DE2942263A1

DE2942263A1 - Verfahren und vorrichtung zu einer resonanzpruefeinrichtung

Info

Publication number: DE2942263A1
Application number: DE19792942263
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 6831 Plankstadt Kieser
Original assignee: MFL PRUEF und MESSSYSTEME GmbH
Current assignee: MFL PRUEF und MESSSYSTEME GmbH
Priority date: 1979-10-19
Filing date: 1979-10-19
Publication date: 1981-04-30

Description

Verfahren und Vorrichtung zu einer Resonanz-
prufeinrichtung.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einleitung von sinusförmigen Wechsellasten mit und ohne positive oder negative Mittelspannung in zu untersuchende Werkstoffe und Bauteile, bei dem unter Einbeziehung des mitschwingenden Querhauptes eine Schwingerkette gebildet wird, die aus Lastzylinder ( feder cm), Kolben (Masse m), Probe (Feder cM), Querhaupt (Masse M), Vorlastzylinder (Gas-Feder cR) besteht, wobei sich die Kette mittels stetig oder stufig einstellbarer Federn in sehr weitem Bereich auf Resonanz abstimmen Iaßt und hierbei die Rolle des Erregerszylinders der über ein Servoventil angesteuerte Lastzylinder übernimmt.
Zur Durchführung von Untersuchungen von Werkstoffen und Bauteilen auf Festigkeit und Lebensdauer unter Ausnutzung der Eigenresonanz des Systems sind verschiedene Verfahren entwickelt worden.
In der DE - AS 25 22 890 ist ein solches Verfahren beschrieben. Hier bilden Prüfkörper und Prufmaschine ein schwingungsfähiges System, das sich aus allgemein bekannten physikalischen Gesetzen zusammensetzt. Dieses System wird von einer servohydraulischen Steuer- und Regeleinrichtung erregt. Hierbei ist das Druckmittel der Belastungseinrichtung als Ölfeder in das schwingungsfähig System miteinbezogen und auch auf das ubrige System abstimmbar. Die zur Anwendung gelangenden Drücke sind möglichst nahe an den zulässigen Systemdruck gelegt. Die Maschine weist nur einen Belastungszylinder auf, auf dessen Kolbenstange wenn nötig, zum Grobabstimmen der Resonanzfrequenz Massen aufgepackt werden. Ein weiteres Merkmal dieser Erfindung ist es, daß auch die Steifigkeit der Ölfeder veränderlich ist, wodurch die Prüfeinrichtung in weitem Bereich unterschiedlichen Proben anpaßbar ist.
Bei naheren Untersuchungen und Betrachtungen muss man erkennen, daß eine Resonanzprufeinrichtung nach der oben beschriebenen Erfindung ohne zusätzliche Massen nicht für ein breites Frequenzband einsetzbar ist, da durch Verändern der Ölfeder nur ein relativ schmales Frequenzband überdeckbar ist.
Auch mit zusatzlichen Massen ist es wegen unwirtschaftlich großer Masser nicht möglich, eine annehmbar niedrige Grenzfrequenz zu erhalten.
Die notwendigen Zusatzmassen bedingungen betrachtliche Nachteile, die den Gebrauchswert der Anlage erheblich einschranken, u.a.: a) starkere Zylinderbauart zur Aufnahme der Zusatzbelastungen durch Zusatzmassen b) lange Umrüstzeit mit eventuell mehreren Arbeitskraften c) ohne Umrüstung eingeschränkter Nachfahrbetrieb d) eventuell Hubvorrichtung zum Einbringen der Zusatzmassen e) Programmierbarkeit der Prüfmaschine.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die beschriebenen Nachteile, gerade im Hinblick auf die Automatisierbarkeit der Anlage und Programmierbarkeit des Prufablaufes zu beseitigen und ausserdem den Frequenzbereich gegenüber der beschriebenen Anlage erheblich nach oben und unten auszuweiten.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei Resonanzbetrieb unter Zuhilfenahme des mitschwingenden Querhauptes eine Schwingerkette gebildet wird, deren Ö1- und Gasfedern durch stetige oder stufige Verstellbarkeit in sehr weiten Bereich auf Resonanz abstimmbar sind. Normalerweise sind keine Zusatzmassen notwendig, werden solche trotzdem benötigt, so werden diese nach der Erfindung am Querhaupt befestigt, wo sie den normalen Nachfahrbetrieb nicht stören.
Diese Ausfuhrung nach der Erfindung benötigt keine Umrustzeit, ebenso können die Frequenzen, Vorlasten und Schwingungsamplituden ohne Betriebsunterbrechung geändert werden. Ferner ist die Maschine nach der Erfindung einfach automatisierbar, auch programmierbarer Prufablauf ist ohne Schwierigkeiten möglich, wobei ein normaler, nicht durch Zusatzmassen eingeschränkter Nachfahrbetrieb möglich ist. Diese Ausfuhrung kann gleichzeitig in Richtung Resonanzbetrieb und in Richtung Nachfahrbetrieb optimiert werden.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß bei reinen Wechsellasten die Vorlast gleich Null ist wobei ein Vorlastsystem entfallt. Die Einleitung der Schwingungserregung erfolgt über das vorhandene Servoventil, das den Lastzylinder entsprechend ansteuert, ohne zusätzlichen Erregerzylinder.
Nachstehend werden einige Ausführungsbeispiele und Diagramme nach der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung der Schwingerkette Fig. 2 eine weitere Anordnung der Schwingerkette Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Resonanzprüfmaschine mit der Schwingerkette nach Fig. 2 Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Resonanzprüfmaschine mit der Schwingerkette nach Fig. 1 Fig. 5 eine weitere Ausführung einer Resonanzprüfmaschine Fig. 6 ein Diagramm über Einstufenversuche bei Wechsellast Fig. 7 ein Diagramm über Einstufenversuche bei Schwelllast Fig. 8 ein Diagramm über Einstufenversuche bei Wechsellast mit Vorlast Fig. 9 ein Diagramm über Lastkollektive Fig. 10 ein Diagramm über Mehrstufenversuche bei beliebigen Lasten Fig. 11 ein Diagramm vom Resonanzbetrieb bei der abwechselnd mit Nachfahrbetrieb gefahren wird.
Die in Fig. 1 dargestellteSchwingerkette besteht aus der Ölfeder cm des Belastungszylinders, der Masse m von Kolbenstange und Spannkopf, der Probe cM, der Masse M vom mitschwingenden Querhaupt und dem Vorlastzylinder cR.
Eine weitere Anordnung der Schwingerkette zeigt Fig. 2 bei der lediglich die Verstellzylinder gleich als Vorlastzylinder eingesetzt werden 2 x cR/2.
Fig. 3 zeigt eine der Fig. 2 entsprechende konstruktive Ausführung der Maschine, die die wesentlichen Baugruppen einer hydraulischen Prüfmaschine enthalt.
Tischplatte 1, Saulen 2 und Querhaupt 3 bilden den Maschinenrahmen. Der Lastzylinder 4 mit Kolbenstange 6 und unterem Spannkopf 5 ist an der Tischplatte 1 befestigt. Über die Kraftmeßeinrichtung 9 ist der obere Spannkopf 8 am Querhaupt 3 befestiat. Über die beiden Spannköpfe wird die Prüfkraft in den Prüfkörper 7 einaeleitet. Im Prinzip ist es auch möglich, den Lastzylinder 4 am Querhaupt 3 und die Meßdose 9 an der Tischplatte 1 zu befestigen. Die Verstellzylinder 10, 10' übernehmen auch die Rolle der Vorlastzylinder.
Die Resonanzfrequenz wird auf den jeweiligen Prüfkörper abgestimmt unter Zuschalten von einstellbaren Speichern und/oder Ölkammern 11 zum Verstell- und Vorlastzylinder 10,10' und/oder durch Zuschalten von einstellbaren Speichern und/oder Ölkammern 12 zum Belastungszylinder 4 sowie durch Aufpacken von Zusatzmassen 13 auf das Querhaupt 3.
Die Schwingung wird über ein Servoventil 14 eingeleitet und aufrecht erhalten, das von einem Hydraulikaggregat 15 gespeist wird.
Das bei Nachfahrbetrieb geklemmte Querhaupt 3 bildet durch Entsperren der Klemmvorrichtung 17 bei Resonanzbetrieb ein Glied der Schwingerkette.
Eine Regeleinrichtung 16 übernimmt es, die eingegebenen Werte für Vorlast Fv, Schwinglast Fs bei der gewünschten Frequenz > konstant zu halten, wobei beliebiges Ändern dieser drei Werte auch während des Betriebes möglich ist.
Eine konstruktive Abwandlung der Maschine zeigt Fig. 4 mit der Schwingerkette nach Fig. 1. Hier ubernehmen die Verstellzylinder 10,10' nur das Verschieben der beiden Querhaupter 3,3'. Die Vorlast wird über den Kurzhubzylinder 18 eingeleitet.
Als weitere Variante zeigt Fig. 5 eine Maschine bei der der Vorlastzylinder 18 als Langhubzylinder ausgeführt ist und der auch das Verschieben des Querhauptes 3 ubernimmt wahrend das Querhaupt 3' fest an den Säulen 2,2' befestigt ist.
Bei den Fig. 6 bis 11 sind verschiedene Diagramme dargestellt, die die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten der Maschine zeigen.

Claims

PATENTANSPRÜCKE Verfahren und Vorrichtung zur Einleitung von sinusformigen Wechsellasten mit und ohne positive oder negative Mittelspannungen in zu untersuchende Werkstoffproben und Bauteile, dadurch gekennzeichnet, daß bei Resonanzbetrieb das schwingungsfähig Querhaupt Bestandteil einer Schwingerkette ist, die gebildet wird aus der ölfeder cm (Lastzylinder, verstellbar) Masse m (Kolben) Feder cm (Probe) Masse M (Querhaupt) Gasfeder cR (Vorlastzylinder, verstellbar) wobei der Vorlastzylinder die Aufgabe hat, eine im positiven oder negativen Arbeitsbereich der Maschine veränderliche Vorlast einzuleiten.
2. Verfahren und Vorrichtung zur Einleitung reiner Wechsellasten dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlast gleich Null ist, wodurch ein Vorlastsystem entfallt.
3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Querhaupt als schwingende Masse eingesetzt wird.
4. Verfahren und Vorrichtung zur Einleitung von sinusförmigen Wechsellasten mit und ohne positive oder negative Vorlasten nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß zusatzliche Massen am Querhaupt angebracht werden konnen, die bei Nachfahrbetrieb am schwingenden Querhaupt oder einem zusatzlichen festen Querhaupt verbleiben.
5. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß das schwingende Querhaupt bei Nachfahrbetrieb an den Säulen automatisch festgeklemmt wird.
6. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung zur Resonanz ueber ein Servoventil erfolgt.