DE3142051C2

DE3142051C2 - Vorrichtung zur Ermittlung des Kraft/Weg-Diagramms von verformbaren Körpern

Info

Publication number: DE3142051C2
Application number: DE19813142051
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. 6257 Hünfelden Hofmann
Original assignee: Metzeler Kautschuk GmbH
Current assignee: Metzeler Kautschuk GmbH
Priority date: 1981-10-23
Filing date: 1981-10-23
Publication date: 1985-06-27
Also published as: ES516200A0; JPS5880542A; ES8401248A1; GB2109562B; JPS608860U; BR8206181A; DE3142051A1; GB2109562A

Abstract

Eine Vorrichtung zur Ermittlung des Kraft/Weg-Diagramms von elastischen Körpern weist eine um eine definierte Strecke verschiebbare Traverse auf, die über einzelne Federn mit bekannter Federkonstanten die einzelnen zu untersuchenden Körper beaufschlagt; jedem Körper ist ein Wegmeßsystem für die Bestimmung des Abstandes zwischen der Traverse und dem Körper zugeordnet. Dadurch kann aus Wegmessungen die Federkonstante und damit das Kraft/Weg-Diagramm der einzelnen elastischen Körper bestimmt werden.

Description

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halterung für die zu prüfenden Körper (20) vorgesehen Ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung als PrUfschiene (18) für die Aufnahme der zu prüfenden Körper (20) ausgebildet ist.

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung des Kraft/Weg-Dlagramms von verformbaren Körpern der Im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus »Industrial Laboratory, Vol. 40, No. 8, 1975, S. 1221-1223« Ist eine solche Vorrichtung bekannt, die zum Testen, nämlich zur Ermittlung des Kraft/Weg-Dlagramms von Beton, Erzen und Bodenproben dienen soll. Dabei wird eine um eine Strecke auf Gleitbolzen verschiebbare Auflagerung verwendet, so daß zwischen jedem zu prüfenden Körper und der Auflagerung Federn zur Verformung des Körpers angeordnet werden können. Durch entsprechende Beaufschlagung der einzelnen Proben können bis zu 12 Körper gleichzeitig untersucht werden.

Die einzelnen Proben werden individuell belastet, so daß Variationen der Testbedingungen möglich sind. Die auf die Proben einwirkende Kraft wird mittels eines Kraftmessers festgestellt.

Diese unterschiedliche Belastung der einzelnen Proben Ist nur dann sinnvoll, wenn Stichproben an unterschiedlichen Körpern, beispielsweise unterschiedlichen Bodenproben, gemacht werden müssen.

Bei der statischen Prüfung von Gummi-Körpern oder Gummi/Metallteilen, die In Massenfertigung hergestellt werden, werden Standardprüfmaschinen eingesetzt, die für jeden einzelnen Körper das Kraft/Weg-Diagramm ermitteln und dabei feststellen, ob dieser Körper Innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches liegt. Hierbei müssen alle Körper den gleichen Prüfbedingungen ausgesetzt werden, so daß vergleichbare Kraft/Weg-Dlagramme erhalten werden. Obwohl auch mit der bekannten Vorrichtung im Prinzip solche Gummi- Körper untersucht werden können, ist der erforderliche Meßaufwand zu groß, da für jeden einzelnen Körper sowohl die Verformung als auch die einwirkende Kraft ermittelt werden müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Ermittlung des Kraft/Weg-Diagramms von elastischen Körpern, insbesondere Gummi-Körpern der angegebenen Gattung zu schaffen, die trotz eines einfachen und damit kostengünstigen Aufbaus die gleichzeitige Überprüfung mehrerer elastischer Körper ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß auf jeden einzelnen elastischen Körper durch Traversenverschiebung über eine Stahlfeder eine Kraft aufgebracht wird. Durch Messung des Abstandes zwischen' dem Körper und der Traverse kann sowohl die Einfederung des elastischen Körpers als auch die Kraft ermittelt werden, die auf den Körper wirkt. Damit erhält man also aus einer Wegmessung die Federkonstante des elastischen Körpers und damit sein Kraft/Weg-Dlagramm. Wesentlich Ist hierbei, daß keine eigene Kraftmessung erforderlich Ist, also die im allgemeinen kostspielige Kraftmeßdose entfallen kann. Außerdem können mehrere elastische Körper gleichzeitig geprüft werden, so daß nun auch die vollständige Kontrolle der gesamten Produktion möglich wird.

Zweckmäßigerwelse werden die zu untersuchenden elastischen Körper In eine Prüfschiene eingelegt, so daß dann jeweils mehrere Körper automatisch unter die Traverse und In die Prüfstellung gebracht werden können. Nach der Prüfung werden dann diese elastischen Körper ausgeschoben und durch die nächste, zu prüfende Folge von elastischen Körpern ersetzt. Dabei entspricht selbstverständlich die Zahl der eingeschobenen elastischen Körper der Zahl der zur Verfügung stehenden Meßplätze unter der Traverse.

Bei einer rechnergesteuerten Prüfmaschine können elastische Körper, die außerhalb des Toleranzbereiches liegen, durch Blockierung der Prüfmaschine bzw. der Vorschubeinrichtung und entsprechende optische Anzeige der außerhalb der Toleranz liegenden Körner aussortiert werden.

In einer einzigen Schicht können mit einer solchen Vorrichtung schätzungsweise zwanzigmal soviel elastische Körper geprüft werden wie mit den bisher üblichen Standard-Prüfmaschinen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die belllegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Flg. 1 eine Gesamtansicht der Vorrichtung mit mehreren Meßpätzen, und

Fig. 2 im vergrößerten Maßstab eine Ansicht eines einzigen Meßplatzes.

Die Insgesamt durch das Bezugszeichen 10 angedeutete Vorrichtung zur Ermittlung des Kraft/Wcg-Dlagramms mehrerer elastischer Körper, beispielsweise Gummi-Körper oder des Gummi-Tclls von Gumml/Melalltellen, weist eine Basis 16 auf. auf der eine Prüfschiene 18 für die Aufnahme der zu prüfenden elastischen Körper 20 aufliegt. Außerdem sind an der Basis 16 zwei senkrecht nach oben ragende, drehbare Spindeln 14 angebracht, die gemeinsam eine horl-

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zontale Traverse 12 tragen. Durch Drehung der Spindein 14 kann die Traverse 12 um eine genau definierte Strecke nach oben bzw. nach unten verschoben werden.

Aul die In der Früfschiene 18 befindlichen elastlsehen Körper 20 wird eine Auflageplatte 22 aufgelegt, die jeweils über Stahl-Wendelfedern 24 mit der Unterseile der Traverse 12 verbunden Ist. Außerdem ist jeder Feder 24 und damit jedem elastischen Körper 20 ein Wegmeßsysiem 26 zugeordnet, das den vorliegenden Abstand zwischen der Traverse 12 und dem elastischen Körper 20 ermittelt.

Wenn angenommen wird, daß die Vorrichtung 10 Insgesamt fünf Meßpläue hat und damit Tünf elastische Körper 20 gleichzeitig untersucht werden können, so werden von einer in der Basis 16 vorgesehenen und nicht naher dargestellten Transportvorrichtung fünf elastische Körper 20 in die Prüfschiene 18 eingesetzt und jeweils In die Meßlage unter die zugehörige Feder 24 gebracht. Dann werden die Auflageplatte-. 22 aufgelegt, so daß sich eine »Reihenschaltung« aus der Stahl- Σ0 Wendelfeder 24 und dem zu prüfenden elastischen Körper 20 ergibt. Anschließend wird die Traverse 12 durch definierte Drehung der Spindeln 14 um eine bestimmte Strecke nach unten bewegt. Für jeden einzelnen Prüfling 20 wird der Abstand zwischen der Traverse !2 und dem Prüfling 20 mittels des zugehörigen Wegmeßsystems 26 ermittelt.

Aus den bekannten Größen, nämlich der Federkonsianten der Stahl-Wendel feder 24, der Verschtebeslrecke der Traverse 12und dem Abstand zwischen der Traverse 12 und dem elastischen, zu prüfenden Körper 20 kann die Federkonstante des elastischen Körpers 20 und damit sein Kraft/Weg-Dlagramm berechnet werden, wie im folgenden, unter Bezugnahme auf FI g. 2 erläutert werden soll.

In Flg. 2 Ist die bekannte Strecke, um die Traverse 12 nach unten verschoben wird, mit S_M bekannte Federkonstante der Stahl-Wendelfeder durch C',,,,1, die Strecke, um die der elastische Körper 20 bei der Verschiebung der Traverse 12 zusammengedrückt wird, durch S, und die gesuchte Federkonstante des elastischen Körpers 20 durch C₁.,., angedeutet. Das WegnicIJsysicm 26 stellt den vorhandenen Abstand /wischen der Traverse 12 und dem elastischen Körper 20 lest, ermltiell also S_1n-I. -Si.

Dabei wird von dem folgenden Gleichungssystem

ausgegangen:

Die Federgleichung
lautet:

/"2 = C -.V₁

/i = η

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die die 24

für die Stahl-Wenddfeder 24

(D;

Die Federglelehung für den elastischen Körper 20 lautet:

Außerdem muß für die Kräfte Fl und Fl die: Beziehung gelten:

(3)

Die unbekannte Kompression des elastischen Körpers 20 kann man ausdrücken durch:

■Si =

-Si)

Das Einsetzen von Si entsprechend Gleichung (5) Im Nenner von Gleichung (4) führt schließlich zu der Beziehung:

(· - (■ /> <* t-Sfct-t ~ -Sl )

In dieser Gleichung sind sowohl die Verschiebung der Traverse 12, also S_hek, als auch der Abstand zwischen der Traverse 12 und elastischem Körper 20, also die Werte der Klammern CS₄,*-S₁) bekannt, so daß für jeden elastischen Körper anhand der beiden Wegmessungen seine Federkonstante und damit sein Kraft/Weg-Dlagramm ermittelt werden kann.

Dabei ist auch unwesentlich, ob die Stahl-Wendelfedern 24 die gleiche Federkonstante €_Μ oder unterschiedliche Federkonstanten haben, da dies In der Berechnung für die einzelnen elastischen Körper 20 kompensiert werden kann.

Zweckmäßigerwelse erfolgt die Ermittlung der Federkonstanten der elastischen Körper 20 in einem Rechner, der dann die Körper, deren Federkonstante C_irs und damit deren Kraft/Weg-Diagramm außerhalb des Toleranzbereiches Hegt, durch Blockierung der Vorrichtung bzw. der Vorschubeinrichtung für die elastischen Körper 20 sowie optische Anzeige des außerhalb des Toleranzbereiches liegenden Körpers 20 aussortieren kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Gleichsetzen von Gleichung (1) und Gleichung (2) entsprechend Gleichung (3) unü Auflösung nach C\,., führt /u folgender Bc/.lchung:

₍₄₁

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Ermittlung des Kraft/Weg-Diagramms von verformbaren Körpern s

a) mit einer festen und einer um eine Strecke verschiebbaren Auflagerung,

b) mit die Körper verformenden Federn zwischen jedem zu prüfenden Körper und der verschiebbaren Auflagerung, und

c) mit einem Wegmeßsystem, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

d) die verschiebbare Auflagerung Ist als Traverse (12) ausgebildet; is

e) die Traverse (12) Ist Ober Spindeln (14) verschiebbar;

f) die Federn (24) besitzen vorbestimmte und bekannte Federkonstanten (S_bi,_k)\

g) jedem elastischen Körper (20) 1st ein Wegmeßsystem (26) zum Bestimmen des Abstandes (S₄,* -Si) zwischen der Traverse (12) und dem Körper (20) zugeordnet.