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Einrichtung; zur Bestimmung der Festigkeitseigenschaften von Körpern.
Die Prüfung von Werkstoffen auf Härte, Festigkeit und Dehnung erfordert bei der
gebräuchlichen Zerreißprobe teure Zerreißmaschinen und verhältnismäßig große Probestäbe,
deren Herstellung erhebliche Kosten verursacht. Wegen der Kostspieligkeit der Zerreißprobe
sucht man sie durch billigere Prüfungsmethoden zu ersetzen. Am häufigsten wird für
schnelle, werkstattmäßige Untersuchurigen die Kugeldruckprobe angewendet. Die damit
gefundene Härtezahl läßt sich mit einer für praktische Bedürfnisse ausreichenden
Genauigkeit in Festigkeit umrechnen. Die Dehnbarkeit, die für die Beurteilung der
Werkstoffeigenschaften von allergrößter Bedeutung ist, läßt sich durch die Kugeldruckprobe
allein jedoch nicht bestimmen.
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Bei der neuen Einrichtung nach der Erfindung können nun Festigkeits-
und Dehnungswerte, ebenso wie bei der Zerreißprobe in einem Vorgang an sehr kleinen
Probestäben, die gegebenenfalls auch fertigen Konstruktionen entnommen «erden können,
dadurch bestimmt werden, daß die Probe in an sich bekannter Weise zwischen Schneiden
durchschnitten oder durchkniffen werden. Gemäß der Erfindung sind die Schneidflächen
in einem derart großen - zweckmäßig einen rechten - Winkel zueinander gestellt,
daß in dem Probestück eine erhebliche, senkrecht zum Querschnitt der Probe wirkende
Zugspannung entsteht, so daß -die bei Eintritt des Bruchs herrschende Kraft als
Härte- und Festigkeitsmaßstab, und die beim Bruch zwischen den Schneiden bestehende
Entfernung als Maßstab für die Dehnung dient.
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Der Bruch der Probe erfolgt nun nicht erst dann, wenn die Schneiden
sich bis zur Berührurig genähert haben, sondern j e nach dem Grad der Dehnung schon
um einen gewissen Betrag vorher. Je zäher das Material ist; um so mehr müssen sich
die .Schneiden einander nähern, ehe der Bruch der Probe eintritt und umgekehrt.
Der Bewegungsrest der Schneiden nach dem Bruch der Probe, die »Bruchstrecke«, wird
nun nach dem neuen :-Verfahren
zur gleichzeitigen Bestimmung der
Dehnbarkeit benutzt. Sie läßt sich meist unmittelbar an den Proben messen. Zweckmäßig
ist es aber, die Prüfvorrichtung so einzurichten, daß die Bruchstrecke mittelbar
an einer Skala abgelesen werden kann.
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Das ist durch die Eigenart des Vorganges. leicht zu erreichen. Da
der Bruch der Probe plötzlich eintritt, führt er zu einer stoßartigen Beschleunigung
der Schneidstempel. Diese kann durch geeignete Vorrichtungen, wie sie an einem Ausführungsbeispiel
gezeigt wird, zu einer direkten Anzeige der :>Bruchstrecke« benutzt werden.
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Die Bewegungsrichtung dieser Anzeigevorrichtung und der zur Messung
des Prüf-. druckes werden zweckmäßig rechtwinklig zur Achse der Schneidbewegung
gelegt, ein eine Rückwirkung des beim Bruch der Probe auftretenden Stoßes unwirksam
zu machen.
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Die Form der Schneiden und der Querschnitt der Probe ist an sich von
untergeordneter Bedeutung. Zweckmäßig ist es aber, die Schneiden geradflankig herzustellen
und die Proben als runde oder rechteckige Stäbe von gleichen Querschnitten, wie
sie bei der Zerreißprobe verwendet werden, auszuführen.
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In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand dargestellt.
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Abb. i bis .1. sind schematische Darstellungen des Grundgedankens;
Abb. 5 bis 8 zeigen eine Vorrichtung mit selbsttätiger Anzeige des Schnittdruckes
durch einen gleichzeitig erzeugten Kugeleindruck in einem Vergleichsstück; Abb.9
bis 13 zeigen eine -Vorrichtung -mit selbsttätiger Anzeige von Schnittdruck
und Bruchstrecke; Abb: -14- ist .eine' Vorrichtung,- bei "der ohne -gleichzeitige
Messung -des -Schnittdruckes nur die Bruchstrecke- gemessen wird.
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Das Prüfstück P wird zwischen die Schneiden a und a' z%3-eier Schneidstempel
b und b',
möglichst genau rechtwinklig zur Schneide, gelegt. Die Schneiden
werden nun unter allmählich steigender Belastung einander genähert. Sie kerben-dabei
das Prüfstück immer tiefer ein, bis plötzlich dessen Trennung oder Bruch erfolgt.
Der beim Bruch herrschende Enddruck Pr- dient dann als Maßstab für die Festigkeit.
Das Verhältnis des Prüfstückquerschnittes ztir Bruchfläche, die durch die Bruchfläche
I3 bestimmt ist, gibt gleichzeitig einen Vergleichsmaßstab für die Dehnungszahl
(Abb. i und 2).
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E:-. kann an Stelle des runden Querschtlittes der Probe, die in Abb.
i und :2 gezeigt ist, irgendein anderer Querschnitt, beispielsweise ein quadratischer,
wie in Abb. 3 und .,- gewährt werden.
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Zur praktischen Ausführung des Ver- . falirens werden die Schneidstempel
b, 15' zweckmäßig in einer gemeinsamen Führungsbüchse c so geführt und durch eine
Feder d mit Nut oder in anderer Weise gegen Veri dreheng gesichert, daß sich die
beiden Schneiden a und ä genau gegenüberstehen. Das Prüfstück P wird am besten
durch zwei I ang-Löcher c' in der Wandung der Führungsbüchse c hindurchgesteckt
und durch sie rechtwinklig und in richtiger Höhenlage zu den Schneiden a,
ä gehalten. Die Messung des Enddruckes Pr kann in bekannter Weise durch den
Eindruckdurchmesser Ed einer Stahlkugel li in einem Material ?l1 von bekannter Festigkeit;
die darin gleichzeitig eingedrückt wird, erfolgen.
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Einen vollkommeneren Apparat, der ein unmittelbares Ablesen der Meßwerte
gestattet, zeigen die folgenden Abb.9 bis 13.
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Der untere, feststehende Schneidstempel a wird hier durch eine aufgeschraubte
Kappe e gehalten. Gegen den oberen, verschiebbaren Schneidstempel a' drückt entgegen
einer Feder v eine Druckstange f, die sich mit ihrem oberen Ende in
einer Hülse g führt, die in beliebiger Weise abwärts gedrückt wird. Im Innern der
Hülse g sitzt eine Druckfeder h, die im Ruhezustand, wie in der Zeichnung dargestellt,
spannungsfrei oder- mit einer bestimmten Mindestspannung eingesetzt ist. Bei Vornahme
einer Prüfung drückt sie sich dein zur Zertrennung der Probe erforderlichen Drucke
entsprechend zusammen. Auf der Hülse sitzt, zwischen dem Bund g' und dem Stellring
i auf dem unteren Ende der Hülse g mit geringer Bremsung drehbar, die Meßhülse k,
die an ihrem oberen Rand k' eine Teilung l trägt, an der ihre Verstellung durch
dün 'Noriius nr 'abgelesen werden--känn. --D- er Querstift f' am oberen Ende - der
Drückstange f geht durch Längsschlitze g" in der Hülse g, in denen er geführt wird,
-nach außen hindurch und greift in die dreieckförmigen Mfnungenn der Meßhiilsek
ein.
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Drückt man nun die Feder lt zusammen, so drückt der Stift f
gegen die oberen Schraubenflächen n der Öffnungen n der Meßhülse 1z und dreht sie
um einen Betrag, der der Spannung der Feder h. entspricht. Geht- der Stift f beim
@Taclllassen der Federspannung zurück, o kann er frei nach unten zurückgehen, ohne
die Hülse 1z zu berühren, und fliese bleibt in der Stellung, die dem Höchstdruck
der Feder entspricht, stehen, der nun von der Teilung i abgelesen werden kann. Bei.Vornahme
eines neuen Versuchs muß die Hülse k in ihre Nullstellung zurückgedreht werden.
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Auf der Führungsbüchse c sitzt die Vorrichtung zum Anzeigen der Bruchstrecke.
Diese besteht in der Hauptsache aus einer Büchge o, die innen eine Spiralnut ö hat,
in
die der Ouerstift f" im unteren Ende der Druckstange f .eingreift,
der durch die Längsschlitze c' nach außen hindurchreicht und durch sie geführt wird.
Die Büchse o sitzt leicht drehbar zwischen dem Laufring p und dein Stellring q;
auf ihm sitzt fest ein Ma-"a netr ing r mit Porstiften r', die durch bogenförmige
Schlitze p' nach oben hindurchreichen (Abb. g, 11 und 12). Auf der Büchse C sitzt
zwischen dem Laufring q und dem Bund c"' mit geringer Bremsung drehbar der Ablesering
s. Dieser hat ähnliche Bogenschlitze s' wie der Laufring d. In" diese Schlitze greifen
die Polstifte r' mit reichlichem Spiel ein, die Enden s" der Bogenschlitze s' sind
aber den Polstiften gut an gepaßt (Abb. 1 i und 12), damit die Anziehungskraft des
Magnetringes genügend groß ist. Der Ring s ist verhältnismäßig schwer und besteht
aus Weicheisen, die Büchse o und der Laufring q bestehen aus einem ummagnetischen
Werkstoff. Die Stellung des Ringes ist an der Teilung t durch den auf dem oberen
Bund c" sitzenden Nonius ic genau äbzulesen.
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Die magnetische Kupplung kann auch durch jede andere, die beim Überschreiten
einer gewissen Kraft abreißt, ersetzt werden, z. B. kann die Mitnahme durch Keilflächen,
die z-%vischen federnden Backen eingeklemmt sind, erfolgen.
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Bewegen sich nun während des Prüfvorganges die Schneiden
a und ä gegeneinander, so Wird durch den Ouerstift f" die Büchse o zunächst
langsam gedreht. Durch die Polstifte r' des auf ihr festsitzenden Magnetringes r,
die zunächst an den Enden s" der Bogenschlitzes' anliegen (Abb. i i) wird der Ring
dabei in der Drehrichtun# mitgenommen. Erfolgt-nun, wie oben erläutert, beim Bruch
der Probe eine plötzliche Beschleunigung des Schneidstempels b' und mit ihm des
Magnetringes r, so bewirkt dies ein Losreißen des verhältnismäßigen Ringes s, der
dadurch in der-Lage, die er beim Bruch der Probe einnahm, stehenbleibt (_Abb. 12).,
An der Teilung t kann nun die entsprechende Bruchstrecke mittels des Nonius 2, abgelesen
werden.
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Die Bruchstrecke kann auch unabhängig von der Bruchlast gemessen werden.
Eine geeignete Vorrichtung zeigt Abb. 15. Bei dieser wird der Schneidstempel a'
durch eine gleichzeitig als Meßspindel dienende Schraubspindel w, die durch - den
Querstift w' gedreht werden kann, bewegt. Ihre Stellung kann in bekannter Weise
an einer Teilung aauf der Führungsbüchse c und durch die Teiltrommel y abgelesen
werden. An dem Querstift z wird die Führungsbüchse c beim Zusannnenspannen der Vorrichtung
gehalten.