photodioden ab und ist entsprechend beschränkt.An arrangement of this type is from the literature "Industrial Laboratory", 34 (1968) 2, page 279, 280 known. With her, the light barrier has a larger number of photodiodes in a staggered arrangement are distributed along the hammer path, so that the number of illuminated by the light beam of the light barrier Photodiodes changes depending on the hammer path. All photodiodes are electrically in parallel switched and generate a total of its size on the number of illuminated photodiodes and electrical signal dependent on the hammer path, from which the path-time function and through its electrical differentiation the acceleration-time function of the hammer in the form of an oscillogram is obtained. The measurement accuracy depends on the resolution of the time deflection of the oscilloscope also depends on the arrangement and number of photodiodes and is limited accordingly.

Aus der Literaturstelle »C. Rohrbach: Handbuch für elektrisches Messen mechanischer Größen« Düsseldorf 1967, Seite 498 2. Hälfte in Verbindung mit Seite 492, 2. Hälfte, ist es allgemein bekannt, bei bekannter Masse die an dieser Masse angreifende unbekannte Kraft durch Multiplizieren der Masse mit dem zweimal — mit Hilfe einer Rechenschaltung — differenzierten Weg der bewegten Masse zu ermitteln. Dieses Verfahren der Kraftmessung hat den Vorteil, daß sonst durch Anbringung eines Kraftgebers an der Kraftangriffsstelle entstehende Fehler vermieden werden können.From the reference »C. Rohrbach: Manual for electrical measurement of mechanical quantities «Düsseldorf 1967, page 498 2nd half in conjunction with page 492, 2nd half, it is generally known, if the mass is known the unknown force acting on this mass by multiplying the mass by twice - with With the help of a computing circuit - to determine the differentiated path of the moving mass. This method of Force measurement has the advantage that otherwise by attaching a force transmitter to the force application point resulting errors can be avoided.

Aus der Literaturstelle »G-I-T Fachzeitschrift für das Laboratorium« 20. Okt 19^6, Seite 1067—1070, 1073, 1074 ist eine Meßeinrichtung zur Ermittlung von Kraft—Weg—Zeit-Schaubildern beim Kerbschlagbiegeversuch bekannt, bei der außer einem Kraftaufnehmer am Hammer für den zeitlichen Ve. lauf des Hammerweges ein elektrisch-optischer Wegaufnehmer vorgesehen ist Ein an der Lichtschranke des Wegaufnehmers vorbeibewegtes, mit dem Hammer fest verbundenes Raster erzeugt über die Impulsfolge einer Fotodiode auf dem Schirm eines Oszilloskops längs der Zeitachse konstante Wegmarken. Daher hat die Geschwindigkeitsänderung des Hammers während des Schlagvorganges keinen Einfluß mehr auf die sich aus den Wegmarken ergebende Wegdarstelh'ng; diese Geschwindigkeitsänderungen äußern sich lediglich in verschiedenen Abständen und Längen der aufeinander folgenden Wegmarken. Zusätzlich zu dieser Wegdarstellung erfolgt auf dem Schirm des Oszilloskops außerdem die sich vom Kraftaufnehmer ergebende zeitabhängige Kraftdarstellung. Aus der jeweils zeitabhängigen Weg- und Kraftdarstellung können dann die Hammergeschwindigkeit und damit die Verformungsgeschwindigkeit afc jeder Stelle des Schlagvorganges sowie der Kraft—Weg-Verlauf errechnet werden. Auch hier ist die Darstellungsgenauigkeit durch die Auflösung der Zeitablenkung des Oszillographen beschränkt, abgesehen von den vorstehend schon erwähnten, mit der Verwendung eines Kraftaufnehmers prinzipiell verbundenen Meßfehlern. Außerdem ist die Auswertung der erhaltenen zeitabhängigen Weg- und Kraftdarstellung umständlich.From the reference "GIT Fachzeitschrift für das Laboratorium" 20 Oct 19 ^ 6, pages 1067-1070, 1073, 1074 a measuring device for determining force-displacement-time diagrams in the notched impact test is known, in which, in addition to a force transducer on the hammer for the temporal Ve. An electrical-optical displacement transducer is provided along the hammer path. A grid that moves past the light barrier of the displacement transducer and is firmly connected to the hammer generates constant position markers along the time axis via the pulse sequence of a photodiode on the screen of an oscilloscope. Therefore, the change in speed of the hammer during the striking process no longer has any influence on the path display resulting from the path markers; these speed changes are only expressed in different distances and lengths of the successive waypoints. In addition to this path display, the time-dependent force display produced by the force transducer is also shown on the oscilloscope screen. The hammer speed and thus the deformation speed afc at each point of the striking process as well as the force-path curve can then be calculated from the time-dependent representation of the path and force. Here, too, the accuracy of the representation is limited by the resolution of the time deflection of the oscilloscope, apart from the above-mentioned measurement errors principally associated with the use of a force transducer. In addition, the evaluation of the time-dependent path and force representation obtained is cumbersome.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine sehr hohe und genaue Zeit- und damit Geschwindigkeitsauflösung erreicht wird.The invention is based on the object of designing a measuring arrangement of the type mentioned at the outset in such a way that that a very high and precise time and thus speed resolution is achieved.

Die nach der Erfindung diese Aufgabe lösende Meßeinrichtung ist gekennzeichnet durch ein mit dem Hammer fest verbundenes, die Lichtschranke steuerndes Strichraster mit einem Weginkremente des Hammers darstellenden Strichabstand, einen Impulsgenerator mit einem festen, im Vergleich zur variablen Dauer der Weginkremente wesentlich kleineren zeitlichen Impulsabstand, mindestens einen von der Lichtschranke und dem Impulsgenerator gesteuerten Zähler für die jeweils wahrend eines Weginkrementes entstehenden Impulse des Impulsgenerators, und einen Speicher, der für jedes Weginkrement des Hammers mindestens eine Speicherstelle besitzt, welche die für ihr Weginkrement vom Zähler erfaßte Anzahl von Impulsen des Impulsgenerators zur Verarbeitung durch das Differentiationsglied der Schaltungsanordnung aufnimmt.The measuring device solving this problem according to the invention is characterized by a with the Hammer firmly connected, the light barrier controlling line grid with a path increment of the Hammer's line spacing, a pulse generator with a fixed, compared to the variable Duration of the path increments much smaller temporal pulse interval, at least one from the light barrier and the pulse generator-controlled counter for each of the counters produced during a path increment Impulses of the impulse generator, and a memory for each stroke increment of the hammer has at least one memory location which contains the number of Pulses from the pulse generator for processing by the differentiation element of the circuit arrangement records.

Der durch die Erfindung erreichte technische Fortschritt besteht im wesentlichen in der erreichten hohen Zeit-, Geschwindigkeits- und Wegauflösung. Im einzelnen kann durch die Impulszählung mit sehr hoher Genauigkeit die Zeit gemessen werden, die zwischen dem Durchlauf zweier Rasterstriche an der Lichtschranke vergeht. Die Zeitauflösung ist daher sehr groß. Die hohe Wegauflösung ergibt sich aus folgendem: Normalerweise ist die Teilung des Rasters sehr fein. Die Rasterstriche besitzen, geht man bis an die Grenze derThe technical progress achieved by the invention consists essentially in that which has been achieved high time, speed and path resolution. In detail, the pulse counting can be very high Accuracy is the time measured between the passage of two grid lines on the light barrier passes away. The time resolution is therefore very large. The high path resolution results from the following: Normally the division of the grid is very fine. Having the grid lines, you go to the limit of the

Herstellbarkeit, z.B. einen Abstand von nur ΙΟμπι voneinander. Die Teilung ist unter diesen Umständen nicht sehr exakt Die erreichte hohe Zeitauflösung kann aber dazu dienen, die Genauigkeit der Rasterteilung zu überprüfen, wenn nämlich der Hammer frei schwingt Dann sollten bei exakter Teilung die für die einzelnen Weginkremente gemessenen Zeitintervalle übereinstimmen. Aus den tatsächlich aber auftretenden Zeitabweichungen kann auf entsprechende Abstandsabweichungen der Rasterstriohe vom Sollmaß geschlossen und auf diese Weise das Raster geeicht werden. Im Ergebnis wird auch die Wegauflösung ganz außerordentlich gesteigert ohne daß an die Teilung des Rasters vergleichbare Genauigkeitsansprüche gestellt werden müssen.Manufacturability, e.g. a distance of only ΙΟμπι from each other. The division is not very exact under these circumstances. The high time resolution achieved can be but serve to check the accuracy of the grid division, namely when the hammer is swinging freely Then, with an exact division, the time intervals measured for the individual path increments should match. From the time discrepancies that actually occur, however, corresponding distance discrepancies can be identified the grid triohe closed from the nominal size and in this way the grid can be calibrated. in the As a result, the path resolution is also increased quite extraordinarily without affecting the division of the grid comparable accuracy requirements must be made.

Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeichnung lediglich schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert Es zeigtIn the following, the invention is based on an exemplary embodiment shown only schematically in the drawing explained in more detail It shows

F i g. 1 eine digital arbeitende Meßanordnung in einer schematischen, bezüglich der Schaltung als Blockschaltbild ausgeführten Darstellung,F i g. 1 a digitally operating measuring arrangement in one schematic representation executed as a block diagram with regard to the circuit,

F i g. 2 in den Teilfig. 2a bis 2d Schemadarstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 1.F i g. 2 in the Teilfig. 2a to 2d schematic representations to explain the mode of operation of the arrangement according to FIG. 1.

Die Zeichnung zeigt die Anordnung zur Messung des zeitlichen Verlaufes der auf eine Probe 1 durch einen Hammer 2 ausgeübten Kraft in Verbindung mit einem üblichen, allgemein mit 3 bezeichneten Pendelschlagwerk, wie es beispielsweise in der DE-OS 26 42 018 beschrieben ist Im Sockel 3.1 des Pendelschlagwerkes 3 ist der Pendelhammer 2 bei 3.2 gelagert Der Pendelhammer 2 fällt aus seiner in der Zeichnung dargestellten Ausgangshöhe herab gege.<· die am Sockel 3.1 gehaltene Probe, durchschlägt sie und steigt dam wieder bis zu einer Höhe an, die niedriger als die in der Zeichnung dargestellte Ausgangshöhe ist Die Höhendifferenz ist ein Maß für die dem Pendelhammer 2 durch den Schlagvorgang entzogene, also für das Zerschlagen der Probe 1 benötigte Arbeit, die in hier im einzelnen nicht näher zu beschreibender Weise mit Hilfe einer bei derartigen Geräten üblichen Meßeinrichtung aus der Höhendifferenz ermittelt wird und im Ausführungsbeispiel in einer digitalen Meßwerkanzeige 33 erscheint Diese bekannte Erfassung des integralen Arbeitswertes läßt jedoch keinen Rückschluß auf die zeit- und wegabhängigen Vorgänge, insbesondere den zeit- und wegabhängigen Verlauf der Schlagkraft zu. Gerade diese zeit- und wegabhängigen Abläufe lassen aber bei entsprechender Analyse wichtige Eigenschaften der Probe erkennen. Um in diesem Sinne den Verlauf der auf die Probe 1 durch den Hammer 2 ausgeübten Kraft beim Schlagvorgang ermitteln zu können, sind ein den Hammerweg und die Zeit erfassender Wegaufnehmer und ein? Schaltungsanordnung vorgesehen, von welchen letztere ganz allgemein ein aus der Wegaufnahme die zweite Ableitung des Hammerweges nach der Zeit bildendes Differentiationsglied und ein dessen Ausgangssignal um den Faktor der Masse bzw. reduzierten Masse des Hammers 2 vergrößerndes Schaltglied enthält. Das bedeutet, daß aus der Weg—Zeit-Darstellung des Wegaufnehmers durch zweifache Differentiation des vom Hammer 2 zurückgelegten Weges nach der Zeit die ileschleunigung (bzw. Verzögerung) des Hammers 2 e'mittelt und durch Multiplikation der so erhaltenen Beschleunigung mit der Masse bzw. der reduzierten Masse des Hammers die vom Hammer während des Schlagvorganges auf die Probe 1 ausgeübte Schlagkraft in ihrem zeitlichen Verlauf erhalten wird, entsprechend dem dynamischen Grundgesetzt der Mechanik, wonach die Kraft gleich dem Produkt aus Masse und Beschleunigung ist Im Ergebnis bedarf es zur Kraft—Zeit-Darstellung keines besonderen Kra.'taufnehmers, vielmehr können alle interessierenden Größen, einschließlich der Schlagkraft, in ihrem zeitlichen Verlauf allein aus der vom Wegaufnehmer bewirkten Weg—Zeit-Aufnahme abgeleitet werden.
Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 besteht derThe drawing shows the arrangement for measuring the time course of the force exerted on a sample 1 by a hammer 2 in conjunction with a conventional pendulum impact mechanism, generally designated 3, as described, for example, in DE-OS 26 42 018. In the base 3.1 of the Pendulum hammer 3, pendulum hammer 2 is supported at 3.2 The initial height shown in the drawing is the height difference is a measure of the work withdrawn from the pendulum hammer 2 by the striking process, i.e. the work required for smashing the sample 1, which is derived from the height difference in a manner not to be described in detail here with the help of a measuring device customary in such devices is determined and in the exemplary embodiment appears in a digital measuring mechanism display 33 However, known detection of the integral work value does not allow any conclusions to be drawn about the time- and distance-dependent processes, in particular the time- and distance-dependent course of the impact force. However, it is precisely these time- and distance-dependent processes that reveal important properties of the sample when analyzed accordingly. In order to be able to determine the course of the force exerted on the sample 1 by the hammer 2 during the impact process, a displacement transducer that records the hammer path and the time and a? Circuit arrangement is provided, of which the latter generally contains a differentiating element forming the second derivative of the hammer path according to time from the path recording and a switching element increasing its output signal by the factor of the mass or reduced mass of the hammer 2. This means that the acceleration (or deceleration) of hammer 2 is averaged from the displacement-time representation of the displacement transducer by two-fold differentiation of the displacement covered by hammer 2 according to time, and by multiplying the acceleration obtained in this way by the mass or the reduced mass of the hammer the impact force exerted by the hammer during the impact process on the sample 1 is obtained in its temporal course, according to the dynamic principle of mechanics, according to which the force is equal to the product of mass and acceleration -Display of no special force transducer; rather, all the variables of interest, including the impact force, can be derived in their time course solely from the displacement-time recording effected by the displacement transducer.
In the embodiment according to FIG. 1 consists of

to Wegaufnehmer aus einem mit dem Hammer 2 fest verbundenen, an der Unterseite des Hammers angeordneten Strichraster 4, das in seiner Länge den gesamten Schlagweg der Probe 1 abdeckt und dessen Strichabstände Weginkremente des Hammers 2 während des Scblagvorganges darstellen. Das Strichraster 4 wird von einer Doppel-Lichtschranke 5 abgetastet so daß die Striche des Rasters 4 beim Vorbeilaufen an der Doppel-Lichtschranke 5 zwei zeitlich geringfügig gegeneinander versetzte, bei 6a, 6b angedeutete Impulse bzw. Impulszüge erzeugen, deren gegenseitige zeitliche Verschiebung eine Richtungserkennung der Hammeröewegung ermöglicht In jedem einzelnen der beiden Impulszüge 6a, 6b erdigen die Impulse wegproportional aufeinander, so daß der zeitliche Impulsabstand entsprechend der sich beim Schlagvorgang ändernden Hammergeschwindigkeit variiert Diese vom Strichraster 4 gesteuerte Impulserzeugung erfolg in üblicher und daher hier nicht näher zu beschreibender Weise mittels einer Lichtquelle, Blenden zur Erzeugung der das Raster 4 abtastenden Lichtstrahle und von den Lichtstrahlen beaufschlagten, die elektrischen Impulse erzeugenden Fotodioden, welchen ein geeigneter Verstärker nachgeschaltet sein kann. Das Strichraster 4 kann am Hammer 2 auswechselbar sein, um verschiedenen Meßanforderungen und -bereichen genügen zu können. Auch kann das Strichraster als Impulsscheibe caf der Hammerachse angeordnet sein. Die Schaltung verfügt über einen Impulsgenerator 10 mit festem, im Vergleich zur variablen Dauer der Weginkremente, also im Vergleich zum variablen zeitlichen Abstand der von der Lichtschranke S erzeugten Impulse, wesentlich kleinerem zeitlichen Impulsabstand, beispielsweise mit einer Impulsfrequenz von 1 MHz. Dieser Impulsgenerator 10 steuert zusam-To displacement transducer from a line grid 4, which is firmly connected to the hammer 2 and is arranged on the underside of the hammer, which covers the entire stroke path of the sample 1 in its length and whose line spacings represent travel increments of the hammer 2 during the striking process. The line grid 4 is scanned by a double light barrier 5 so that the lines of the grid 4 when passing the double light barrier 5 generate two slightly offset pulses or pulse trains indicated at 6a, 6b , the mutual time shift of which enables directional recognition of the In each of the two pulse trains 6a, 6b, the pulses ground on each other proportionally, so that the time interval between the pulses varies according to the hammer speed that changes during the striking process Diaphragms for generating the light beams scanning the grid 4 and the photodiodes which are acted upon by the light beams and which generate electrical pulses and which can be followed by a suitable amplifier. The line grid 4 can be interchangeable on the hammer 2 in order to be able to meet different measurement requirements and ranges. The line grid can also be arranged as a pulse disk caf of the hammer axis. The circuit has a pulse generator 10 with a fixed, compared to the variable duration of the increments, so compared to the variable time interval between the pulses generated by the light barrier S, significantly smaller time interval, for example with a pulse frequency of 1 MHz. This pulse generator 10 controls together

•»5 men mit den von der Lichtschranke 5 kommenden Impulsen einen Zähler 11, der die jeweils während eines Weginkrementes entstehenden Impulse des Impulsgenerators 10 zählt Dabei kann wegen der erforderlichen hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit u. U. der Einsatz von zwei Zählern vorteilhaft sein. Diese Impulsanzahl wird für jedes einzelne Weginkrement des Hammers ermittelt und in einen Speicher 12 gegeben, der für jedes We^nkrement eine eigene Speicherstelle besitzt, die die für dieses Weginkrement vom Zähle 11 erfaßte Anzahl von Impulsen des Impulsgenerators 10 aufnimmt. Bildet das Raster 4 entsprechend seiner Einteilung η Weginkremente, erhält man aus den Impulszahlen η Zeitspannenwerte tu ... l,_n ... t„ in η Speicherstellen des Speichers 12, wie es in Fig. 1 beiWith the impulses coming from the light barrier 5, a counter 11 is used which counts the impulses of the impulse generator 10 generated during a travel increment. This number of pulses is determined for each individual travel increment of the hammer and placed in a memory 12 which has its own memory location for each travel increment, which stores the number of pulses from the pulse generator 10 recorded by the counter 11 for this travel increment. If the grid 4 forms η path increments according to its division, one obtains from the pulse numbers η time span values tu ... l, _n ... t " in η memory locations of the memory 12, as shown in FIG

6-' 12.1 angedeutet ist. Der Zähler U wird nur bei Drehrichtung des Pendels inv Uhrzeigersinn (Pfeil 6) durch eine Drehrichtungserkennung 13 freigegeben. Ein mit 14 bezeichneter elektronischer Schalter ermittelt aus der von der Lichtschranke 5 herrührenden6- '12.1 is indicated. The counter U is only turned in clockwise direction of the pendulum (arrow 6) enabled by a direction of rotation detection 13. An electronic switch designated 14 is determined from the originating from the light barrier 5

b5 Impulsfolge die Weginkremente und steuert entsprechend den Zähler 11. Über ein Speicheradressierglied 15 werden die Zeitwerte ιί, ... t„ nacheinander an den den Weginkrementen zugeordneten Speicherstellen 12.1b5 pulse train the path increments and controls the counter 11 accordingly. Via a memory addressing element 15, the time values ιί, ... t "are successively at the memory locations 12.1

abgelegt. Nach der ersten Umkehr des Pendelhammers 2 wird der Zähler 11 gestoppt und ein allgemein mit 16 bezeichnetes Steuerwerk veranlaßt anschließend die digitale Meßwertverarbeitung der gespeicherten Zeitwerte t] ... t„. Im einzelnen ist dazu der Speicher 12 mit jeweils mehreren, im Ausführungsbeispiel fünf den einzelnen Weginkrementen des Hammers 2 zugeordneten Speicherstellen, angedeutet in Fig. 1 durch die Speicherteile 12.1, 12.2, 12.3, 12.4 und 12.5 mit jeweils η Speicherstellen, ausgestattet. Im einzelnen ist zur Durchführung der Differentiationen ein dem Steuerwerk 16 unterworfenes Rechenwerk vorgesehen, das die den Differentiationen entsprechenden Differenzenquotienten digital bildet. Dieses Rechenwerk besteht zunächst aus einem Dividierer 17. der den die Geschwindigkeit darstellenden ersten Differenzenquotienten v_m für jedes Weginkrement ermittelt, indem er die räumliche Länge S_n, des Weginkrementes durch die für dieses Weginkrement ermittelte Zeitspanne t_m dividiert. Das F.rgebnis der Division wird in der dem Weginkrement zugeordneten Speicherstelle des Speicherteiles 12.2 abgelegt, wie es in Fig. I durch die Werte v, ... v„ schematisch angedeutet ist. Das Rechenwerk besitzt ferner einen Addierer und Dividierer 18, in welchen aus jeweils zwei aufeinanderfolgenden Zeitspannen r„,. f_m»ι deren arithmetisches Mittelfiled. After the first reversal of the pendulum hammer 2, the counter 11 is stopped and a control unit, generally designated 16, then initiates the digital processing of the measured values of the stored time values t] ... t ". For this purpose, the memory 12 is each equipped with several, in the exemplary embodiment five memory locations assigned to the individual travel increments of the hammer 2, indicated in FIG. 1 by the memory parts 12.1, 12.2, 12.3, 12.4 and 12.5 each with η memory locations. In detail, an arithmetic unit which is subject to the control unit 16 and which digitally forms the difference quotients corresponding to the differentiations is provided for carrying out the differentiations. This arithmetic unit consists initially of a divider 17 which determines the first difference quotient v _m representing the speed for each path increment by dividing the spatial length S _{n of} the path increment by the time t _m determined for this path increment. The result of the division is stored in the memory location of the memory part 12.2 assigned to the path increment, as is indicated schematically in FIG. 1 by the values v, ... v ". The arithmetic unit also has an adder and divider 18, in which from two consecutive time periods r ",. f _m »ι their arithmetic mean

gebildet wird. Auch diese arithmetischen Mittel werden im Speicher 12, und zwar in dessen Teil 12J in den den Weg inkrementen zugeordneten Speicherstellen abgelegt, wie es in F i g. 1 durch ri...r„_, angedeutet ist. Weiter besitzt das Recherwerk einen Subtrahierer und Dividierer 19 für die Bildung des die Beschleunigung darstellenden zweiten Differenzenquotientenis formed. These arithmetic means are also stored in the memory 12, namely in its part 12J in the Stored away increments allocated memory locations, as shown in FIG. 1 is indicated by ri ... r "_. The research also has a subtracter and divider 19 for the formation of the acceleration representing the second difference quotient

Dazu wird die Differenz zweier aufeinanderfolgendet erster Differenzenquotienten v„, v_m±_x durch das zugeordnete arithmetische Zeitspannenmittel r_m dividiert und das Ergebnis dieser Division, also der zweite Differenzenquotient a_m für jedes Weginkrement in einer ihm zugeordneten weiteren Speicherstelle des Speicherteiles 12.4, in Fig. 1 bei a\ ...a„_i angedeutet, abgelegt. Das Rechenwerk verfügt weiter über einen Multiplizierer 20, der die zweiten Differenzenquotienten a_m mit der Masse bzw. reduzierten Masse rr.mt des Hammers 2 multinliziert und dieses die Kraft darstellende Produkt F_n, in eine vierte der jedem Weginkrement zugeordneten Speicherstellen des Speiche:teiles \X5 gibt, was in Fig. 1 bei Fi... F_n-., dargestellt ist. Außerdem wird im allgemeinen das Rechenwerk noch einen Multiplizierer und Summierer 21 besitzen. Darin wird jedes Produkt F_n, mit der Länge des Weginkrementes s,„ multipliziert und die ProduktsummeFor this purpose, the difference between two successive first difference quotients v ″, v _m ± _{x is divided} by the assigned arithmetic time span mean r _m and the result of this division, i.e. the second difference quotient a _m for each path increment in a further memory location assigned to it in memory part 12.4, in FIG 1 at a \ ... a "_i indicated, filed. The arithmetic unit also has a multiplier 20, which multiplies the second difference quotients a _m with the mass or reduced mass rr.mt of the hammer 2 and this product F _n representing the force into a fourth of the memory locations of the spoke part assigned to each travel increment \ X5 gives what in Fig. 1 at Fi ... F _n -. is shown. In addition, the arithmetic unit will generally also have a multiplier and summer 21. Each product F _{n is then} multiplied by the length of the path increment s and the product sum

gebildet, welche die im Schlagvorgang verbrauchte Hammerenergie darstellt. Zur Darstellung der gespeicherten Größen, insbesondere der die Kraft darstellenden Produkte F_n* in Abhängigkeit von der Zeit oder von den Weginkrementen kann ein Digital-Plotter 22 dienen.formed, which represents the hammer energy consumed in the striking process. A digital plotter 22 can be used to represent the stored variables, in particular the products F _n * representing the force as a function of time or of the path increments.

Zur weiteren Verdeutlichung der beschriebenen Arbeitsweise zeigt das Schaubild der Fig. 2a in der Ordinate die aufeinander folgenden, dem Strichraster entsprechenden Weginkremente S\, s₂ ... S_n. Die Zeiten fi. ti,... I_n. in welchen diese Weginkremente durchlaufen werden, sind auf der Abszisse dargestellt. Die Weg —Zeit-Darstellung ergibt sich aus der Kurve 23. Die Anfangstangente 24 entspricht der Geschwindigkeit vor dem Schlag. Nach dem Schlag ergibt sich eine vorübergehend konstante Geschwindigkeit entsprechend der Tangente 25, bis die beim Wiederanstieg des Hammers abnehmende kinetische Energie die Hammerbewegung weiter verlangsamt. Die mittlere Hammergeschwindigkeit v_m während der einzelnen Weginkremente s_m ergibt sich jeweils aus der Steigung dieser Kurve, wobei diese Steigungen in den einzelnen Zeitintervallen f_mbei 26 angedeutet sind. Diese Steigungen entsprechen den ersten Differenzenquotienten v_m In F i g. 2b sind für die einzelnen Zeitintervalle t_m die Werte dieser ersten Differenzenquotienten v_m welche die Geschwindigkeit darstellen, längs der Ordinate aufgetragen. In der Abszisse sind die arithmetischen Mittelwerte r_m der Zeitintervalle nach Fig.2 abgetragen. Im Ergebnis zeigt die F i g. 2b im wesentlichen die Geschwindigkeit— Zeit-Darstellung. F i g. 2c sind die zweiten Differenzenquotienten a_mund, abgesehen von einem Normierungsfaktor, die Kräfte F_n, wiederum als Funktion der längs der Abszisse abgetragenen Zeit dargestellt. F i g. 2c zeigt also, bis auf den schon erwähnten Normierungsfaktor, die Beschleunigungs-Zeitdarstellung bzw. die Kraft—Zeit-Darstellung, !n F i g. 2d ist die Kraft —Zeit-Darstellung bzw. Kraft—Weg-Darstellung als Ausdruck auf einem Drucker—Papier-Streifen 27 des Dual-Plotters 22 angedeutet, wobei in Längsrichtung des Streifens die Zeitskala bzw. Wegskala verläuft.To further clarify the method of operation described, the diagram in FIG. 2a shows the successive path increments S \, s ₂ ... S _n corresponding to the line grid on the ordinate. The times fi. ti, ... I _n . In which these path increments are run through are shown on the abscissa. The way-time representation results from curve 23. The initial tangent 24 corresponds to the speed before the stroke. After the impact there is a temporarily constant speed corresponding to the tangent 25, until the kinetic energy, which decreases when the hammer rises again, further slows down the hammer movement. The mean hammer speed v _m during the individual travel increments s _m results from the slope of this curve, these slopes being indicated at 26 _{in the individual time intervals f m.} These slopes correspond to the first difference quotients v _m In F i g. 2b, the values of these first difference quotients v _m, which represent the speed, are plotted along the ordinate for the individual time intervals t _m. _{The arithmetic mean values r m of} the time intervals according to FIG. 2 are plotted on the abscissa. As a result, FIG. 2b essentially the speed-time representation. F i g. 2c shows the second difference quotients a _m and, apart from a normalization factor, the forces F _n , again as a function of the time plotted along the abscissa. F i g. With the exception of the normalization factor already mentioned, FIG. 2c shows the acceleration-time representation or the force-time representation,! N FIG. 2d, the force-time representation or force-displacement representation is indicated as a printout on a printer-paper strip 27 of the dual plotter 22, the time scale or displacement scale running in the longitudinal direction of the strip.

Zur Eichung und Kontrolle bestehen zwei Möglichkeiten: Falls das Strichraster 4 etwas früher in die Lichtschranke 5 einläuft als die Probe 1 vom Hammer 2 berührt wird, kann die bis zum Schlagbeginn ermittelte Geschwindigkeit mit der aus der PendeIf?"Jiöhe bekannten Geschwindigkeit verglichen werden. Außer dem kann die durch den Multiplizierer und Summierer 21 ermittelte Schlagarbeit mit der mit der üblicher Meßeinrichtung durch die Pendelausschlagsmessung gewonnenen verglichen und eine u. U. notwendige Korrektur automatisch ausgeführt werden.There are two options for calibration and control: If the line grid 4 enters the The light barrier 5 runs in when the sample 1 is touched by the hammer 2, which can be determined up to the start of the strike Speed can be compared with the speed known from the PendeIf? "Jiöhe. Except the impact work determined by the multiplier and summer 21 can be compared with that with the usual one Measuring device obtained by the pendulum deflection measurement compared and a possibly necessary Correction will be carried out automatically.

Hierzu 2 Blatt ZeichnuneenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Claim:

Arrangement for measuring the temporal course of the force exerted on a sample by a hammer in impact or drop weight testing of materials, with an electrical-optical displacement transducer that detects the hammer path in its time dependency with a light barrier controlled by the hammer movement, and with a circuit arrangement which a differentiating element which forms the second derivative according to time from the path recording has, characterized by a line grid (4) which is permanently connected to the hammer (2) and controls the light barrier (5) with a line spacing representing a path increment (s _m ) of the hammer (2) , a pulse generator (10) with a fixed, compared to the variable duration of the path increments (s _m> ) significantly smaller temporal pulse interval, at least one of the light barrier (5) and the pulse generator (10) controlled counter (11) for each during a path increment (S _n J resulting pulses of the pulse generator (10), and by a A memory (12) which has at least one memory location for each travel increment (s _m ) of the hammer (2) containing the number of pulses of the pulse generator (10) recorded for its travel increment by the counter (11) for processing by the differentiation element of the circuit arrangement records