DE3930483A1 - Dynamischer indikator physikalischer groessen eines versuchsmusters - Google Patents
Dynamischer indikator physikalischer groessen eines versuchsmustersInfo
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- G01N3/066—Special adaptations of indicating or recording means with electrical indicating or recording means
Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Informations-Meßtechnik
und betrifft insbesondere dynamische Indikatoren
physikalischer Größen eines Versuchsmusters.
Am erfolgreichsten kann die vorliegende Erfindung im
technischen Maßstab bei einer massenweise Prüfung von Festigkeitseigenschaften
verschiedener Werkstoffe, beispielsweise
ihrer Härte, angewendet werden.
In der Praxis der Werkstoffprüfung, insbesondere bei
einer Kontrolle großer Werkstücke und von Erzeugnissen
komplizierter Form, entstehen Probleme hinsichtlich einer
raschen Durchführung von Untersuchungen ihrer Eigenschaften,
am häufigsten ihrer Härte, sowie einer Anzeige der
Ergebnisse in Digitalform. Hierbei ist in der Regel ein
Kenntnis der Eigenschaften auf der Gesamtfläche des Erzeugnisses
erforderlich.
Es ist ein dynamischer Indikator physikalischer Größen
eines Versuchsmusters (D. Leeb "Neues dynamisches
Meßverfahren zur Härteprüfung metallischer Werkstoffe",
"Mikrotechnik", 1979, Nr. 2 (11, 13 bis 15, 17) bekannt,
der eine Stoßeinrichtung, die einen Schlagbolzen mit einem
mit der Oberfläche des Versuchsmusters zusammenwirkenden
Eindringkörper aufweist, einen Bewegungsgeschwindigkeitsgeber
des Schlagbolzens, der mit dem Schlagbolzen der
Stoßeinrichtung mechanisch verbunden ist, einen Signal-Anpassungsverstärker,
dessen Eingang mit dem Bewegungsgeschwindigkeitsgeber
des Schlagbolzens elektrisch verbunden
ist, eine Speicherschaltung, die mit dem Signal-Anpassungsverstärker
elektrisch verbunden ist, einen Analog-Digital-Wandler,
der mit dem Signal-Anpassungsverstärker elektrisch
verbunden und dessen einer Eingang an den Ausgang der
Speicherschaltung gelegt ist, einen Taktimpulsformer, dessen
Ausgang an einen weiteren Eingang des Analog-Digital-Wandlers
geführt ist, einen Zähler, der mit dem Taktimpulsformer
elektrisch verbunden ist, und ein Sichtgerät,
das mit dem Zähler und dem Taktimpulsformer eletrisch
verbunden ist, enthält. Der genannte Indikator
enthält zusätzlich eine weitere Speicherschaltung, deren
mit dem Eingang der anderen Speicherschaltung zusammengeschalteter
Eingang zum Ausgang des Anpassungsverstärkers
und deren Ausgang zu einem weiteren Eingang des Analog-Digital-Wandlers
geführt ist, und eine logische Steuerschaltung,
deren Eingang an den Ausgang des Zählers und
deren Ausgang an einen noch weiteren Eingang des Analog-Digital-Wandlers
geschaltet ist.
Im erwähnten dynamischen Indikator wird aber der Betrag
der physikalischen Größe (Härte) anhand eines Verhältnisses
zweier informationstragender Parameter. Wie
sie zwei Bewegungsgeschwindigkeiten des Schlagbolzens -
die Geschwindigkeit bis zur Berührung der Oberfläche des
Versuchsmusters (in einem Abstand von ca. 1 mm) und die
Geschwindigkeit eines Rücksprunges von der Oberfläche des
Versuchsmusters (auch in einem Abstand von ca. 1 mm) -
zur Bestimmung der Härte des Versuchsmusters sind, bewertet,
was infolge der Einwirkung der Reibungs- und Gravitationskraft
zu einer Verringerung der Genauigkeit der
Bestimmung der physikalischen Größe (Härte) des Versuchsmusters
führt.
Außerdem wird im genannten dynamischen Indikator das
Ergebnis der Prüfung der physikalischen Größe (Härte) der
Versuchsmuster durch deren Elastizität beeinflußt, was zu
einer vorherigen Aussortierung der Muster nach dem Elastizitätsmodul
zwingt, wodurch ihrerseits die Wirksamkeit
der Kontrolle abfällt.
Auch ist es im genannten dynamischen Indikator möglich,
nur einen kugelförmigen Eindringkörper zu verwenden,
was die Funktionalmöglichkeiten des dynamischen Indikators
einengt.
Zugleich zwingt aber die Anwendung des kugelförmigen
Eindringkörpers im erwähnten dynamischen Indikator dazu,
eine streng vertikale Stellung des Schlagbolzens einzuhalten,
was bei Abweichungen von der Vertikalen zu der
Notwendigkeit führt, im Ergebnis der Prüfung der physikalischen
Größe des Versuchsmusters eine Korrektur vorzunehmen,
wodurch auch die Genauigkeit und Wirksamkeit der
Kontrolle des Versuchsmusters verringert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen dynamischen
Indikator physikalischer Größen eines Versuchsmusters
zu schaffen, der Zusatzeinheiten aufweist, die es
gestatten, informationstragende Parameter beim Eintauchen
des Versuchsmusters zu messen, den Einfluß der elastischen
Kräfte der Versuchsmuster auf das Ergebnis der Prüfung
der physikalischen Größen dieser Versuchsmuster zu
beseitigen, die Anwendung von Eindringkörpern verschiedener
Formen und eine Messung der physikalischen Größen
des Versuchsmusters beim Versetzen eines Schlages seiner
Oberfläche unter einem wahlfreien Winkel zu ermöglichen.
Dies wird dadurch erreicht, daß der dynamische Indikator
physikalischer Größen eines Versuchsmusters, der
eine Stoßeinrichtung, die einen Schlagbolzen mit einem
Dringdringkörper aufweist, der mit der Oberfläche des Versuchsmusters
zusammenwirkt, einen Bewegungsgeschwindigkeitsgeber
des Schlagbolzens, der mit dem Schlagbolzen der
Stoßeinrichtung mechanisch verbunden ist, einen Signal-Anpassungsverstärker,
dessen Eingang mit dem Bewegungsgeschwindigkeitsgeber
des Schlagbolzens elektrisch verbunden
ist, eine Speicherschaltung, die mit dem Signal-Anpassungsverstärker
elektrisch verbunden ist, einen Analog-Digital-Wandler,
der mit dem Signal-Anpassungsverstärker
elektrisch verbunden und dessen einer Eingang an den
Ausgang der Speicherschaltung gelegt ist, einen Taktimpulsformer,
dessen Ausgang an einen weiteren Eingang des Analog-Digital-Wandlers
geführt ist, einen Zähler, der mit
dem Taktimpulsformer elektrisch verbunden ist, und ein
Display, das mit dem Zähler und dem Taktimpulsformer elektrisch
verbunden ist, enthält, gemäß der Erfindung zusätzlich
einen Zeitmesser für die Beanspruchungsdauer des
Versuchsmusters, dessen Eingang an den Ausgang des Signal-Anpassungsverstärkers,
dessen einer Ausgang an den Eingang
der Speicherschaltung, dessen anderer Ausgang an einen
weiteren Eingang des Analog-Digital-Wandlers und dessen
ein noch weiterer Ausgang an den Eingang des Zählers gelegt
ist, und eine Recheneinheit zur Berechnung der Beträge
der physikalischen Größen des Versuchsmusters, deren
Eingänge jeweils an die Ausgänge des Zählers, des
Analog-Digital-Wandlers und des Taktimpulsformers und deren
Ausgang an den Eingang des Display geschaltet sind,
wobei ein Ausgang des Taktimpulsformers zu einem Eingang
des Zählers geführt ist, aufweist.
Es ist zweckmäßig, daß der Zeitmesser für die Beanspruchungsdauer
des Versuchsmusters im dynamischen Indikator
physikalischer Größen eines Versuchsmusters ein RS-Flip-Flop,
dessen Ausgang als ein Ausgang des Zeitmessers
für die Beanspruchungsdauer des Versuchsmusters dient,
eine Schaltung zur Festlegung der Impulsspitze der Bewegungsbeschleunigung
des Schlagbolzens, die mit ihrem als
anderer Ausgang des Zeitmessers für die Beanspruchungsdauer
des Versuchsmusters auftretenden Ausgang an den
R-Eingang des RS-Flip-Flops gelegt ist, und eine Schaltung
zur Festlegung des Impulsbeginns der Bewegungsbeschleunigung
des Schlagbolzens, deren einer Ausgang an
den S-Eingang des RS-Flip-Flops gelegt ist, deren anderer
Ausgang als weiterer Ausgang des Zeitmessers für die Beanspruchungsdauer
des Versuchsmusters und deren mit dem
Eingang der Schaltung zur Festlegung der Impulsspitze der
Bewegungsbeschleunigung des Schlagbolzens zusammengeschalteter
Eingang als Eingang des Zeitmessers für die Beanspruchungsdauer
des Versuchsmusters fungiert, enthält.
Erwünscht ist, daß die Schaltung zur Festlegung der
Impulsspitze der Bewegungsbeschleunigung des Schlagbolzens
des Zeitmessers für die Beanspruchungsdauer des Versuchsmusters
im dynamischen Indikator physikalischer Größen
eines Versuchsmusters eine Reihenschaltung aus einem
Komparator und einem Differentiator aufweist.
Es ist sinnvoll, daß die Schaltung zur Festlegung
des Impulsbeginns der Bewegungsbeschleunigung des Schlagbolzens
des Zeitmessers für die Beanspruchung des Versuchsmusters
im dynamischen Indikator physikalischer
Größen eines Versuchsmusters eine Reihenschaltung von
einem Hauptdifferentiator, dessen Ausgang als Ausgang
der Schaltung zur Festlegung des Impulsbeginns der Bewegungsbeschleunigung
des Schlagbolzens auftritt, einen
Komparator und einen Zusatzdifferentiator enthält.
Die vorliegende Erfindung gestattet es, die informationstragenden
Parameter beim Kontaktieren des Schlagbolzens
mit dem Versuchsmuster zu messen, was den Einfluß
der Reibungs- und der Gravitationskraft praktisch
vollständig eliminiert, was seinerseits zur Erhöhung
der Prüfgenauigkeit führt.
Darüber hinaus schließt die vorliegende Erfindung
die Stufe einer Wiederherstellung von elastischen Verformungen
aus dem Meßvorgang zur Messung der informationstragenden
Parameter aus, was es erlaubt, den Einfluß der
Elastizität der Versuchsmuster auf ein Mindestmaß zu
bringen, was seinerseits die Wirksamkeit der Kontrolle
des Versuchsmusters erhöht.
Zugleich mit der Anwendung des kugelförmigen Eindringkörpers
gestattet es die erfindungsgemäße Einrichtung,
bei der Durchführung der Prüfungen auch Eindringkörper
in Form einer Kegel und Pyramide zu verwenden, was
die Funktionalmöglichkeiten des Indikators erweitert und
die Anforderungen an die Stabilität der Stoßenergie und
die strenge Einhaltung der vertikalen Ausrichtung des
Stoßes des Schlagbolzens lockert.
Die vorliegende Erfindung soll durch die nachstehende
Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels
anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläuert werden.
Es zeigt
Fig. 1 ein Funktionsschaltbild eines erfindungsgemäßen
Indikators physikalischer Größen eines Versuchsmusters
(mit einem Längsschnitt durch die Stoßeinrichtung
im gespannten Zustand vor dem Versetzen eines Schlages
dem Versuchsmuster);
Fig. 2 eine Baugruppe A in Fig. 1;
Fig. 3 eine Gesamtansicht eines Schlagbolzens der
Stoßeinrichtung des dynamischen Indikators physikalischer
Größen eines Versuchsmusters, dessen Eindringkörper die
Form einer Pyramide aufweist;
Fig. 4 eine Gesamtansicht eines Schlagbolzens der
Stoßeinrichtung des dynamischen Indikators physikalischer
Größen eines Versuchsmusters, dessen Eindringkörper die
Form einer Kegel aufweist;
Fig. 5 ein Funktionsschaltbild des erfindungsgemäßen
Indikators physikalischer Größen eines Versuchsmusters
nach Fig. 1 (mit einem Längsschnitt durch die Stoßeinrichtung
in dem Augenblick des Versetzens eines Schlages
dem Versuchsmuster durch den Schlagbolzen);
Fig. 6 ein Funktionsschaltbild eines Zeitmessers für
die Beanspruchungsdauer des Versuchsmusters des erfindungsgemäßen
dynamischen Indikators physikalischer Größen
eines Versuchsmusters;
Fig. 7 ein Funktionsschaltbild einer Schaltung zur
Festlegung der Impulsspitze der Bewegungsbeschleunigung
des Schlagbolzens des Zeitmessers für die Beanspruchungsdauer
des Versuchsmusters nach Fig. 6 im Vorgang der
Zusammenwirkung des Schlagbolzens mit dem Versuchsmuster
erfindungsgemäß;
Fig. 8 ein Funktionsschaltbild einer Schaltung zur
Festlegung des Impulsbeginns der Bewegungsbeschleunigung
des Schlagbolzens des Zeitmessers für die Beanspruchungsdauer
des Versuchsmusters nach Fig. 6 im Vorgang der Zusammenwirkung
des Schlagbolzens mit dem Versuchsmuster
erfindungsgemäß;
Fig. 9 ein Funktionsschaltbild einer Recheneinheit
zur Berechnung der physikalischen Größen des erfindungsgemäßen
Versuchsmusters;
Fig. 10a, b, c, d, e, f Verläufe der Spannung an
den Ausgängen der Einheiten des erfindungsgemäßen dynamischen
Indikators physikalischer Größen eines Versuchsmusters.
Der dynamische Indikator physikalischer Größen eines
Versuchsmusters enthält eine Stoßeinrichtung 1 (Fig. 1, 5),
die zwei koaxial angeordnete Rohre - ein Aufsatzrohr 2
und ein Führungsrohr 3 - aufweist. Der Außendurchmesser
des Rohres 3 ist kleiner als der Innendurchmesser des
Rohres 2. Innerhalb des Rohres 2 ist ein Rohr 4 durchgelassen,
in dessen Innerem eine Stange 5 liegt. An einem
Ende 6 der Stange 5 ist ein gefederter Knopf 7 angeordnet,
deren anderes Ende 8 mit dem Rohr 4 in das Rohr 3 eingelassen
ist. Koaxial zum Rohr 4 liegt innerhalb der Rohre
2 und 3 eine Hülse 9. Das eine Ende 10 des Rohres 4 ist in
einer Mutter 11 befestigt, während an dessen anderem Ende
12 eine Spannzange 13 angeordnet ist. Innerhalb des Rohres
2 liegt zwischen einem Ansatz 14 der Hülse 9 und der Mutter
11 eine vorher zusammengedrückte Feder 15. An der
Hülse 9 ist innerhalb des Rohres 3 eine Stoßfeder 16 befestigt.
Innerhalb des Rohres 3 liegt ein in Fig. 1 in
dem Augenblick der Zusammenwirkung mit der Spannzange 13
dargestellter Schlagbolzen 17 mit einem Eindringkörper 18
und einem eingebauten Dauermagneten 19 angeordnet eines
Geschwindigkeitsgebers 20. Der Eindringkörper 18 (Fig. 2)
ist aus einer Hartlegierung hergestellt und weist die
Form einer Kugel auf. Der Geschwindigkeitsgeber 20 besitzt
außerdem eine Spule 21, die auf dem Rohr 3 (Fig. 1, 5) angeordnet
ist. Am Ende 22 des Rohres 3 ist eine Mutter 23
mit einer an einem Versuchsmuster 25 angeordneten Gummischeibe
24 befestigt. An die Spule 21 ist ein Anpassungsverstärker
26 mit seinem Eingang 27 angeschlossen. Am
Ausgang des Verstärkers 26 liegt ein Zeitmesser 28 für
die Beanspruchungsdauer des Versuchsmusters mit seinem
Eingang 29 an. An die Ausgänge 30, 31 und 32 des Zeitmessers
28 sind jeweils der Eingang 34 einer Speicherschaltung
33, ein Eingang 36 eines Analog-Digital-Wandlers 35
und ein Eingang 38 eines Zählers 37 geschaltet. An den
Ausgang der Schaltung 33 ist ein anderer Eingang 39 des
Wandlers 35 gelegt, an dessen einen noch weiteren Eingang
40 ein Taktimpulsformer 41 mit seinem Ausgang 42 angeschlossen
ist. An den Ausgang 43 des Wandlers 35 ist eine
Recheneinheit 33 zur Berechnung der Beträge der physikalischen
Größen des Versuchsmusters mit ihrem Eingang 45
geführt, an deren zwei andere Eingänge 46 und 47 der
Ausgang 48 des Zählers 37 bzw. ein Ausgang 49 des Formers
41 gelegt sind. An den anderen Eingang 50 des Zählers 37
ist ein noch weiterer Ausgang 51 des Formers 41 angeschlossen.
An den Ausgang der Einheit 44 ist der Eingang
53 eines Displays 52 geschaltet.
In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform des Schlagbolzens
17 dargestellt, dessen Eindringkörper 54 die Form
einer Pyramide aufweist und in Analogie zum oben beschriebenen
aus einer Hartlegierung hergestellt ist.
In Fig. 4 ist eine noch weitere Ausführungsform des
Schlagbolzens 17 dargestellt, dessen Eindringkörper 55 die
Form eines Kegels aufweist und in Analogie zum oben beschriebenen
aus einer Hartlegierung gefertigt ist.
Die Fig. 5 zeigt einen dynamischen Indikator physikalischer
Größen des Versuchsmusters in dem Augenblick
der Zusammenwirkung des Eindringkörpers 18 des Schlagbolzens
17 mit der Oberfläche des Versuchsmusters 25. Im
übrigen ist die Funktionsschaltung des dynamischen Indikators
analog der Funktionsschaltung des dynamischen Indikators
nach Fig. 1.
Der Zeitmesser 28 (Fig. 1, 5) für die Beanspruchungsdauer
des Versuchsmusters des dynamischen Indikators physikalischer
Größen eines Versuchsmusters enthält eine
Schaltung 56 (Fig. 6) zur Festlegung der Impulsspitze der
Bewegungsbeschleunigung des Schlagbolzens und eine Schaltung
57 zur Festlegung des Impulsbeginns der Bewegungsbeschleunigung
des Schlagbolzens, deren Eingänge 58 und 59
in einem Verbindungspunkt 60 zusammengeschaltet sind und
als Eingang 29 des Zeitmessers 28 (Fig. 1, 5) auftreten.
An den Ausgang der Schaltung 56 (Fig. 6) zur Festlegung,
der als Ausgang 31 des Zeitmessers 28 (Fig. 1, 5) wirkt,
ist ein RS-Flip-Flop 61 (Fig. 6) mit seinem R-Eingang
62 geschaltet, dessen S-Eingang 63 an einen Ausgang 64
der Schaltung 57 zur Festlegung gelegt ist. Der andere
Ausgang der Schaltung 57 zur Festlegung fungiert als Ausgang
30, während der Ausgang des Flip-Flops 61 als Ausgang
32 des Zeitmessers 28 (Fig. 1, 5) wirkt.
Die Schaltung 56 (Fig. 6) zur Festlegung der Impulsspitze
der Bewegungsbeschleunigung des Schlagbolzens des
Zeitmessers 28 (Fig. 1, 5) für die Beanspruchungsdauer
des Versuchsmusters enthält eine Reihenschaltung von einem
Komparator 65 (Fig. 7), dessen Eingang als Eingang 58
der Schaltung 56 (Fig. 6) zur Festlegung auftritt, und
einem Differentiator 66 (Fig. 7), dessen Ausgang als Ausgang
31 der Schaltung 56 (Fig. 6) zur Festlegung wirkt.
Die Schaltung 57 (Fig. 6) zur Festlegung des Impulsbeginns
der Bewegungsbeschleunigung des Schlagbolzens
des Zeitmessers 28 (Fig. 1, 5) für die Beanspruchsdauer
des Versuchsmusters enthält einen Hauptdifferentiator
67 (Fig. 8), dessen Eingang als Eingang 69 der Schaltung
57 (Fig. 6), zur Festlegung wirkt. An den Ausgang des
Differentiators 67 (Fig. 8) ist ein Komparator 68 (Fig. 8)
mit seinem Eingang 69 geschaltet. An den Ausgang des Komparators
68 ist ein Zusatzdifferentiator 70 über seinen
Eingang 71 geschaltet, dessen Ausgang als Ausgang 64 der
Schaltung 57 (Fig. 6) zur Festlegung auftritt.
Die Recheneinheit 44 (Fig. 1, 5) zur Berechnung der
Beträge der physikalischen Größen des Versuchsmusters des
dynamischen Indikators physikalischer Größen eines Versuchsmusters
weist eine Speicherschaltung 72 (Fig. 9)
auf, an deren Eingang 73 ein Ausgang 75 eines Umschalters
74 angeschlossen ist. An den anderen Ausgang 76 des Umschalters
74 und an den Ausgang 77 der Schaltung 72 sind
Eingänge 79 bzw. 80 einer arithmetischen Einheit 78 gelegt.
Die anderen Eingänge der Einheit 78 treten jeweils
als Eingänge 45, 46 und 47 der Einheit 44 (Fig. 1, 5) auf,
während deren Ausgang als Ausgang der letzteren wirkt.
Der dynamische Indikator physikalischer Größen eines
Versuchsmusters arbeitet wie folgt.
Zuerst wird die Stoßeinrichtung 1 (Fig. 1) in einen
gespannten Zustand gebracht. Zu diesem Zweck wird die
Gummischeibe 24 gegen die Oberfläche des Versuchsmusters
25 an der Prüfstelle angedrückt. Dann wird das Aufsatzrohr
2 auf das Führungsrohr 3 bis zum Anschlag aufgespannt.
Hierbei nimmt die Spannzange 13 den Schlagbolzen
17 mit, worauf das Rohr 2 in die Ausgangslage zurückkehrt.
Bei der Rückkehr des Rohres 2 reißt die stärkere Feder 15
den Schlagbolzen 17 mit und spannt die Stoßfeder 16.
Um eine Prüfung durchzuführen, drückt man den Knopf
7 (Fig. 1). Hierbei öffnet sich die Spannzange 13 unter
der Wirkung der Stange 5, und der Schlagbolzen 17 wird
unter Einwirken der Stoßfeder 16 auf eine bestimmte Geschwindigkeit
beschleunigt und schlägt gegen die Oberfläche
des Versuchsmusters 25 (Fig. 5) an. Bei der Bewegung
des Schlagbolzens 17 induziert ein durch den Magneten
19 erzeugtes Magnetfeld, indem es mit der Spule 21 in
Wechselwirkung tritt, eine (in Fig. 10a wiedergegebene)
elektrische Spannung U₁ in der letztgenannten, die zur Bewegungsgeschwindigkeit
des Schlagbolzens 17 direkt proportional
ist und deren (in Fig. 10a dargestellte) Phasen
t₁ und t₂, t₃ jeweils als Phase t₁ der Bewegung des Schlagbolzens
17 (Fig. 5) bis zu seinem Zusammenstoß mit dem
Muster 25, Phase t₂ (Fig. 10a) der Bewegung des Eindringkörpers
18 (Fig. 5, 2) des Schlagbolzens 17 mit dem
Muster 25 und Phase t₃ (Fig. 10a) der Bewegung des Schlagbolzens
17 (Fig. 5) bei einem Rücksprung vom Muster 25
auftreten. Diese Spannung U₁ (Fig. 10a) wird durch den
Anpassungsverstärker 26 verstärkt und dem Eingang 29 des
Zeitmessers 28 für die Beanspruchungsdauer des Versuchsmusters
zugeführt, wobei sich die Art des Spannungsverlaufes
U₁ (Fig. 10a) in der Zeit nicht ändert. Am Ausgang
30 (Fig. 5) des Zeitmessers 28 wird ein Impuls einer (in
Fig. 10b dargestellten) Spannung U₂ mit einer Amplitude
Am und einer Zeit Tm vom Beginn des Impulses der Spannung
U₂ bis zu seinem Maximum erzeugt. Das Gesetz der zeitlichen
Änderung der Spannung U₂ ist ähnlich dem Gesetz
der zeitlichen Änderung der Bewegungsbeschleunigung des
Schlagbolzens 17 (Fig. 5). Am Ausgang 31 des Zeitmessers
28 wird ein Impuls einer (in Fig. 10c wiedergegebenen)
Spannung U₃ erzeugt, deren vordere Impulsflanke zeitlich
mit der Impulsspitze der Bewegungsbeschleunigung des
Schlagbolzens 17 (Fig. 5) zusammenfällt. Am Ausgang 32
des Zeitmessers 28 wird ein Rechteckimpuls einer (in
Fig. 10d wiedergegebenen) Spannung U₄ erzeugt, dessen
Dauer auch gleich der Zeit Tm (Fig. 10a) ist. Vom Ausgang
30 (Fig. 5) des Zeitmessers 28 trifft ein Impuls der
Spannung U₂ (Fig. 10b) am Eingang 34 (Fig. 5) der Speicherschaltung
33 ein, an deren Ausgang ein Impuls einer
(in Fig. 10a wiedergegebenen) Spannung U₅ erzeugt wird.
Diese Spannung U₅ gelangt auf den Eingang 39 (Fig. 5) des
Analog-Digital-Wandlers 35. Am Eingang 40 des Wandlers 35
wird vom Taktimpulsformer 41 eine Impulsfolge eingespeist,
die für die Arbeit des Wandlers 35 benötigt wird. Der Wandler
35 fängt mit einem an dessen Eingang 36 vom Zeitmesser
28 ankommenden Signal zu arbeiten an. Am Ausgang 43
des Wandlers 35 wird im Ergebnis ein digitaler Kode (im
folgenden ein digitaler Binärkode) erzeugt, der proportional
der Maximalamplitude Am (Fig. 10b) des Impulses
der Spannung U₂ ist, der (laut der obigen Definition ein
Impuls der Bewegungsbeschleunigung des Schlagbolzens 17
(Fig. 5) am Eingang 45 der Recheneinheit 44 zur Berechnung
der Beträge der physikalischer Größen des Versuchsmusters
ankommt. Auf den Eingang 50 des Zählers 37 wird vom Former
41 eine Folge von Taktimpulsen eingespeist, die durch den
Zähler 37 im Laufe der Wirkzeit Tm (Fig. 10d) eines Impulses
der Spannung U₄ am Eingang 38 des Zählers 37, der
vom Ausgang 32 des Zeitmessers 28 kommt, gezählt werden.
Am Ausgang 48 des Zählers 37 wird also ein digitaler
Binärkode erzeugt, der proportional der Zeit Tm (Fig. 10d)
der Beanspruchung des Versuchsmusters 25 (Fig. 5)
ist und an den Eingang 46 der Einheit 44 angelegt wird.
Am anderen Eingang 47 der Einheit 44 kommen vom Former
41 gleichfalls Taktimpulse an. Die Recheneinheit 44 berechnet
den Betrag der erforderlichen physikalischen Größe aus
einem Verhältnis, das die gemessenen informationstragenden
Parameter - die Maximalamplitude Am (Fig. 10b) des
Impulses der Bewegungsbeschleunigung des Schlagbolzens
17 (Fig. 5), wie bereits erwähnt, und die Zeit Tm (Fig. 10b)
der Beanspruchung des Versuchsmusters 25 (Fig. 5)
- mit einer konkreten physikalischen Größe in Verbindung
setzt. So ist im vorliegenden Beispiel als physikalische
Kontrollgröße eine dynamische Härte angenommen, deren
Wert aus der Beziehung
HD = K₁ · AmTm (1)
errechnet wird, worin
HD die dynamische Härte (in Analogie zur bekannten HB-Brinell-Härte);
K₁ ein konstanter Faktor, der die Bedingungen des Zusammenstoßes des Schlagbolzens 17 mit dem Versuchsmuster 25 und die Umwandlungsfaktoren für den dynamischen Indikator physikalischer Größen eines Versuchsmusters berücksichtigt; sind.
HD die dynamische Härte (in Analogie zur bekannten HB-Brinell-Härte);
K₁ ein konstanter Faktor, der die Bedingungen des Zusammenstoßes des Schlagbolzens 17 mit dem Versuchsmuster 25 und die Umwandlungsfaktoren für den dynamischen Indikator physikalischer Größen eines Versuchsmusters berücksichtigt; sind.
Hat der Eindringkörper die Form eines Kegels (Eindringkörper
55 (Fig. 3) oder die Form einer Pyramide
(Eindringkörper 54 (Fig. 4), so wird der Wert der dynamischen
Härte aus dem Verhältnis
HD = K₂ · Am/Tm² (2)
errechnet, worin K₂ ein konstanter Faktor, der die Bedingungen
des Zusammenstoßes des Schlagbolzens 17 (Fig. 5)
mit dem Versuchsmuster 25 und die Umwandlungsfaktoren für
den dynamischen Indikator physikalischer Größen eines Versuchsmusters
berücksichtigt; ist.
Der zum Rechenwert der dynamischen Härte proportionale
digitale Binärkode wird auf dem Display 52 dargestellt.
Um eine weitere Messung vorzunehmen, wird die Scheibe
24 der Stoßeinrichtung 1 gegen die Oberfläche des Musters
25 an einer vorgegebenen Stelle angedrückt. Das Aufsatzrohr
2 wird bis zum Anschlag abwärtsbewegt. Hierbei nimmt
die Spannzange 13 den Schlagbolzen 17, wie oben beschrieben,
mit, und bei einer langsamen Rückkehr des Rohres 2
reißt die stärkere Feder 15 den Schlagbolzen 17 mit und
spannt die Stoßfeder 16. Im folgenden arbeitet der dynamische
Indikator in Analogie zum oben beschriebenen.
Der Zeitmesser 28 (Fig. 1, 5) für die Beanspruchungsdauer
des Versuchsmusters arbeitet wie folgt.
An den zusammengeschalteten Eingängen 58 und 59
(Fig. 6) kommt ein Signal vom Ausgang des Anpassungsverstärkers
26 (Fig. 1, 5) an. Die Schaltung 57 (Fig. 6) zur
Festlegung des Impulsbeginns der Bewegungsbeschleunigung
des Schlagbolzens erzeugt zwei Signale: einen Impuls
der Spannung U₂ (Fig. 10b) am Ausgang 30 und einen (in
Fig. 10f wiedergegebenen) Impuls der Spannug U₆ am Ausgang
64, dessen Vorderflanke mit dem Impulsbeginn der Bewegungsbeschleunigung
des Schlagbolzens 17 (Fig. 1, 5) zeitlich
zusammenfällt. Der Impuls der Spannung U₆ (Fig. 10f)
trifft vom Ausgang 64 (Fig. 6) am S-Eingang 63 des RS-Flip-Flops
61 ein und setzt mit seiner Vorderflanke den
Ausgang 32 des RS-Flip-Flops 61 auf "logisch 1". Am Ausgang
31 der Schaltung 56 zur Festlegung der Impulsspitze
der Bewegungsbeschleunigung des Schlagbolzens wird ein
Impuls der Spannung U₃ (Fig. 10c) erzeugt, der am R-Eingang
62 des RS-Flip-Flops 61 ankommt und mit seiner Vorderflanke
den Ausgang 32 des letzteren auf "logisch 0"
legt.
Am Ausgang 32 des RS-Flip-Flops 61 wird also ein Rechteckimpuls
der Spannung U₄ (Fig. 10d) erzeugt.
Die Schaltung 56 (Fig. 6) zur Festlegung der Impulsspitze
der Bewegungsbeschleunigung des Schlagbolzens des
Zeitmessers 28 (Fig. 1, 5) für die Beanspruchungsdauer
des Versuchsmusters arbeitet folgendermaßen.
Am Eingang 58 (Fig. 7) des Komparators 65 trifft ein
Impuls der Spannung U₁ (Fig. 10a) vom Ausgang des Anpassungsverstärkers
26 (Fig. 1, 5) ein. Der Komparator 65
(Fig. 7) liegt im Ausgangszustand auf "logisch 0". Beim
Nulldurchgang der Spannung (Fig. 10a), d. h., in dem Augenblick
der Erreichung der Impulsspitze der Bewegungsbeschleunigung
des Schlagbolzens 17 (Fig. 1, 5), geht der
Komparator 65 (Fig. 7) auf "logisch 1" über. Der Differentiator
65 erzeugt mit diesem Sprung einen Impuls der
Spannung U₃ (Fig. 10c).
Die Schaltung 57 (Fig. 6) zur Festlegung des Impulsbeginns
der Bewegungsbeschleunigung des Schlagbolzens
des Zeitmessers 28 (Fig. 1, 5) für die Beanspruchungsdauer
des Versuchsmusters arbeitet wie folgt.
Am Eingang 59 (Fig. 8) des Hauptdifferentiators 67
trifft ein Impuls der Spannung U₁ (Fig. 10a) vom Ausgang
des Anpassungsverstärkers 26 (Fig. 1, 5) ein. Am Ausgang
30 (Fig. 8) des Differentiators 67 wird ein Impuls der
Spannung U₂ (Fig. 10b) erzeugt. Dieser Impuls der Spannung
U₂ gelangt auf den Eingang 69 (Fig. 8) des Komparators
68. Die (in Fig. 10b dargestellte) Ansprechschwellenspannung
des Komparators 68 (Fig. 8) wird in der Weise
eingestellt, daß ein 01-Potentialsprung an seinem Ausgang
mit einem minimalen Meßfehler in dem Augenblick des Impulsbeginns
der Bewegungsbeschleunigung des Schlagbolzens
17 (Fig. 1, 5) erfolgt. Der Differentiator 70 (Fig. 8)
erzeugt auf diesen Sprung einen Impuls der Spannung U₆
(Fig. 10f), der zum Ausgang 64 (Fig. 8) der Schaltung 57
(Fig. 6) zur Festlegung gelangt.
Die Recheneinheit 44 (Fig. 1, 5) zur Berechnung der
Beträge der physikalischen Größen des Versuchsmusters des
dynamischen Indikators physikalischer Größen eines Versuchsmusters
arbeitet folgendermaßen.
An den Eingängen 45 und 46 (Fig. 9) der arithmetischen
Einheit 78 trifft ein Signal in Form von Binärkodes
ein, die der Maximalamplitude des Impulses der Bewegungsbeschleunigung
des Schlagbolzens 17 (Fig. 1, 5), d. h.,
einen Impuls der Spannung U₂ (Fig. 10b) mit einer Amplitude
Am, bzw. der Zeit Tm der Beanspruchung des Versuchsmusters
25 (Fig. 1, 5) proportional sind. Auf den
Eingang 47 (Fig. 3) der Einheit 78 kommt vom Taktimpulsformer
41 (Fig. 1, 5) eine Taktimpulsfolge.
In die Speicherschaltung 72 (Fig. 9) sind vorher in
einem beliebigen Verfahren Werte der konstanten Faktoren
K₁, K₂ der dynamischen Härte HD des Versuchsmusters 25
(Fig. 1, 5) in Form digitaler Binärkodes eingeschrieben.
Der Umschalter 74 (Fig. 9) steuert die Schaltung 72 und
die Einheit 78, indem er der Schaltung 72 einen Hinweis
gibt, welcher Kose an deren Ausgang 77 erzeugt werden muß,
und indem er der Einheit 78 einen Algorithmus zur Berechnung
der physikalischen Größe vorgibt. Der Umschalter 74
stellt also am Ausgang 77 der Schaltung 72 einen zu K₁
proportionalen Kode ein und gibt der Einheit 78 einen
Algorithmus zur Berechnung der dynamischen Härte HD nach
der Beziehung (1) im Falle des Eindringkörpers 18 (Fig. 1,
2, 5) in Form einer Kugel vor. Bei Benutzung des Eindringkörpers
54 (Fig. 3) in Form einer Pyramide oder des
Eindringkörpers 55 (Fig. 4) in Form eines Kegels stellt der
Umschalter 74 (Fig. 9) am Ausgang 77 der Schaltung 72 einen
Kode ein, der zu K₂ proportional ist, und gibt der Einheit
78 einen Algorithmus zur Berechnung der dynamischen Härte
HD entsprechend der Beziehung (2) vor.
Am Ausgang der Einheit 78 wird ein digitaler Binärkode
erzeugt, der dem Rechenwert der dynamischen Härte HD
des Versuchsmusters 25 (Fig. 1, 5) proportional ist.
Auf solche Weise wird gemäß der Erfindung bei der Messung
der dynamischen Härte des Versuchsmusters 25 der Einfluß
seiner Elastizität auf das Prüfergebnis ausgeschlossen,
wodurch es möglich wird, eine einheitliche Skala für
dynamische Härten einer weiten Erfindungsklasse zu bekommen.
Die vorliegende Erfindung gestattet es, Dimensionen
von induzierten Größen unter Berücksichtigung der Anfangsbedingungen
des Zusammenstoßes zur Verfügung zu haben, und
es kann folglich ein physikalisch begründeter Zusammenhang
mit den klassischen Festigkeitseigenschaften, z. B.
mit der Brinell-Härte, u. ä. bestehen.
Claims (6)
1. Dynamischer Indikator physikalischer Größen eines
Versuchsmusters, der
- - eine Stoßeinrichtung (1), die einen Schlagbolzen (17) mit einem Eindringkörper (18, 54, 55) aufweist, der mit der Oberfläche des Versuchsmusters (25) zusammenwirkt,
- - einen Bewegungsgeschwindigkeitsgeber (20) des Schlagbolzens, der mit dem Schlagbolzen (17) der Stoßeinrichtung (1) mechanisch verbunden ist,
- - einen Signal-Anpassungsverstärker (26), dessen Eingang (27) mit dem Bewegungsgeschwindigkeitsgeber (20) des Schlagbolzens elektrisch verbunden ist,
- - eine Speicherschaltung (33), die mit dem Signal-Anpassungsverstärker (26) elektrisch verbunden ist,
- - einen Analog-Digital-Wandler (35), der mit dem Signal-Anpassungsverstärker (26) elektrisch verbunden und dessen einer Eingang (39) an den Ausgang der Speicherschaltung (33) gelegt ist,
- - einen Taktimpulsformer (41), dessen Ausgang (42) an einen weiteren Eingang (40) des Analog-Digital-Wandlers (35) geführt ist,
- - einen Zähler (37), der mit dem Taktimpulsformer (41) elektrisch verbunden ist, und
- - ein Display (52), das mit dem Zähler (37) und dem Taktimpulsformer (41) elektrisch verbunden ist, enthält,
dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich
- - einen Zeitmesser (28) für die Beanspruchungsdauer des Versuchsmusters, dessen Eingang (29) an den Ausgang des Signal-Anpassungsverstärkers (26), dessen einer Ausgang (30) an den Eingang (34) der Speicherschaltung (33), dessen anderer Ausgang (31) an einen weiteren Eingang (36) des Analog-Digital-Wandlers (35) und dessen ein noch weiterer Ausgang (32) an einen Eingang (38) des Zählers (37) gelegt ist, und
- - eine Recheneinheit (44) zur Berechnung der Beträge der physikalischen Größen des Versuchsmusters, deren Eingänge (46, 45, 47) jeweils an die Ausgänge (48, 42, 49) des Zählers (37), des Analog-Digital-Wandlers (35) und des Taktimpulsformers (41) und deren Ausgang an den Eingang (53) des Display (52) geschaltet sind, wobei ein Ausgang (51) des Taktimpulsformers (41) zu einem Eingang (50) des Zählers (37) geführt ist, aufweist.
2. Dynamischer Indikator nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Zeitmesser (28) für
die Beanspruchungsdauer des Versuchsmusters
- - ein RS-Flip-Flop (61), dessen Ausgang als ein Ausgang (32) des Zeitmessers (28) für die Beanspruchungsdauer des Versuchsmusters dient,
- - eine Schaltung (56) zur Festlegung der Impulsspitze der Bewegungsbeschleunigung des Schlagbolzens, die mit ihrem als anderer Ausgang (31) des Zeitmessers (28) für die Beanspruchungsdauer des Versuchsmusters auftretenden Ausgang an den R-Eingang (62) des RS-Flip-Flops (61) gelegt ist, und
- - eine Schaltung (57) zur Festlegung des Impulsbeginns der Bewegungsbeschleunigung des Schlagbolzens, deren einer Ausgang (64) an den S-Eingang (63) des RS-Flip-Flops (61) gelegt ist, deren anderer Ausgang als weiterer Ausgang (30) des Zeitmessers (28) für die Beanspruchungsdauer des Versuchsmusters und deren mit dem Eingang (58) der Schaltung (56) zur Festlegung der Impulsspitze der Bewegungsbeschleunigung des Schlagbolzens zusammengeschalteter Eingang (59) als Eingang (29) des Zeitmessers (28) für die Beanspruchungsdauer des Versuchsmusters fungiert, enthält.
3. Dynamischer Indikator nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schaltung (56)
zur Festlegung der Impulsspitze der Bewegungsbeschleunigung
des Schlagbolzens des Zeitmessers (28) für die Beanspruchungsdauer
des Versuchsmusters eine Reihenschaltung
aus
- - einem Komparator (65) und
- - einem Differentiator (66) aufweist.
4. Dynamischer Indikator nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schaltung (57) zur
Festlegung des Impulsbeginns der Bewegungsbeschleunigung
des Schlagbolzens des Zeitmessers (28) für die Beanspruchungsdauer
des Versuchsmusters eine Reihenschaltung von
- - einem Hauptdifferentiator (67), dessen Ausgang als Ausgang (30) der Schaltung (57) zur Festlegung des Impulsbeginns der Bewegungsbeschleunigung des Schlagbolzens auftritt,
- - einem Komparator (68) und
- - einem Zusatzdifferentiator (70) enthält.
5. Dynamischer Indikator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß seine Recheneinheit
(44) zur Berechnung der Beträge der physikalischen
Größen des Versuchsmusters eine Reihenschaltung von
- - einem Umschalter (74),
- - einer Speicherschaltung (72) und
- - einer arithmetischen Einheit (78) enthält, an deren weiteren Eingang (79) ein anderer Ausgang (76) des Umschalters (74) gelegt ist, während deren drei Eingänge und Ausgang jeweils als drei Eingänge (45, 46, 47) und Ausgang der Recheneinheit (44) zur Berechnung der Beträge der physikalischen Größen auftreten.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH332989A CH680021A5 (de) | 1989-09-12 | 1989-09-12 | |
DE19893930483 DE3930483A1 (de) | 1989-09-12 | 1989-09-12 | Dynamischer indikator physikalischer groessen eines versuchsmusters |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19893930483 DE3930483A1 (de) | 1989-09-12 | 1989-09-12 | Dynamischer indikator physikalischer groessen eines versuchsmusters |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3930483A1 true DE3930483A1 (de) | 1991-03-14 |
Family
ID=6389280
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19893930483 Withdrawn DE3930483A1 (de) | 1989-09-12 | 1989-09-12 | Dynamischer indikator physikalischer groessen eines versuchsmusters |
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Country | Link |
---|---|
CH (1) | CH680021A5 (de) |
DE (1) | DE3930483A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998003848A1 (de) * | 1996-07-18 | 1998-01-29 | Proceq S.A. | Verfahren und vorrichtung zur charakterisierung des elastischen und/oder plastischen verhaltens von werkstoffen |
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US8074496B2 (en) | 2005-06-24 | 2011-12-13 | Marco Brandestini | Apparatus for hardness measurement by impact |
-
1989
- 1989-09-12 DE DE19893930483 patent/DE3930483A1/de not_active Withdrawn
- 1989-09-12 CH CH332989A patent/CH680021A5/de not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8074496B2 (en) | 2005-06-24 | 2011-12-13 | Marco Brandestini | Apparatus for hardness measurement by impact |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CH680021A5 (de) | 1992-05-29 |
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