DE3204472C2 - Umlaufbiegemaschine - Google Patents

Abstract

Die Umlaufbiegemaschine besteht aus einer in einem festen Lagerblock drehbar gelagerten Antriebsspindel mit einer Einspannvorrichtung für das Ende eines auf seine Biegewechselfestigkeit zu untersuchenden Prüflings. Das andere Ende ist in einem Belastungslager eingespannt, an dem über einen Hebelarm eine Kraft eingreift, die in dem Prüfling ein Biegemoment erzeugt. Zur Entkoppelung der Belastung von dem Eigengewicht des Belastungslagers greift die Kraft, welche das Belastungsbiegemoment erzeugt, in einer horizontalen, durch die Drehachse verlaufenden Ebene an den zugehörigen Hebelarm des Belastungslagers an. Das Eigengewicht des Belastungslagers wird durch ein Stützlager mit horizontaler Beweglichkeit, z. B. durch eine oder mehrere horizontale Gleitflächen aufgenommen. Zwei gleich große, parallele Belastungskräfte können über je einen Hebelarm in entgegengesetzter Richtung angreifen, damit keine axiale Kraft auf den Prüfling ausgeübt wird. Durch Bemessung des Hebelarmes kann zur Erzeugung eines vorgegebenen Belastungsbiegemomentes eine achsparallele Belastungskraft erzeugt werden. An dem der Antriebswelle abgewandten Ende des Prüflings kann eine Bremsvorrichtung vorgesehen sein, die es ermöglicht, in dem Prüfling zusätzlich zu der Biegespannung eine Torsionsspannung zu erzeugen.

Description

a) der horizontale Hebelarm (6) seitlich starr an dem BeiiHtungslager (5) befestigt ist und die das Biegeniümeni (MB) erzeugende Kraft (P) in einer horizontal durch die Drehachse (A -i- A) verlaufenden Ebene und parallel zu der Drehachse an dem Hebelarm (6) angreift,

b) das Belastungslager (5) auf einem ortsfesten Stützlager (7) mit einer oder mehreren horizontalen Gleitflächen abgestützt ist.

2. Umlaufbiegemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Hebelarm (6) gegenüber ^|:egenden Seite des Belastungslagers (5) ein zweiter horizontaler Hebelarm starr befestigt ist, an dem in gleicher Entfernung von der Drehachse (A η- A) eine die Kraft (P) gleich große, aber entgegengesetzt gerichtete, weitere Kraft angreift.

3. Umlaufbiegemaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Länge des Hebelarms (6), daß bei einer vorgegebenen Größe des Belastungsmoments (MB) in dem Prüfling (4) eine Axialspannung gewünschter Größe hervorgerufen wird.

Die Erfindung betrifft eine Umlaufbiegemaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der Firmendruckschrift der Carl Schenk AG P 2613/2-15.678 md ist eine derartige Umlaufbiegemaschine bereits bekannt.

Die das Belastungsmoment erzeugende Kraft greift in einer senkrecht durch die Drehachse gehenden Ebene an dem Hebelarm 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 Stützeinrichtung 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 Hcbelsystem auf. Diese Konstruktion ist kompliziert und teuer in der Herstellung. Das Austarieren macht auch die Bedienung schwierig und fehlerempfindlich.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Umlaulbiegemaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß eine einfachere Konstruktion möglich ist, die Herstellungskosten niedriger sind und daß die Bedienung erleichtert ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst Weiterbildüngen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Hauptvorteil der Erfindung besteht darin, daß zur Entkoppelung vom Eigengewicht des Belastungslagers die Kraft oder die Kräfte, die das Belastungsbiege-

•o moment erzeugen, nicht wie bei der bekannten Maschine in einer senkrechten sondern in einer waagerecht durch die Drehachse verlaufenden Ebene an dem BeIa-Etungslager eingreifen. Daraus folgt notwendig, daß die Beweglichkeit des Belastungslagers quer zur Drehachse

!5 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 genügt vielmehr ein festes Stützlager mit einer horizonta- !en Fläche, auf der sich das Belastungslager horizontal quer zur Drehachse verschieben kann.

Wenn auf die Probe nur das Beiastungsbiegemoment, aber keine zusätzliche Axialkraft ausgeübt werden soll, muß an dem Belastungslager ein Kräftepaar angreifen, das aus zwei gleich großen, parallelen und entgegengesetzt gerichteten Belasiungskräften 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 Umiaufbiegemaschinen benötigten Biegemomente mit einer se kleinen Belastungskraft erzeugen, daß die in der Probe hervorgerufenen Axialspannungen gegenüber den Biegespannungen vernachlässigbar sind.

Es ist auch möglich, mit Hilfe eines vfsonders 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 für die Durchführung von Umlaufbiegeschwellversuchen.

Wegen ihres einfachen Aufbaues ist die erfindungsgemäße Umlaufbiegemaschine auch besonders geeignet für die Anbringung einer Bremsvorrichtung an dem dem Antrieb abgewandten Ende des Prüflings. Mit Hilfe einer solchen Bremsvorrichtung kann der Biegebeanspruchung in der Probe, wie an sich bekannt, eine Torsior.sbeanspruchung überlagert werden.

Im folgenden ist eine Ausführungsform der Erfindung im Vergleich mit der bekannten Maschine anhand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigen schematisch

Fig. 1 eine bekannte Umlaufbiegemaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Vorderansicht,

F i g. 2 eine erfindungsgemäße Umlaufbiegemaschine in Vorderansicht,

F i g. 3 die Maschine nach F i g. 2 von oben,
F i g. 4 ein Belastungslager im Schnitt.
Die in der F i g. 1 dargestellte, bekannte Umlaufbiegemaschine stimmt mit der eriindungsgcmäßen in folgendem überein:

Ein Elektromotor 1 ist mit einer Antriebsspindel 2 gekuppelt, die in einem ortsfesten Lagerbock 3 drehbar gelagert ist und eine nicht dargestellte Einspannvorrichtung für das eine Ende 4.1 eines Prüflings, vorzugsweise

einer auf ihre Biegewechselfestigkeit zu untersuchenden Werkstoffprobe 4 trägt. Das andere Ende 4.2 der Probe ist in die drehbare Hohlwelle 5.1 (in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellt) eines quer zu der Drehachse A-A der Maschine beweglichen Belastungslagers 5 eingespannt, an dem zur Erzeugung eines Belastungsbiegemonentes MB in der Probe 4 eine Belastungsvorrichtung B angreift. Das Eigengewicht des Belastungslagers

5 und der an ihm hängenden Teile wird von einer Stützeinrichtung Saufgenommen.

Die erfindungsgemäße Umlaufbiegemaschine unterscheidet sich von dieser bekannten hauptsächlich durch die Ausbildung der Belastungseinrichtung B und der Stützeinrichtung 5. Wesentlich ist dabei, daß die Belastungskräfte PA und P2 bsi der herkömmlichen Maschine in einer vertikalen, durch die Drehachse A-A verlaufendem Ebene an dem Belastungslager 5 angreifen. Diese Kräfte werden durch ein Belastungsgewicht BA erzeugt, das über ein Seil und eine Umlenkrolle auf einen dreia.-migen Belastungshebel B2 wirkt. Der Belastungshebel B2 ist zur Abstützung seines Eigengf vichtes und dem des Belastungslagers 5 in seinem Drehpunkt an einem waagerechten, bei 5.1 schwenkbar abgestützten Kompensationshebel befestigt, an dem ein Kompensationsgewicht S3 hängt. Mit Hilfe des Kompensationsgewichtes 53, 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 F i g. 2 und 3 dargestellte, erfindungsgemäße 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 Fig. 1 überein. Wesentlich einfacher in Konstruktion und Bedienung ist dagegen die erfindungsgemäße Ausbildung der Belastung-jinrichtung Sund die Stützeinrichtung 5.

Die Belastungseinrichtung wird nunmehr von einem seitlichen an dem Belastungslager starr befestigten, waagerechten 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 urJ parallel zur Drehachse die Belastungskraft P angreift. Durch die Kraft P wird über den Hebelarm 6 und das Belastungslager 5 das jeweils erforderliche Belastungsbiegemor.ient auf die Probe 4 aufgebracht

Da bei dieser Anordnung und Ausbildung der BeIastungsein-ichtung 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 aufgenommen werden, auf der das Belastungslager 5 mit seiner gleichfalls ebenen Stützfläche in horizontaler Richtung verschiebbar ist. Diese Ausführung einer Umlaufbiegemaschine benötigt weder in der Belastungseinrichtung noch in der Stützeinrichtung ein aufwendiges, in den Gelenken bewegliches Hebelsystem. Ein Austarieren des Eigengewichts ist nicht erforderlich.

Das in der F i g. 4 in größerem Maßstab dargestellte Belastungslager 5 enthält zwei Kegelrollenlager 5.2 und 5.3, in welchen die Hohlwelle 5.1 gelagert ist. In der Hohlwelle 5.1 ist z. B. rr.it Hilfe von Ringfeder-Spannelementen 5.5 das äußere Ende 4.2 der Biegeprobe 4 eingespannt. Seitlich an dem Belastungslager 5 ist der waagerechte, 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 7Λ des hier nicht dargestellten Gleitsteins 7 abstützt.

In die F i g. 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 5.2,53 zwei in horizontaler Ebene, senkrecht zur Drehachse einander entgegengesetzt gerichtete Kräfte PA und P2, deren gleiche Größe von der Kraft P, der Länge des Hebt.armes 6 und vom Abstand der Kegelrollenlager bestimmt wird. Das durch die Kräfte PA und P2 bewirkte Drehmoment wird als Belastungsbiegemoment über die Hohlwelle 5.1 und das Probeende 4.2 auf die Umlaufbiegeprobe 4 übertragen. In der Probe 4 und in rfrren Einspannenden 4,1 und 4,2 ergibt sich dabei die ;s der F i g. 3 unten skizzierte, trapezförmige Verteilung des Belastungsbiegemomentes MB, wie sie bei Umlaufbiegeversuchen erwünscht ist (vgl. Bild 1 des Normblattes DIN 50 113).

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird durch die Belastungskraft P auf die Probe außer dem Belastungsmoment 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 Prinzip der Entkoppelung der Belastungskraft vom Eigengewicht des Belastungslagers durch Verlegung der Belastungskraft in eine horizontal durch die Drehachse veraufende Ebene ist auch bei Umlaufbiegemaschinen 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 nvt einer gleich großen Belastungskraft beaufschlagt ist (vgl. Normblatt DIN 50 113 Bild 1 unten).

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Umlaufbiegemaschine, bestehend aus einer in einem festen Lagerbock drehbar gelagerten Antriebsspindel mit einer Einspannvorrichtung für das eine Ende eines auf seine Biegewechselfestigkeit zu untersuchenden Prüflings, z. B. einer Werkstoffprobe oder eines Bauteiles, dessen anderes Ende in der drehbaren Hohlwelle eines quer zur Drehachse beweglichen Belastungslagers eingespannt ist, an welchem über einen Hebelarm eine Kraft angreift die in dem Prüfling ein raumfestes Biegemoment erzeugt, wobei das Belastungslager so abgestützt ist, daß sein Eigengewicht kein Biegemoment auf dem Prüfling ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß