DE403805C

DE403805C - Procedure for testing materials

Info

Publication number: DE403805C
Application number: DES53937D
Authority: DE
Original assignee: Signal GmbH
Current assignee: Signal GmbH
Priority date: 1920-08-08
Filing date: 1920-08-08
Publication date: 1924-10-08

Description

Verfahren zur Prüfung von Materialien. Bei der im Patent 399892 beschriebenen Anordnung zur Materialprüfung erfolgt die für die Prüfung erforderliche Materialbeanspruchung dadurch, daß ein den zu prüfenden Probekörper enthaltendes Gebilde in Schwingungen von gleicher Frequenz mit dessen Eigenschwingungszahl versetzt wird. Dabei sind aber nur diejenigen Kräfte berücksichtigt worden, die in dem Material Dehnungen oder Kompressionen hervorrufen. Gegenstand der Erfindung ist die Ausdehnung dieses Materialprüfungsverfahrens auch auf die Torsions- oder Verdrehungsfestigkeit des zu untersuchenden Materials. Bisher wurden Prüfungen dieser Art so vorgenommen, daß auf statischem Wege eine einseitige Verdrehung der Enden eines z. B. zu untersuchenden Stabes bis zur Fließgrenze oder bis zur Bruchgrenze erfolgte.Methods of testing materials. In the case of that described in the 399892 patent Arrangement for material testing takes place the material stress required for the test in that a structure containing the specimen to be tested vibrates of the same frequency with its natural frequency is offset. Are there but only those forces have been taken into account that cause elongations in the material or cause compressions. The subject of the invention is Extension of this material testing procedure also to the torsion or twisting strength of the material to be examined. So far, tests of this kind have been carried out that a unilateral rotation of the ends of a z. B. to be examined Rod up to the yield point or to the breaking point.

Diese Methode der Untersuchung wird vielen Fällen der Praxis nicht gerecht, insbesondere nicht denen, bei welchen in der Praxis die kritische Beanspruchung in der Form von Schwingungen erfolgt, wie es z. B. bei der `Felle einer Maschine (bei Anlauf, zunehmender Belastung, abnehmender Belastung usw.) vorkommt.This method of investigation is not used in many cases fair, especially not those with which the critical stress in practice takes place in the form of vibrations, as it is, for. B. in the `skins of a machine (during start-up, increasing load, decreasing load, etc.).

Eine derartige Prüfung kann man mit bekannten Mitteln auch dadurch vornehmen, daß man die Drehung abwechselnd nach beiden Seiten vornimmt. Dies erfordert aber, da für eine exakte Prüfung auf dynamische Beanspruchung eine sehr häufige Wiederholung dieses Vorgangs nötig ist, sehr lange Zeit. Demgegenüber ermöglicht eine nach der Erfindung durchkonstruierte Materialprüfungsmaschine eine weit schnellere und der Wirklichkeit mehr angepaßte Prüfung von Materialien in dieser Hinsicht. Die Erfindung besteht nämlich darin, daß das zu prüfende Material in der Weise Torsionskräften unterworfen wird, daß der aus ihm bestehende Probekörper als elastisches Glied eines Schwingungsgebildes Torsionsschwingungen in der gleichen Frequenz der Eigenschwingungszahl dieses Gebildes unterworfen wird.Such a test can also be carried out by known means make that the rotation is made alternately to both sides. This requires but, as a very frequent test for an exact test for dynamic loading Repetition of this process is necessary for a very long time. In contrast, enabled a material testing machine designed according to the invention is much faster and testing of materials more adapted to reality in this regard. The invention consists namely in that the material to be tested in the way torsional forces is subject to the fact that the test specimen made of it as an elastic member of a Oscillation structure torsional oscillations at the same frequency as the natural oscillation number this structure is subjected.

Diese Methode hat gegenüber der bekannten zahlreiche Vorteile. Die Messung der Höhe der Beanspruchung des :Materials gestaltet sich, sehr einfach, indem sie mittels bekannter Ablesemethoden der zu messenden Größen (Amplituden usw.) aus den Konstanten des Systems mit Hilfe der Schwingungsgleichungen derselben oder mit Hilfe fertiger Tabellen ermittelt werden kann. Die Einrichtung gestattet sehr exakte und billige Prüfungen etwa folgender Art. Einmal können aus dem zu verarbeitenden Material Probekörper hergestellt werden, an Hand welcher durch Proben bis zur Fließgrenze festgestellt wird, ob das Halbfabrikat die erforderlichen Eigenschaften besitzt und welche. Entspricht das Material den Anforderungen, so werden die Fertigfabrikate hergestellt, und diese können nun wiederum sämtlich einem ähnlichen Prüfungsvorgang unterworfen werden, denn ein solcher erfordert nur geringe Zeit. Diese Art der dynamischen Prüfung jedes einzelnen Werkstückes war bisher wegen der für eine wirklich. der Praxis entsprechende Prüfung erforderlichen langen Zeitdauer und der daher hohen Kosten nicht möglich, begegnet aber bei einer Bauart der Maschine nach der Erfindung keinen Schwierigkeiten mehr, da das Schwingungsgebilde z. B. bei einer Frequenz von iooo etwa 864cocco Torsionsbeanspruchungen des Materials pro Tag gestattet.This method has numerous advantages over the known method. the Measurement of the level of stress on the: material is very simple, by using known methods of reading the quantities to be measured (amplitudes, etc.) from the constants of the system with the help of the oscillation equations of the same or can be determined with the help of ready-made tables. The facility allows very much exact and cheap tests of the following kind. Once you can get out of the process Material test specimens are produced on the basis of which through samples up to the yield point it is determined whether the semi-finished product has the required properties and which. If the material meets the requirements, the finished products become and all of these can now all undergo a similar testing process be subjected, because such a process takes only a short time. That kind of dynamic Examination of each individual workpiece was so far because of the real. the Practice-related examination required long period of time and the therefore high Costs are not possible, but encountered in a type of machine according to the invention no more difficulties, since the oscillation structure z. B. at one frequency of iooo about 864cocco torsional stresses on the material per day are permitted.

Die Ausführung der Messungen und Prüfungen kann etwa in folgender Weise erfolgen. Ein aus dem zu prüfenden Material hergestellter stabähnlicher Körper wird an dem äußeren Ende fest eingespannt. Das andere Ende wird mit einer Masse versehen, auf die in beliebiger Art eine Kraft wirkt, die eine Torsion des stabähnlichen Körpers hervorruft. Diese Kraft kann sowohl auf elektromagnetischem wie auch mechanischem (Reibung, Anblasen usw.) Wege erzeugt werden.The measurements and tests can be carried out as follows Way. A rod-like body made from the material to be tested is firmly clamped at the outer end. The other end will have a mass provided, on which a force acts in any way that causes a torsion of the rod-like Body evokes. This force can be electromagnetic as well as mechanical (Friction, blowing, etc.) ways are generated.

Bei größeren und längeren zu prüfenden Fertigfabrikaten, wie z. B. Wellen, bei denen die noch innerhalb der Belastungsgrenze liegende Verdrehung zu große Werte ergeben würde, wodurch auch die Periodenzahl herabgesetzt werden würde, kann man die Prüfung etwa in folgender Form vornehmen. Die zu untersuchende Welle wird in ihrer Mitte aufgehängt oder eingespannt und an beiden Enden mit den Massen versehen. Den Massen werden entsprechend dem früher erwähnten Verfahren Torsionskräfte derart mitgeteilt, daß sie mit um i8o° verschobener Phase Torsio_nen ausführen. Auf diese `'eise wird, infolge der Knotenbildung an der Aufhängestelle, bei derselben Länge der Welle die doppelte Beansprucl!.ung auf Torsion erreicht. Wird nun die Welle so lang, daß eine Untersuchung und Prüfung nur mit sehr großen Apparaten stattfinden kann, so kann auch in zweckentsprechender `'eise eine Untersuchung der ganzen Welle dadurch erreicht werden, daß diese in der Apparatgröße entsprechenden Abschnitten nacheinander geprüft wird. Erreichen kann man dieses z. B. dadurch, daß die Massen oder Gewichte an den Enden des zu untersuchenden Abschnittes befestigt werden und ihnen nach oben geschildertem Verfahren Torsionskräfte mitgeteilt werden. Die in der Praxis auftretende Torsion der Welle kann leicht durch Addierung der einzelnen Verdrehungswinkel oder der mit einer entsprechenden Konstanten multiplizierten Amplitude erreicht werden. Dabei ist dann jedesmal das überragende Ende der Welle der bei der Ermittlung der Meßresultate hinsichtlich. der Wirkung seiner Masse und elastischen Kraft zu berücksichtigen. Praktisch wird man aber in den meisten Fällen die Massen so groß ausbilden, daß gegenüber dem Drehmoment dieser Massen das der Welle vernachlässigt werden kann.For larger and longer finished products to be tested, such as B. Shafts in which the torsion that is still within the load limit increases would result in large values, which would also reduce the number of periods, the test can be carried out in the following form. The wave to be examined is hung or clamped in the middle and with the masses at both ends Mistake. The masses are subjected to torsional forces in accordance with the procedure mentioned earlier communicated in such a way that they execute torsions with the phase shifted by 180 °. In this way, as a result of the knot formation at the suspension point, it becomes Length of the shaft twice the torsional stress. Will now the Wave so long that an examination and examination can only be carried out with very large apparatus can, an investigation of the entire wave can also be carried out in an appropriate way can be achieved in that these sections corresponding to the size of the apparatus is checked one after the other. You can achieve this z. B. by the fact that the masses or weights are attached to the ends of the section to be examined and Torsional forces are communicated to them according to the procedure outlined above. In the In practice occurring torsion of the shaft can easily be added by adding the individual Twist angle or the amplitude multiplied by a corresponding constant can be achieved. The protruding end of the wave is then the at each time the determination of the measurement results with regard to. the effect of its mass and elastic Force to be considered. Practically, however, in most cases one becomes the masses train so large that compared to the torque of these masses that of the shaft is neglected can be.

In den Abb. i bis 6 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in schematischer Form dargestellt.Exemplary embodiments of the invention are shown schematically in FIGS Shape shown.

In der Abb. i bezeichnet i den zu untersuchenden Stab, der mit der Masse 2 das Schwingungsgebilde, das an der Haube 8 befestigt ist, ergibt. Stab und Masse sind fest miteinander verbunden. Die Masse 2 ist dem Einfluß eines zusammengesetzten Wechselstrommagnetfeldes, bei dem die Pole 3, 4, 3', .4' um 900 gegeneinander versetzt sind, unterworfen. Erregt wird dieses Wechselstrommagnetfeld, das auch als polarisiertes Wechselstrommagnetfeld ausgebildet sein könnte, durch die Spulen 5, 5' und 6, 6', die durch den Wechselstromgenerator 7 derart gespeist werden, daß zwischen den beiden Strömen zweier benachbarter Spulen eine Phasenverschiebung von go v vorhanden ist.In Fig. I, i denotes the rod to be examined, the one with the Mass 2, the oscillation structure, which is attached to the hood 8, results. Rod and Grounds are firmly connected to each other. The mass 2 is the influence of a compound AC magnetic field, in which the poles 3, 4, 3 ', .4' are offset from one another by 900, subject. This alternating current magnetic field, which is also called polarized alternating current magnetic field, is excited could be formed by the coils 5, 5 'and 6, 6' used by the alternator 7 are fed in such a way that between the two currents of two adjacent coils there is a phase shift of go v.

Abb. 2 ist ein Grtindriß der Abbildung mit abgenommener Haube. Die Grundstellung der Masse 2 des Schwingungsgebildes ist stark ausgezogen gezeichnet.Figure 2 is a ground plan view of the figure with the hood removed. the The basic position of the mass 2 of the oscillating structure is drawn strongly drawn out.

Abb. 3 stellt eine Skizze der Schaltung der Stromzweige des Wechselstromgenerators 7 mit dem Magnetfeld 3, .4, 3' und 4.' dar, in dem durch Einschaltung der Drosselspule g und des Kondensators io eine Phasenverschiebung der beiden Stromzweige der Magneten um go ° erreicht werden kann.Fig. 3 shows a sketch of the circuit of the current branches of the alternator 7 with the magnetic field 3, .4, 3 'and 4.' in which by switching on the choke coil g and the capacitor io a phase shift of the two current branches of the magnets around go ° can be achieved.

Abb. 4 ist die schematische Darstellung der vorher erwähnten, doppelt und entgegengesetzt wirkenden Torsionsschwingungserregung des zu untersuchenden Materials. Die Welle i ist im Punkte ii aufgehängt. An beiden Seiten derselben sind die. gleichen Massen 2 und 2' befestigt, die wiedexum durch ein Elektromagnetfeld 3, .1, 3', 4.' in Torsionsschwingungen entgegengesetzter Richtung, die durch entsprechende Pfeile angedeutet ist, versetzt werden. Das Elektromagnetfeld wird z. B. in gleicher Weise wie nach Abb. 3 erregt.Fig. 4 is the schematic representation of the aforementioned, double and oppositely acting torsional vibration excitation of the investigated Materials. The wave i is suspended at point ii. On both sides of the same are the. same masses 2 and 2 'attached to the wiedexum by an electromagnetic field 3, .1, 3 ', 4.' in torsional vibrations in the opposite direction, which are caused by corresponding Arrows indicated are offset. The electromagnetic field is z. B. in the same Way as after Fig. 3 excited.

Abb. 5 zeigt schematisch den Fall der abschnittsweise erfolgenden Untersuchung des Materials.Fig. 5 shows schematically the case of those taking place in sections Examination of the material.

Die Welle i ist bei 12 eingespannt und bei 13 mit der '-Tasse 2 zu einem Schwingungsgebilde vereinigt. Das letztere wird, wie oben beschrieben, zu Torsionsschwingungen erregt.The shaft i is clamped at 12 and at 13 with the 'cup 2 closed united in a vibrational structure. The latter becomes, as described above, too Torsional vibrations excited.

Abb. 6 zeigt den Fall einer mechanischen Erregung der Welle i. Diese, bei 12 fest eingespannt, wird an gewünschter Stelle in bekannter `"eise mit der Masse 2 zu einem Schwingungsgebilde vereinigt, das durch die Reibungskissen 13 einer durch den Elektromotor 16 in Drehung versetzten Gabel 14 zu To_s:onsschwingungen erregt wird. Die Gabel 14. ist bei 17 mit dem Elektromotor 16 gekoppelt.Fig. 6 shows the case of mechanical excitation of the wave i. These, firmly clamped at 12, at the desired point in the familiar `` "way with the Mass 2 combined to form a vibration structure, which by the friction pad 13 of a fork 14 set in rotation by the electric motor 16 to To_s: onsschwimmern is excited. The fork 14 is coupled to the electric motor 16 at 17.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Method for testing materials according to patent 399892, characterized in that the vibration structure containing the test body is excited to vibrations at the same frequency as the natural frequency of this structure, which subject the test body to torsional forces.

2. Facility for training the method according to claim i, characterized in that the material to be tested designed as an elastic member (in a rod-like shape) and clamped at one end, is provided at the other end with a mass on which the exciting force acts.

3. Device for implementing the method according to i and 2, characterized in that that the material to be tested, clamped or suspended in the middle, on both Sides is provided with masses, on which the exciting forces in opposite directions Attack direction.

4. Device for training the method according to the claims i to 3, characterized in that the material to be tested so that it is in sections can be examined, clamped at one point (12) and at one of the conditions corresponding other point (13) is provided with a mass or at both points (i2 and 13) is provided with masses, but then in the middle (between 12 and 13) is clamped and that the masses are the points of application for the exciting forces form.

5. Device for implementing the method according to claims i to 4, characterized in that the oscillation structure by mechanical means, for. B. by one or two forks (14) provided with friction pads (13, Fig. 6), which directly can be coupled to electric motors, is excited to torsional vibrations.