DE3204472A1 - Umlaufbiegemaschine - Google Patents

Description

• UMLAUFBIEGEMASCHINE
• Die Erfindung betrifft eine Umlaufbiegemaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Wnlaufbiegemaschinen dieser Bauart sowie ähnliche mit zwei beweglichcn Lagerböcken sind z.B. in dem Normblatt DIN 50 113 (vgl. insbes. Bild 1) sowie in einschlägigen Prospekten der Fa. Carl Schenck in Darmstadt beschrieben.
• Bei dieser bekannten Maschine greift die das Belastungsmoment in dem Prüfling erzeugende Kraft in einer senkrecht durch die Drehachse gehenden Ebene an dem Rebelarm des Belastungslagers an. Sie verläuft somit in derselben Ebene wie die Eigengewichtskraft des Belastungslagers, und erfordert dessen Beweglichkeit in senkrechter Richtung. Deshalb muß auch die Stitzeinrichtung zur Kompensation des Eigengewichtes des Belastungslagers und der daran hängenden weiteren Teile in dieser Richtung nachgiebig sein. Die Stützeinrichtung ist deshalb nach Art eines Waagebalkens ausgebildet, der durch ein veränderbares oder verschiebbares Gegengewicht austariert werden muß. Auch die Belastungseinrichtung weist ein Hebelsystem auf. Diese Konstruktion ist kompliziert und teuer in der Herstellung. Das Austarieren macht auch die Redienung schwierig und fehlerempfindlich.
• Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, diese Mangel zu vermeiden und eine Unlaufbiegemaschine zu schaffen, die einfach in der Konstruktion, billig in der Herstellung und leicht zu bedienen ist.
• Die Lösung dieser Aufgabe geschieht erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß zur Entkoppelung der Belastung vom Eigengewicht des Belastungslagers die Kraft oder die Kräfte, die das Belastungsbiegemoment erzeugen, nicht wie bei der bekannten Maschine in einer senkrechten sondern in einer waagerecht durch die Drehachse verlaufenden Ebene an dem Belastungslager angreifen. Daraus folgt notwendig, daß die Beweglichkeit des Belastungslagers quer zur Drehachse ebenfalls horizontal gerichtet ist. In der Wirkrichtung seines Eigengewichtes bedarf das Belastungslager somit keiner Beweglichkeit, so daß kein Hebel als Stützeinrichtung und kein Austarieren erforderlich sind. Es gerügt vielmehr ein festes Stützlager mit einer horizontalen Fläche, auf der sich das Belastungslager horizontal quer zur Drehachse verschieben kan'n.
• Wenn auf die Probe nur das Belastungsbiegemoment, aber keine zusatzliche Axialkraft ausgeibt werden soll, muß an dem Belastungslager ein Kraftepaar angreifen, das aus zwei gleich großen, parallelen und entgegengesetzt gerichteten Belastungskräften besteht.
• Wird das Biegemoment durch nur eine an dem Belastungslager angreifende Kraft hervorgerufen, so muß diese parallel zur Drehachse an dem Hebelarm des Lagers angreifen. Die Belastungskraft bewirkt dann eine gleich große Axialkraft in der Biegeprobe. Durch Verwendung eines entsprechend langen Hebelarmes (z.B. 1 m) lassen sich die bei kleineren Umlaufbiegemaschinen benötigten Biegemomente mit einer so kleinen Belastungskraft erzeugen, daß die in der Probe hervorgerufenen Axialspannungen gegenüber den Biegespannungen vernachlässigbar sind.
• Es ist auch möglich, mit Hilfe eines besonders kurzen Hebelarmes, der eine große Belastungskraft zur Erzeugung des Biegemomentes bedingt, in der Probe entsprechend große, axiale Zug- oder Druckspannungen hervorzurufen, die sich den Biegespannungen überlagern. -Hierdurch ergibt sich eine sehr einfache Möglichkeit itir die Durchführung von Umlaufbiegeschwell versuchen.
• Wegen ihres einfachen Aufbaues ist die erfindungsgemäße Umlaufbiegemaschine auch besonders geeignet fur die Anbringung einer Bremsvorrichtung an dem dem Antrieb abgewandten Ende des Priiflings. Mit Hilfe einer solchen Bremsvorrichtung kann der Biegebeanspruchung in der Probe, wie an sich bekannt, eine Torsionsbean spruchung überlagert werden.
• Im folgenden ist eine Ausführungsform der Erfindung im Vergleich mit der bekann ten Maschine anhand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigen schematisch: Figur 1 eine bekannte Umlaufbiegemaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Vorderansicht, Figur 2 eine erfindungsgemäße Umlaufbiegemaschine in Vorderansicht, Figur 3 die Maschine nach Figur 2 von oben, Figur 4 ein Belastungslager im Schnitt.
• Die in der Figur 1 dargestellte, bekannte Umlaufbiegemaschine stimmt mit der erfindungsgemäßen in folgendem überein: Ein Elektromotor 1 ist mit einer Antriebsspindel 2 gekuppelt, die in einem orlsfesten Lagerbock 3 drehbar gelagert ist und eine nicht dargestellte Einspannvorrichtung iti.r das eine Ende 4.1 eines Priiflir1gs, vor;r-ug'.wci se einer auf ihre ii gewechselfestigkeit zu untersuchenden Werkstoffprobe 4 trägt. Das andere Ende 4.? der Probe ist in die drehbare Hohlwelle 5.1 <in den Figuren 1 bis 3 nicht dargestellt) eines quer zu der Drehachse A-A der Maschine beweglichen Belastungslagers 5 eingespannt, an dem zur Erzeugung eines Belastungsbiegemomentes MB in der Probe 4 eine Belastungsvorrichtung B angreift. Das Eigengewicht des Belastungslagers 5 und der an ihm hängenden Teile wird von einer'Stützeinrichtung S aufgenonmen.
• Die erfindungsgemäße Umlaufbiegemaschine unterscheidet sich von dieser bekannten hauptsächlich durch die Ausbildung der Belastungseinrichtung B und der Stützeinrichtung S. Wesentlich ist dabei, daß die Belastungskräfte P.1 und P.2 bei der herkömmlichen Maschine in einer vertikalen, durch die Drehachse A-A verlaufenden Ebene an dem Belastungslager 5 angreifen Diese Kräfte werden durch ein-Belastungsgewicht B.1 erzeugt, das iber ein Seil und eine Umlenkrolle auf einen dreianiiigen Belastungshebel B.2 wirkt. Der Belastungshebel B.2 ist zur Abstützung seines Eigengewichtes und dem des Belastungslagers 5 in seinem Drehpunkt an ei nein waagerechten, bei S.1 schwenkbar abgestützten Kompensationshebel befestift, an dem ein Kompensationsgewicht S.3 hängt. Mit Hilfe des Kompensationsgewichtes S.3, das auch als Laufgewicht ausgebildet sein kann, muß das Eigengewicht des Belastungslagers und die daran hängenden Teile bei jedem Versuchsaufbau genau austariert werden, damit es kein zusätzliches, die Messungen verfälschendes Biegemoment in der Probe 4 hervorruft.
• Wie schon erwähnt, stimmt die in den Figuren 2 und 3 dargestellte, erfindungsgemaße Umlaufbiegemaschine bezüglich des Antriebs 1, 2, des festen Lagerbocks 3, der Probe 4 und des beweglichen Belastungslagers 5 im Prinzip mit der bekannten Maschine nach Figur 1 überein. Wesentlich einfacher in Konstruktion und Bedi enung ist dagegen die erfindungsgemäße Ausbildung der Belastungseinrichtung B und die Stiitzeinrichtung S.
• Die Belastungseinrichtung wird nunmehr von einem seitlich an dem Belastungslager starr befestigten, waagrechten Hebelarm 6 gebildet, an dem, z.B. mittels eines Gewichtes über ein Seil und eine Umlenkrolle (nicht dargestellt), in einer horizontal durch die Drehachse A-A verlaufenden Ebene und parallel zur Drehachse die Be?l.lstungskraft P angreift. Durch die Kraft P wird über den Hebelarm 6 und das Belastungslager 5 das jeweils erforderliche Belastungsbiegemoment auf die Probe 4 aufgebracht.
• Da bei dieser Anordnung und Ausbildung der flelastungseinnchtung keine Beweglichkeit des Belastungslagers in senkrechter Richtung erforderlich ist, kann das Eigengewicht des Belastungslagers 5 mit dem Hebelarm 6 von einem einfachen Gleitlager, einem sog. Gleitstein 7, mit waagrechter Gleitfläche 7.1 auf noninen werden, auf der das Belastungslager 5 mit seiner gleichfalls ebenen Stützfläche in horizontaler Richtung verschiebbar ist. Diese Ausführung einer Unlaufbiegemaschine benötigt weder in der Belastungseinrichtung noc-h in der Stützeinrichtung ein aufwendiges, in den Gelenken bewegliches Hebelsystem. Ein Austarieren des Eigengewichtes ist nicht erforderlich.
• Das in der Figur 4 in größerem Maßstab dargestellte Belastungslager 5, enthielt zwei Kegelrollenlager 5.2 und 5.3, in welchen die Hohlwelle 5.1 gelagert ist.
• In der Hohlwelle 5.1 ist z.B. mit Hilfe von Ringfeder-Spannelementen 5.5 das äußere Ende 4.2 der Biegeprobe 4 eingespannt. Seitlich an dem Belastungsla-ger 5 ist der waagrechte, unterbrochen dargestellte Hebelarm 6 starr befestigt. Unten an dem Lager 5 ist- ein Ansatz 5.4 angebracht, mit dessen ebener Unterfläche sich das Belastungslager 5 auf der horizontalen Oberfläche 7.1 des hier nicht darestellten Gleitsteins 7 abstützt.
• In die Figur 4 sind als gestrichelte Pfeile auch die Kräfte eingetragen, die an und in dem Belastungslager 5 bei der Bildung des Belastungsbiegemomentes auftreten. Die an dem Hebelarm 6 angreifende parallel zur Drehachse A-A gerichtete Belastungskraft P bewirkt in den Bereichen der Kegelrollenlager 5.2, 5.3 zwei in horizontaler Ebene, senkrecht zur Drehachse einander entgegengesetzt gerichtete Kräfte P.1 und P.2, deren gleiche Größe von der Kraft P, der Länge des iSehelarmes 6 und vom Abstand der Kegelrollenlager bestimmt wird. Das durch die Kräfte P.1 und P.2 bewirkte Drehmoment wird als Belastungsbiegemoment über die Hohlwelle 5.1 und das Probenende 4.2 auf die Umlaufbiegeprobe 4 übertragen. In der Probe 4 und in deren Einspannenden 4.1 und 4.2 ergibt sich dabei die in der Figur 3 unten skizzierte, trapezförmige Verteilung des Belastun3sbiegernoinentes MB, wie sie bei Umlaufbiegeversuchen erwünscht ist (vgl. Bild 1 des Normblattes DIN 50 113).
• Bei der vorstehend beschriebenen Ausfuhrungsform der Erfindung wird durch die Belastungskraft P auf die Probe außer dem Belastungsbiegemoment noch eine-Axialkraft übertragen, die an dem festen Lagerbock 3 abgestützt wird und dort eine entgegengesetzt gerichtete Reaktionskraft erzeugt. In der Probe entstehen dadurch Axialspannungen, die sich den Biegespannungen überlagern.
• Das erfindungsgemäße Prinzip der Entkoppelung der Belastungskraft vom Eiqenc wicht des Belastungslagers durch Verlegung der Belastungskraft in eine horizontal durch die Drehachse verlaufende Ebene ist auch bei Urnlaiifbi cacrnaschi ncn anderer Bauart sinngemäß anwendbar und vorteilhaft Insbesondere gilt dies für solche Maschinen, bei denen die Umlaufbiegeprobe zwischen zwei schwenkbaren lagern eingespannt ist, von denen jedes mit einer gleichgroßen Belastungskraft beaufschlagt ist (vgl. Normblatt DIN 50 113 Bild 1 unten).
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Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE Umlaufbiegemaschine, bestehend aus einer in einen festen Lagerbock drehbar gelagerten Antriebsspindel mit einer Einspannvorrichtung für das eine Ende eines auf seine Biegewechselfestigkeit zu untersuchenden Pruflings, z.B.

   einer Werkstoffprobe oder eines Bauteils, dessen anderes Ende in der drehbaren Hohlwelle eines. quer zur Drehachse beweglichen Belastungslagers eingespannt ist, an welchem über einen Hebelarm mindestens eine Kraft angreift., die in dem Prüfling ein über dessen Prüflänge gleichbleibendes, raumfestes Biegemoment erzeugen, wobei das Belastungslager derart abgestützt ist, daß sein Eigengewicht kein zusätzliches Biegemoment auf den Prüfling ausgibt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entkopplung der Belastung von dem Eigengewicht des Belastungslagers: a) die Kraft oder die Kräfte, welche das Belastungsbiegemoment erzeugen, in einer horizontalen, durch die Drehachse verlaufenden Ebene an den zugehörigen Hebelarm des Belastungslagers angreifen, b) das Eigengewicht des Belastungslagers durch ein Stützlager mit horizontal er Beweglichkeit, z.B. durch eine oder mehrere horizontale Gleitflächen, aufgenomnen wird.
2. 2. Umlaufbiegemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleich große, parallele Belastungskräfteüber je einen Hebelarm in entgegengesetzter Richtung an dem Belastungslager angreifen und damit keine axiale Kraft auf den Prüfling ausüben.
3. 3. Umlaufbiegemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine zur Drehachse parallele Belastungskraft (P) über einen Hebelarm (6) an dem Belastungslager (5) angreift, die in dem Prufl-ing (4) eine gleich große Axialkraft bewirkt.
4. 4. Umlaufbiegemaschine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung des Hebelarmes (6), daß zur Erzeugung eines vorgegebenen Belastungsbiegemomentes eine achsparallele Belastungskraft (P) erforderlich wird, die'in der Probe eine Axialspannung gewünschter Größe hervorruft.
5. 5. Umlaufbiegemaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem der Antriebsseite abgewandten Ende (4.2) des Prüflings (4) eine Bremsvorrichtung vorgesehen ist, die es ennöglicht, in dem Prüfling zusatzlich zu der Biegebeanspruchung eine Torsionsbeanspruchung zu erzeugen.