DE3244464A1

DE3244464A1 - Werkstoff- und bauteil-pruefmaschine

Info

Publication number: DE3244464A1
Application number: DE19823244464
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Ing. 6930 Eberbach Leger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-12-01
Filing date: 1982-12-01
Publication date: 1984-06-07
Also published as: JPH0340816B2; DE3244464C2; US4517843A; GB2132365A; JPS59109841A; GB8331721D0; GB2132365B

Description

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Werkstoff- und Bautei!-Prüfmaschine

Die Erfindung betrifft eine Werkstoff- und Bauteil-Prüfmaschine zur Erzeugung beliebig zeitveränderlicher Biege- und bzw. oder Torsionsbeanspruchungen in vorzugsweise stabförmigeη Prüfkörpern.

Werkstoff-Prüfmaschinen der in Betracht kommenden Art sind in unterschiedlichsten Ausführungsformen bereits bekanntgeworden. Bei diesen wird der eingespannte stabförmige Prüfkörper mittels eines Antriebsmotors in Umdrehungen versetzt, wobei er einer Biegebeanspruchung und/oder Torsionsbeanspruchung ausgesetzt wird. Alle vorbekannten Prüfmaschinen haben folgende Nachteile:

Bei den meisten Maschinen ist eine Torsionsbeanspruchung in Verbindung mit einer Umlaufbiegebeanspruchung nicht möglich. Beliebig zeitveränderliche Biegebeanspruchungsverläufe sind nicht durchführbar, da der Beanspruchungsverlauf meist einer sinusförmigen Funktion folgt und die Mittelspannung der Umlaufbiegung den Wert Null hat. Da der Prüfkörper in Drehung versetzt werden muß und für die Überlagerung einer Torsionsbeanspruchung ein relativ großer apparativer Aufwand notwendigerweise vorgesehen werden muß, resultieren infolge Herstellungsungenauigkeiten Lagerreibung und Unwuchten verfälschte Versuchsergebnisse. Das auf den Prüfkörper wirkende Biegemoment wird nicht in dessen unmittelbarer Nähe gemessen, sondern aus Hebelarmen und einer entfernt angreifenden Kraft errechnet. Abweichungen in der Hebelgeometrie und Verlustmomente in der Kraftübertragung führen somit gleichfalls zur Verfälschung der Versuchsergebnisse. Versuche mit bereits angerissenen Prüfkörpern lassen sich in aller Regel nicht durchführen bzw. führen., verursacht durch die Unsymmetrie des Risses, zu Schwingungen in der Maschine und zu unbrauchbaren Ergebnissen.

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Weiterhin hat der konstruktive Aufbau vieler Prüfmaschinen einen umständlichen und damit zeitaufwendigen Wechsel des Prüfkörpers zur Folge. Auch ist die Meßwertübertragung von der rotierenden Welle zu den Regel- und Überwachungsgeräten fehlerbehaftet und störanfällig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfmaschine der in Betracht kommenden Art für Werkstoffe und Bauteile zu schaffen, die vor allem die vorstehend aufgezeigten Nachteile nicht aufweist und die in noch vielseitigerer Weise beliebig zeitveränderliche Biege- bzw. oder Torsionsbeanspruchungsverlaufe mit größtmöglicher Genauigkeit realisieren kann und die es weiterhin ermöglicht, auch einen mit Innendruck beaufschlagten und bzw. oder bestimmten Temperatur- und Korrosionseinflüssen ausgesetzten Prüfkörper in einfacher Weise zu untersuchen. Insbesondere sollen alle in Betracht kommenden Beanspruchungsarten voneinander unabhängig auf den Prüfkörper einwirken, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Weiterhin sollen Versuche durchführbar sein, bei welchen der Prüfkörper einer beliebig zeitveränderlichen Mittelspannung ausgesetzt ist. Auch soll die Meßwertübertragung in einfacher Weise zwecks Vermeidung durch sie bedingter Störungen erfolgen und sonstige schädliche Einflüsse, die insbesondere durch nichtfluchtende Teile und bzw. oder Unwuchten verursacht sind, ausgeschaltet bleiben. Schließlich soll es auch möglich sein, Versuche mit definierten Lasten auch in der Rißfortschrittsphase durchführen zu können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Prüfmaschine in der nachstehend beschriebenen Art und Weise auszubilden. Der Prüfkörper ist mit seinen beiden Enden in jeweils einer Einspannvorrichtung befestigt, von welchen die eine Einspannvorrichtung am Ende einer um ihre Längsachse drehbaren biege- und torsionssteifen Welle sitzt, welche in zwei vorzugsweise hydrostatischen Lagern,

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die auf dem Maschinengestell befestigt sind, gelagert ist. Am Ende dieser Welle sitzt ein sich in radialer Richtung erstreckender Hebelarm, an welchem eine Kraftquelle angreift, um den Prüfkörper einer Torsionsbeanspruchung zu unterwerfen. Die andere zweite Einspannvorrichtung, in welcher das zweite Ende des Prüfkörpers befestigt ist, befindet sich im Zentrum eines biege- und torsionssteifen Querj ochs, an dessen rückwärtigem Ende rechtwinklig zueinander je eine Kraftquelle angreift.

Die äußeren Enden des Querjochs sind an einem den Prüfkörper in einer Radialebene umgebenden ringförmigen Kardangelenk, welches vorzugsweise aus einem Federelement besteht, an zwei in einer Axialebene liegenden Punkten abgestützt. Das Kardangelenk bzw. Federelement selbst ist seinerseits an zwei Punkten am Maschinengestell befestigt; diese liegen in einer um 90° verdrehten Ebene.

Eine derart ausgebildete Prüfmaschine ermöglicht es, alle Aufgaben zu erfüllen, die zuvor angesprochen sind. Sie hat insbesondere den entscheidenden Vorteil, daß der Prüfkörper nicht mehr wie bisher in Umlauf versetzt zu werden braucht, woraus sich erhebliche Vereinfachungen im Aufbau der Maschine ergeben. Dies ist insbesondere aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ersichtlich.

Weitere Merkmale gehen aus den Patentansprüchen sowie auch aus der nachfolgenden Beschreibung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Prüfmaschine in einer bevorzugten Ausführungsform hervor. In den Zeichnungen zeigen:

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Fig. 1 eine schematische Darstellung des Prinzips ·. der neuartigen Prüfmaschine und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Prüfmaschine in ihrer allgemeinen Konstruktion.

Wie aus den beiden Figuren 1 und 2 ersichtlich, ist der Prüfkörper 11 mit seinen beiden Enden 12 und 13 in je einer Einspannvorrichtung 14 und 15 befestigt. In der allgemeinen Konstruktion (Fig. 2) ist die Einspannvorrichtung 14 über eine Kraftmeßeinrichtung 32 für Biegung um zwei orthogonale Achsen und Torsion mit dem vorderen Ende 16 der biege- und torsionssteifen Welle 17 verbunden, welche in den beiden vorzugsweise hydrostatischen Lagern 18 um ihre Längsachse drehbar gelagert ist. Die Lager 18 sind auf dem Maschinengestell 19 befestigt.

Am hinteren Ende 20 der Welle 17 befindet sich ein sich in radialer Richtung erstreckender Hebelarm 21, an dessen äußerem Ende eine durch den Pfeil Z bezeichnete Kraftquelle angreift, die mit diesem mittels eines Federbandes 22 verbunden ist.

Die zweite Einspannvorrichtung 15 ist über die zweite Kraftmeßeinrichtung 33 für Biegung (Fig. 2) um zwei orthogonale Achsen und Torsion mit dem Querjoch 23 in dessen Zentrum verbunden.

Das Querj och 23 ist mittels seiner beiden Enden 24 an dem elastischen Federelement 25 abgestützt, wobei die Abstützpunkte 26 in einer vertikalen Ebene liegen. Das Federelement 25 liegt in einer zur Prüfkörperlängsachse lotrechten Ebene und ist mittels der Stützarme 27 mit dem Maschinengestell verbunden, wobei die Lage des Federelements in axialer

Richtung veränderbar ist. Die Stützarme 27 und damit die Abstützpunkte 2 8 für das Federelement 25 liegen in einer horizontalen Ebene.

Das Querjoch 23 ist über sein rückwärtiges Ende 29 mit zwei Kraftquellen verbunden, welche durch die Pfeile X und Y bezeichnet sind. Die Kraftübertragung von den Kraftquellen X und Y auf das Querj och 23 erfolgt mittels der Federbänder bzw. 31, welche aus den beiden Teilen 30a und 30b bzw. 31a, 31b bestehe
setzt sind.

31b bestehen, deren Ebenen um jeweils 90 gegeneinander ver-

Die Kraftquellen bestehen vorzugsweise aus hydraulischen Zylindern, die es ermöglichen, den Prüfkörper 11 einer ruhenden Last auszusetzen bzw. pulsierende Kräfte auf ihn einwirken zu lassen. Dabei soll die Schwingungscharakteristik in bestimmter Weise veränderbar und vorher bestimmbar sein.

Will man den Prüfkörper bei den Untersuchungen auch einer Innendruckbelastung unterwerfen, so sind die Welle 17 und die Einspannvorrichtung 14 mit entsprechenden Hohlräumen versehen, um ein Druckmedium in das Innere des hohlen Prüfkörpers einbringen zu können. Die konstruktive Anordnung der erfindungsgemäß ausgebildeten Prüfmaschine ermöglicht dies in einfacher Weise. Auch ist es bei der Konstruktion ohne Schwierigkeiten möglich, die in Betracht kommenden Teile der Maschine im Bereich des Prüfkörpers mit einem Gehäuse zu versehen, um in diesem bestimmte Umweltbedingungen herzustellen, welche der Prüfkörper 11 ausgesetzt werden soll.

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Leerseite

Claims

800O MÜNCHEN 22 · Wl D EN MAYE RSTRAS S E 49 1OOO BERLI N-DAH LEM 33 · PODBIEUSKtAULEE 68

Dipl.-Ing. Joachim Leger berlin: dipl.-ing. r.

Eberbach München: dipl.-ing. hans-heinrich wey

DIPL.-ING. EKKEHARD KÖRNER

31 851/2 Ansprüche

./Werkstoff- und Bauteil-: Prüfmaschine zur Erzeugung beliebig zeitveränderlicher Biege- und bzw. oder Torsionsbeanspruchungen in vorzugsweise stabförmigen Prüfkörpern, gekennzeichnet durch die nachstehend aufgeführten Merkmale:

a) der Prüfkörper (11) ist mit seinen beiden Enden (12, 13) in jeweils einer Einspannvorrichtung (14, 15) befestigt;

b) die eine Einspannvorrichtung (14) befindet sich am vorderen Ende (16) einer um ihre Längsachse drehbaren biege- und torsionssteifen Welle (17), welche in zwei vorzugsweise hydrostatischen, an dem Maschinengestell (19) befestigten Lagern (18) gelagert ist;

c) mit dem hinteren Ende (20) der Welle (17) ist ein sich in radialer Richtung erstreckender Hebelarm (21) verbunden, an welchem eine Kraftquelle (Z) angreift;

d) die andere Einspannvorrichtung (15) befindet sich im Zentrum eines biege- und torsionssteifen Querjochs (23), an dessen rückwärtigem Ende (29) rechtwinklig zueinander je eine Kraftquelle (X, Y) angreift;

MÜNCHEN: TELEFON (Ο89) 225585 BERLIN: TELEFON (O3O) 831 2ORB

KABEL: PROPINDUS · TELEX: 52424* KABEL: PROPINDUS ■ TELEX: 134OS7

e) das Querj och (23) ist mittels seiner beiden Arme (24) über ein Kardangelenk (24-28) am Maschinengestell abgestützt.
2. Prüfmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Querjoch (23) mittels seiner beiden Arme.(24) über das sich über die beiden Stützarme (27) am Maschinengestell (19) abstützende, vorzugsweise als kreisringförmige Flachschale ausgebildete Federelement (25) um die rechtwinklig zueinander und rechtwinklig zur Prüfkörperlängsachse liegenden Verbindungslinien der Abstützpunkte (26-26, 28-28) schwenkbar, jedoch steif gegenüber Verschiebungen längs dieser Verbindungslinien sowie einer Drehung um die· Prüfkörperlängsachse, mit dem Maschinengestell (19) verbunden ist.
3. Prüfmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftquellen (X, Y, Z) aus hydraulischen Zylindern bestehen.
4. Prüfmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftquellen (X, Y, Z) eine beliebig zeitveränderliche, vorherbestimmbare Charakteristik aufweisen.
5. Prüfmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftquellen (X, Y, Z) über Federbänder (22, 30, 31), welche gegebenenfalls aus zwei um 90° versetzten Bandteilen (30a, 30b, 31a, 31b) bestehen, mit den Krafteinleitungspunkten verbunden sind.
6. Prüfmaschine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (17) mittels Gleitlager, Wälzlager oder elastische Gelenke mit dem Maschinengestell (19) verbunden ist.

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7. Prüfmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am hinteren Ende (20) der Welle (17) eine Drehkraftquelle mit beliebig zeitveränderlicher, vorherbestimmbarer Charakteristik angreift.
8. Prüfmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannvorrichtung (14) direkt an einer Drehkraftquelle mit beliebig zeitveränderlicher, vorherbestimmbarer Charakteristik befestigt ist.
9. Prüfmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kardangelenk (25, 26, 28) bzw. das Federelement (25) entlang der Prüfkörperlängsachse axial verschiebbar ist.
10. Prüfmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Kardangelenk (25, 26, 28) bzw. das Federelement (25) in einer solchen ausgewählten axialen Position befindet, daß im Prüfkörper keine Querkräfte auftreten und eine über der Prüfkörperlängsachse konstante Biegebeanspruchung entsteht.
11. Prüfmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Kraftmeßeinrichtung für Biegung um zwei orthogonale Achsen und für Torsion zwischen der Einspannvorrichtung (14) und dem vorderen Ende (16) der Welle (17) sowie zwischen der Einspannvorrichtung (15) und dem Zentrum des Querj ochs (23) angeordnet ist.
12. Prüfmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß alle Beanspruchungsarten unabhängig voneinander und ohne gegenseitige Beeinflussung auf den Prüfkörper (11) einwirken.