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Regelungsvorrichtung für Materialprüfungsmaschinen, Die Erfindung
betrifft eine Regelungsvorrichtung für Materialprüfungsmaschinan. Die Erfindung
beruht auf der Erwägung, d'aß zwischen den dynamrischen Stoßbeanspruchungen und
den statischen Beanspruchungen eine Reihe von Beanspruchungen liegt, die eine Funktion
ider Zeitdauer sind und die man notwendiger Weise jedesmal feststellen muß, um Diagramme
nach der Formel f (N#t) =O aufstellen zu können, wobei N die Belastung, t die Zeitdauer
und O den Materialwiderstand als Funktion 'der Beanspruchungsdauer bezeichnet. In
ider Praxis entwickeln sich die Beanspruchungen, .denen .die Maschinenteile oder
Konstruktibnselemente unterworfen sind; während sehr verschiedener Zeitmaße. Beispielsweise
läuft eine Dampfmaschine nor-,malerweise mit aoo Umdrehungen in der Minute, d. h.
mit mehr als drei Umdrehungen in der Sekunde, also wird die Beanspruchung auf die
Kurbelstange in weniger als einem Drittel einer Sekunde ausgeübt. Die Kurbelstange
eines Dieselmotors oder eines Explosionsmötors erfährt ihre Beanspruchung während
einer noch viel kürzeren Zeitdauer als die Kurbelstange bei dem vorerwähnten Beispiel.
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Läuft über eine eiserne Brücke von 2o m
Spannweite
eine Last, die sich mit einer Geschwindigkeit von 36 km in der Stunde vorwärts bewegt,
so sind die Träger dieser Brücke der Wirkung dieser Belastung während einer Zeitdauer
von weniger als zwei Sekunden unterworfen.
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Die Maschinen- und Konstruktionsteile sind also ihren Belastungen
unter sehr verschiedenen Zeitverhältnissen unterworfen, wobei die Wirkung der statischen
Belastungen die obere und die Wirkung der Stöße die untere Grenze bildet. Es ist
also zur Feststellung des Widerstandes eines besti-mimten Materials vorteilhaft,
eine Anzahl Versuche mit :gleichen Prüfkörpern ein und desselben Materials zu machen,
Indem uman diese Prüfkörper verschiedenen Belastungen bei sehr verschiedenen Arbeitsgeschwindfigkeitenunterwirft,
und zwar von der Nullgeschwindigkeit, die dem Falle der statischen Belastungen entspricht,
bis zu den größten Geschwindigkeiten der Stöße. Man wird also die verschiedenen
Elastizitätsgrenzen ein und desselben Metalls als Funktion derjenigen Geschwindigkeit
bestimmen, bei welcher die Belastung auf den Prüfkörper zur Einwirkung gebracht
wird. Zur Ausführung solcher Materialversuche muß es also möglich sein, die Arbeitsgeschwindigkeit,
mit der die Last auf den Prüfkörper zur Einwirkung gelangt, leicht zu ändern.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung, die gestattet, den.
Antrieb der Maschine konstant derart zu regeln, daß idie Belastung der Maschine
als Funktion der B.elastungsdauer nach einem im vorausbestimmten Gesetze sich ändert
und über den durch dieses Gesetz für eine bestimmte Zeitdauer festgesetzten Wert
niemals hinausgeht.
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Diese Regelungsvorrichtung besteht im wesentlichen aus zwei um die
gleiche Achse sich drehenden Rotationsorganen. Das erste dieser Organe wird von
der Versuchsmaschine selbst angetrieben; die Drehgeschwindigkeit dieses Organs ist
beispielsweise in jedem Augenblick proportional zu dem Verhältnis der Belastungsänderung
der Maschine zur entsprechenden Zeitänderung. Das zweite Drehorgan wird durch einen
Mechanismus angetrieben, der von der Versuchsmaschine unabhängig ist, beispielsweise
durch ein Uhrwerk; dieser Mechanismus erteilt dem zweiten Rotationsorgan eine Bewe-@gung,
deren Drehgeschwindigkeit die gleiche ist :wie die von denn ersten Rotationsorgan
angenommene Geschwindigkeit,. wenn oder solange die Maschinenbelastung sich als
Funktion der Belastungsdauer nach dem im voraus bestimmten Gesetz ändert; zwischen
den beiden genannten Rotationsorganen sind elastische Organe eingeschaltet, durch
die Ventile, elektrische Unterbrecher oder andere Regelungsorgane beeinflußt werden,
:deren Wirkung sich etwaigen jAbweichungen der Maschinenbelastung von den normalen
Werten widersetzt.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel .der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Ab,b. i einen schematischen Schnitt durch eine Materialprüfungspresse,
wobei die Druckerhöhungen dieser Presse, die durch eine Flüssigkeit, beispielsweise
Ü1, angetrieben werden 'kann, in eine Drehbewegung übersetzt werden. Abb. 2 stellt
einen Längsschnitt der Regelungsvorrichtung dar, Alyb. 3 einen Querschnitt nach
3-3 von Abb. 2.
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Die verschiedenen Prüfungsmaschinen weisen im allgemeinen eine vom
inneren Druck der Maschine angetriebene Stange auf, die auf ein Manometer bekannter
.Art einwirkt.
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Man kann aber auch eine Vorrichtung anbringen, wie sie schematisch
in Abb. i dargestellt ist, bestehend aus einem kleinen Zylinder i, der durch die
Leitung 2 mit dem Zylinder 3 der Presse in Verbindung steht, .und einem Kolben 4,
der in dem kleinen Zylinder i verstellt wird und seinerseits mittels Pleuelstange
6 .und Kurbel 7 eine Welle 5 dreht.
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Wenn also der Oldruck .in der Presse und infolgedessen die Belastung
der Maschine aas Funktion -der Zeitdauer anwächst, so dreht s ich die Welle 5 mit
.einer Geschwindigkeit, die in jedem Augenblick proportional ist zum Verhältnis
der Belastungsänderung zur entsprechenden Zeitänderung. Ändert sich die Belastung
proportional zur Zeitdauer, also nach: dem einfachsten Gesetz solcher Änderungen,
so ist die Drehgesohwindigkeit der Welle 5 proportional zum iVen'hältnis der Last
zur Zeitdauer.
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Die Regelungsvorrichtung, die .den Gegenstand der Erfindung bildet,
wird von der Welle 5 bei deren Drehung angetrieben, und zwar vermittels eines Zahnrades
io (Abb. 2), das mit einem zweiten Zahnrad i i in Eingriff steht. Dieses läuft lose
auf einer Hülse 12, die sich in einem Lager 17 dreht und auf einer Welle
13 befestigt ist. Diese Hülse bildet eine Nabe einer Scheibe 1q..
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,Die Teile i2, 13, 1q. werden von einem Ritzel 15 in Drehung
versetzt, das fest auf der Hülse i2 sitzt und seinerseits von einem durch ein Uhrwerk
angetriebenen Zahnrad 16 gedreht wird.
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Eine Blattfeder 18 ist zwischen das Zahnra,d i i und die Scheibe 1q.
eingeschaltet, indem das Erde ig der Feder am Zahnrad i i und das Ende 2o an der
Scheibe 1q. befestigt ist. Ein klemmenartiger Körper 21 mit einer Kontaktschraube
22 ist auf die Feder 18 aufgesetzt und kann längs dieser Feder verstellt
-,werden;
Schrauben 23 dienen dazu, (den Körper 2i jeweils in der bestimmten Lage an der Feder
festzuklemmen.
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Die Kontaktschraube 22 kommt mit einer Scheiibe 3o in Berührung die
mittels Stellschraube 31 an einem im festen Lager 33 drehbaren Zapfen 32 befestigt
ist. In einer Ausbohrung des Zapfens 32 ,greift die Welle 13 ein, die .mit 'dem
Zapfen, beispielsweise durch Stellsohra-u'ben 34, fest verbunden ist.
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Die Maschinenteile io bis 23 sind gegen -die Maschinenteile 30 (bis
33 durch entsprechende Anbringung von Isoliermaterialien elektrisch isoliert.
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Die Anordnung ist mit folgenden elektrise'hen Versbindungen versehen:
Von der den ,zum Antrieb der das Ö1 unter Druck in die Prüfungsmasoh.ine treibenden
PYumpe dienenden Elektromotorr 37 speisenden Leitung 34 sind zwei Nebenleitungen
35, 36 abgezweigt.
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Der Draht 35 ist mit deal Lager 17 und demgemäß mit allen metallischen
Teilen i i bis 23 verbunden. Der andere Leitungsdraht 36 ist mit dem Lager 33 und
demgemäß mit den metallischen Teilen 30 bis 33 verbunden.
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Die Leitung 36 weist zwei Abzweigungen 38 und 39 auf. Die Leitung
38 ist mit einem an sich bekannten Verschlußapparat, z. B. einem Ventil vereinigt,
wie es schematisch bei 4o dargestellt ist, -das dazu dient; einen mit dem Preßzylinder
in Verbindung stehenden Auslaß zu öffnen, soba!ld der Strom in -der Abzweigung 38
zu fließen aufhört.
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Die Leitung 39 geht durch eine Spule 41, die in bekannter Weise mit
einem: Ausschalter für den. Elektromotor 37 verbunden ist, derart, daß .die Unterbrechung
erfolgt, wenn der Strom durch die Leitung 39 zu fließen aufhört.
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Die beschriebene Regelungsvorrichtung arbeitet wie folgt: Ist der
Apparat in Ruhe, so wird =zuerst die Klemme 2 i und seine Kontalktso'h.raube 22
eingestellt, derart, daß diese Schraube reit der Lauffläche der Scheibe 30 in Berührung
.kommt. Dann setzt man die Versuchsmaschine in Bewegung.
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;Angenommen, das in Fragekommende Gesetz für die Änderung der Last
als Funktion der Zeit sei eine lineare Funktion, d.'h. die Last wächst proportional
zur Zeitdauer, beispielsweise um- zoo kg jede Sekunde, dann dreht sich die Welle
5 mit angenähert gleichförmigerGeschwindigkeit, wie auch die Zahnräder io und i
i. Beispielsweise führt das Zahnrad i i eine Umdrehung pro Sekunde aus.
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Man stellt nun das Uhrwerk, das das Rad 16 antreibt, so ein, daß es
dem Ritzel 15 und demgemäß den Teilen 15, 12, 13, 14 die gleiche Drehgeschwindigkeit
erteilt, die das Rad- ii .besitzt, also eine Umdrehung pro Sekunde.
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Infolgedessen drehen sich die Scheibe 14 und das Zahnrad i i synchron:
Die Spiralfeder 18 behält also die eingestellte Lage bei und seine Sehraube 22 verbleibt
dauernd in Berührung mit der Scheibe 30.
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Der Stromkreis 34, 35, 17, 12, 1-3, 14, 20, 18, 24 22, 30, 32, 33,
36, 34 ist also geschlossen; der Strom fließt frei in diesem Stromkreis, wie auch
in den Abzweigungen 38, 40, 38 und 39, 44 39. Der Apparat 40 hält also den Auslaß
der Presse geschlossen und die Spule 41 läßt den Elektromotor 37 in Betrieb. Der
Motor treibt also weiter die Pumpe an, die däs Öl in die Presse der Versuchsmaschine
hineindrückt und die Belasturig wächst proportional der Zeitdauer an, d. h. bei
dem gewählten Beispiel um i oo kg in der Sekunde.
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Solange die Last regulär um ioo kg in der Sekunde wächst, bleibt die
Drehgeschwindigkeit des Zahnrades ii konstant und gleicht der Geschwindigkeit der
Scheibe 14, entsprechend einer Umdrehung in der Sekunde. Die Feder i8 behält ihre
Lage und die Arbeit der Prüfungsmaschine setzt sich gleichmäßig fort. .
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Sobald aber die Belastung um mehr als ioo kg in der Sekunde wächst,
überschreitet die Drehgeschwindigkeit das Rades isi sogleich das Maß einer Umdrehung
pro Sekunde: das Rad i i erhält also eine relative Bewegung zur Scheibe 14 im Sinne
des Pfeiles, 45 (Abb.3). Infolgedessen .entspannt sich die Spiralfeder 18 und ihr
mittlerer Teil mit dem Klemmstück 2i entfernt sich von der Drehachse 13. Der Kontakt
zwischen der Schraube 22 und der Scheibe 30 wird also unterbrochen, so daß .der
Stromkreis 34, 35, 17, 12, 13, 14, 20, 18, 24 22, 30, 32, 33, 36,
34 geöffnet wird. Auch in den .Abzweigurigen 38, 40, 38 und 39, 41, 39 fließt also
kein Strom mehr.
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Der Verschlußapparat 40 öffnet sich also und läßt aus der Presse eine
gewisse Menge Öl nach außen fließen, so -daß der in der Maschine erzeugte Belastungsüberschuß
vermindert wird. Ebenso bringt .die Spule 41 das Anhalten ides die Pumpe (der Presseantreibenden
Elektromotors hervor. Durch diese beiden miteinander verbundenen Wirkungen wird
dem in der Versuchsmaschine aufgetretenen Belastungsüberschuß entgegengearbeitet.
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Es war angenommen, :daß die beiden Leitungen 38, 40, 38 und 39, 41,
39 beide von der Leitung 36 abgezweigt sind und zusammen wirken. Man kann
aber offenbar auch den Regelungsapparat nach vorliegender Erfindung
mit
nur einer der gesamten Abzweigungen in Betrieb setzen. Wenn beispielsweise die Pumpe
der Presse von Hand angetrieben wird, ersetzt man den Motor 37 durch eine Elektrizitätsquelle,
z. B. einen Akkumulator, der nur die erforderliche Kraft zum Antrieb des Ventises
4o hergibt, @wälhrend man die Abzweigung 39, 41, 39 wegläßt.
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Im andern Fall, wenn .man die Pumpe der Presse durch einen Elektromotor
37 antreibt, kann man die Abzweigung 38, 40, 38 weglassen, wobei dann der Überbelastung
nur durch die Spule 41 entgegengearbeitet wird.
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Bei den obigen Ausführungen war angenommen, _daß der Apparat für eine
Versuchsmaschine eingestellt war, deren Belastung sich um ioo kg pro Sekunde ändert,
wobei die Drehgeschwindigkeit gleich einer Umdrehung pro Sekunde angenommen war.
Offenbar kann der Apparat auch leicht eingestellt werden, wenn man die Belastung
nach einem anderen Gesetz als Funktion der Zeitdauer sich ändern lassen will, beispielsweise
wenn die Belastung um i io kg pro Sekunde wachsen soll. Für diesen Fall kann man
die Zahnräder io, i i oder die Zahnräder 15, 16 derart durch andere ersetzen, daß
das Übersetzungsverhältnis entsprechend geändert wird, und man kann so den Synchronismus
der Rotationsorgane 11, 14 für den Fall sicher stellen, daß die Maschinenbelastung
regelmäßig dem neuen Änderungsgesetz mit Bezug auf -die Zeitdauer folgt. Man kann
aber auch das LThnrnverk entsprechend regeln. Es ist auch leicht, den erforderlichen
Synchronismus dadurch herzustellen, @daß man die Befestigungspunkte i9 und 2o der
Feder 18 an den beiden Drehorganen oder die Länge der Feder ändert. Man kann auch
das Klemmstück 21 an der Feder 18 verstellen, wofür es genügt, die Schrauben 23
zu lösen und das Stück 21 in Längsrichtung der Feder zu verschieben. Schließlich
kann man auch das Rad 3o durch ein solches von anderem Durchmesser ersetzen.
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Regelungen von. .geringerer Erhe'blichkeit werden mit Hilfe der Schrauben
22 bewirkt. Die Einrichtung der oben beschriebenen Versuchsmaschine kann offenbar
noch vervollständigt werden durch von der Leitung 35= 36 abgezweigte elektrische
Stromunterbrecher, die in der Zähe des Prüfers angebracht -sind. Dieser kann dann,
wenn er beispielsweise Änderungen in der elastischen Streckung des Prüfkörpers beobachtet,
den Strom unterbrechen, womit er das Ventil 40 des Zylinders der Presse öffnet oder
den die Presse antreibenden Elektromotor anhält.