DE3405372C2

DE3405372C2 - Langsamlastwechselprüfstand

Info

Publication number: DE3405372C2
Application number: DE19843405372
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dr.-Ing. 1000 Berlin Findeisen
Original assignee: Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM
Current assignee: Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM
Priority date: 1984-02-15
Filing date: 1984-02-15
Publication date: 1986-01-16
Also published as: DE3405372A1

Abstract

Der Langsamlastwechselprüfstand dient zur Erzeugung niederfrequenter Schwingbeanspruchungen an Bauteilen, z. B. zur Simulation des Seegangs an Meeresbauwerken. Ein über ein Druck-Proportionalventil 1 stetig angesteuerter Pneumatikzylinder 2 zeigt als Stellglied bei Schließen eines Regelkreises über den Kraftaufnehmer 10 als Regelfühler gutes Zeitverhalten im unteren Frequenzbereich, so daß auch nicht sinusförmige periodische Beanspruchungs-Zeit-Verläufe (Dreieck-, Sägezahn-Impulsfolge) mit sehr geringem Einstellfehler auf die Probe 9 aufgegeben werden können. Die bei Verwendung von Druckluft als Druckmittel erzielbaren kleineren Kräfte an Kolben 2 reichen auch zur Erzeugung mittlerer Prüfkräfte (z. B. 4 kN) aus, da der Hebel 3 einer Zeitstandprüfmaschine zur Vervielfachung der Kolbenkraft genutzt wird. Der ruckarme Gleichlauf des Kolbens 2 wird durch Gelenklagerbefestigung 5 des Zylinders und reibungsarme Kolbendichtungen 6 erzielt. Anschaffungskosten sind niedrig, da der Energieträger Druckluft dem Druckluftnetz entnommen und ein Druck-Proportionalventil 1 als im Vergleich zum Servoventil entfeinertes Stetigventil verwendet wird. Betriebskosten sinken mit dem geringeren Zulaufdruck und dem Entfallen der Kühlmittelzufuhr zum Rückkühlen des Druckmittels sowie dem Wegfall der Wiederaufbereitung durch Rücklauffilter. Die genannten Vorteile sind insbesondere bei Mehrfachprüfständen für Langzeituntersuchungen an Probenreihen wirtschaftlich von ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Langsamlastwechselprüfstand vorzugsweise für die Schwingfestigkeitsprüfung an Meeresbauwerken (off shore-Technik). Der Langsamlastwechselprüfstand bringt schwingende Beansprucungen niedriger Frequenz mit Hilfe eines in eine Zeitstandprüfmaschine eingebauten Pneumatikzylinders auf die Probe auf.

Bekannte Schwingprüfmaschinen [1], deren Beanspruchungseinrichtung in der Lage ist, eine schwingende Beanspruchung mit beliebig steuerbarem zeitlichen Ablauf auf die Probe aufzubringen, arbeiten mit ventilgesteuerter hydraulischer Krafterzeugung [2J. Ein über ein Servoventil stetig angesteuerter Hydraulikzylinder erzeugt zwar große Kräfte und zeigt im geschlossenen Regelkreis ein gutes Zeitverhalten für beliebige Beanspruchungs-Zeitverläufe. Nachteilig bei der servohydraulischen Folgeregelung sind jedoch die hohen Anschaffungs- und Betriebskosten.

Die hohen Anschaffungskosten ergeben sich aus einem gesonderten Pumpr^aggregat für die Erzeugung und Aufbereitung des Energieträgers Druckflüssigkeit und aus dem Servoventil als einem kompliziert aufgebauten Stetigventil mit proportionalem Verhalten bei hohem Verstärkungsfaktor. Die Betriebskosten sind dadurch groß, daß für den elektrohydraulischen Verstärker Servoventil ein hoher Zulaufdruck unabhängig vom benötigten Lastdruck aufrechterhalten ist (Konstantdruckquelle). Niedriger Lastdruck bedingt hohen Druckabfall im Servoventil, der durch Drosselung des Volumenstroms an den Steuerkanten erzielt wird. Die Drosselung verursacht Energieverlust, der zur Erwärmung des hydraulischen Zylinderantriebs führt. Die stetige Abfuhr von Verlustwärme aus dem Hydrokreislauf erfordert neben einem Kühler für den Wärmeaustausch zwischen Druckflüssigkeit und Kühlmittel den apparativen Aufwand eines Rückkühlsystems mit der Umgebungsluft oder die fortwährende Frischwasserzufuhr. Zur wirksamen Verschmutzungskontrolle der Druckflüssigkeit bedarf es ferner wartungsintensiver Hochdruckfilter sehr hoher Filterfeinheit, um vorzeitige Kantenerosion durch SchiTiutzpartikel an den Steuerkanten

ίο des Servoventils auszuschließen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben geschilderten Nachteile durch ventilgesteuerte pneumatische Krafterzeugung zu vermeiden, F i g. 1.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im

-.5 kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein über Druck-Proportionalventil 1 stetig angesteuerter Pneumatikzylinder 2 zeigt im geschlossenen Regelkreis gutes Zeitverhalten für beliebige Beanspruchungs-Zeii-Verläufe bei niedrigen Frequenzen. Letztere werden z. B. zur Simulation der Schwingeinwirkung durch Seegang auf Bauteile an Meeresbauwerken gefordert. Die bei Verwendung von Druckluft als Druckmittel erzielbaren kleineren Kräfte an Kolben 2 reichen auch zur Erzeugung mittlerer Prüfkraftamplituden (z. B. 4 kN) aus, da bei Verwendung der Zeitstandprüfmaschine mit mittelbarer Gewichtskraft (3) als Kraftrahmen der Hebel 3 zur Vervielfachung der Kolbenkraft genutzt wird. Statt eines Gewichtes für die Erzeugung einer gleichbleibenden Prüfkraft wird in den Strang 4 zur Leitung der Gewichtskraft an den Hebel 3 ein Pneumatikzylinder 2 eingebracht. Dieser ist am Maschinenständer durch Gelenk 5 befestigt und hat reibungsarme Kolbendichtungen 6.

Die Anschaffungskosten sind niedrig, da der Energieträger Druckluft dem Druckluftnetz 7 entnommen wird und ein Druck-Proportionalventil 1 als im Vergleich zum Servoventil entfeinertes S.etigventil verwendet wird. Ein gesondertes Pumpenaggregat entfällt somit. Die Betriebskosten sinken mit dem geringeren Zulaufdruck, die Drosselwerte vermindern sich, die Erwärmung des Zylinderantriebs ist geringer. Zusatzeinrichtungen für die Abfuhr der Verlustwärme entfallen, da das Druckmittel ins Freie abgeblasen wird.

Die genannten Vorteile der ventilgesteuerten pneumatischen K.rafterzeugung sind insbesondere bei Mehrproben-Langsamlastwechselprüfständen für Langzeitversuche, wie sie z. B. für Schwingungsrißkorrosionsuntersuchungen an Meeresbauwerken gefordert werden, wirtschaftlich von ausschlaggebender Bedeutung.

In Betracht gezogenes Schrifttum

1. DIN 51 228. Schwingprüfmaschinen. Begriffe, Allgemeine Anforderungen. Dez. 1977.

2. Findeisen, D.; Federn, K.: Konstruktive Lösungsvarianten von Schwingantrieben; Anwendungsbeispiel Schwingprüfmaschine I und II. Konstruktion 30(1978) H. I₁S. 1-9 und H. 2, S. 53-55.

3. DIN 51 226. Zeitstandprüfmaschinen für Zugbeanspruchung metallischer Werkstoffe. Dez. 1977.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Langsarolastwechselprüfstand, dadurch gekennzeichnet, daß die Krafterzeugung pneumatisch über ein elektrisch stetig ansteuerbares Druck-Proportionalventil (1) erfolgt; das die Einstellung schwingender Beanspruchungen mit beliebiger Beanspruchungs-Zeit-Funktion an der Probe erlaubt.

2. Langsamlastwechseiprüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Einstellung der Kraft über das Druck-Proportionalventil (1) im geschlossenen Kraftregelkreis erfolgt

3. Langsamlastwechselprüfstand nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß zur Verringerung der Meßunsicherheit beim Messen periodischer Kräfte die Regelgröße Prüfkraft mittels eines Kraftaufnehmers (10) aus dem Strang (8) in Hrobennähe entnommen wird.

4. Langsamiastwechseiprüfstand nach Anspruch 1 und den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Störeinwirkungen auf die Regelgröße Prüfkraft aus dem Zylinder (2) über den Strang (4) unterdrückt, indem ein Sonderzylinder mit reibungsarmer Kolbendichtung (6) und ge'enkiger Abstützung (5) eingesetzt wird.

5. Langsamlastwechselprüfstand nach Anspruch 1 und den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Zeit-Standprüfmaschine in den Strang (4) zur Leitung c';r Gewichtskraft an den Hebel (3) ein Pneumatikzylinder 12) eingebaut wird.