DE405266C - Verfahren zur Pruefung von Materialien - Google Patents

Description

• Verfahren zur Prüfung von Materialien. Bei den bekannten Maschinen zur Materialprüfung, die mit Schwingungen arbeiten, hat man bisher die Einrichtung so getroffen, daß die Elastizität des durch den Wechselstrom in Schwingung versetzten Systems im wesentlichen durch die Elastizität der Materialprobe selbst geliefert wurde, und da diese je nach der Beschaffenheit des Materials sehr verschieden groß sein kann und man mit Rücksicht auf den Betrieb des Wechselstromgenerators an ein verhältnismäßig kleines Frequenzintervall gebunden war, so wählte man die Abmessungen so, daß die Betriebsfrequenz außerhalb der Resonanz des Schwingungssystems blieb. Es gelang daher einerseits nicht, die Zahl der Beanspruchungswechsel wesentlich zu steigern, andererseits war die Ermittlung der tatsächlich aufgewendeten Beanspruchungskräfte verhältnismäßig umständlich und unsicher. Man erreichte ungefähr 6ooo Beanspruchungswechsel in der Minute.
• Diesen Nachteil vermeidet die den Gegenstand der Erfindung bildende - Prüfungsmaschine, die eine Verbesserung der im Patent 399892 beschriebenen Maschine dar; stellt. Sie besteht aus zwei Massen, die durch elastische Glieder derart miteinander verbunden sind, daß das System eine ausgeprägte Eigenfrequenz hat. Die Materialprobe wird zwischen die beidem Massen, also parallel zu der bereits vorgesehenen, konstanten Elastizität eingeschaltet, und die Abmessungen des Probestabes werden so gewählt, daß seine Elastizität gegen die des Systems klein ist. Unter Parallelschaltung der elastischen Glieder versteht man hier den Fall, daß sämtliche Teilglieder nur an den Massen befestigt sind. Das ganze System wird in geeigneter Weise, z. B. durch einen Wechselstromelektromagneten, erregt, und die Frequenz der Erregung wird der Eigenfrequenz des Systems gleichgemacht. Aus :der Änderung der erhaltenen Resonanzfrequenz gegenüber der Leerlauffrequenz und den bekannten Abmessungen der Materialprobe können alsdann deren elastische Eigenschaften bestimmt werden, und die beanspruchenden Kräfte ergeben sich direkt durch eine Ablesung der zugeführten elektrischen Leistung.
• Abb. t ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Resonanzmaterialprüfers nach der Erfindung. An einer schweren zylindrischen Scheibe M ,ist ein weites Rohr R befestigt, dessen freies Ende mit einem konzentrisch darin aufwärts ragenden Stab S verbunden ist. Das obere Ende des Stabes trägt eine zweite zylindrische Masse m. Diese Teile stellen ,einen »akustischen Pilz« dar. Werden die beiden Massen M und in einander genähert, so wird das Rohr R gedehnt und der Stab S komprimiert. Werden beide Massen wieder freigelassen, so federn die Teile R und S in ihre Anfangsstellung zurück. -Das System ist also ein schwingungsfähiges Gebilde, dessen Eigenfrequenz von der Elastizität des Stielsystems R, S und von der Größe der beiden Massen M und m abhängt. Die Elastizität des Stielsystems ist proportional dem Elastizitätskoeffizienten E des Stielmaterials, dem Querschnitt von R und S und umgekehrt proportional der Summe der Längen von R und S. Die Amplituden von M und m sind umgekehrt proportional den beiden Massen. Dadurch, daß man die Masse von in gegen die von M klein annimmt, erreicht man also, daß die Amplituden von. M sehr klein ausfallen, so daß dieser Teil als Fundament der Maschine behandelt werden kann, der während des Betriebes praktisch in Ruhe bleibt.
• Wird bei einem derartigen Schwingungssystem eine bestimmte Amplitude vorgeschrieben, so ist die Materialbeanspruchung im Stielsystem proportional der vorgeschriebenen Amplitude und umgekehrt proportional der Länge L des Stielsystems oder Stiels. Durch passende Wahl von L kann man es also immer so einrichten, daß beim regelrechten Betriebe die Beanspruchung des Stielsystems reichlich innerhalb der Proportionalitätsgrenze bleibt.
• Zwischen die beiden Massen M und in ist ein System von Elektromagneten E so eingebaut, daß sein Anker an der Massein und sein Feld an der Masse M befestigt ist. Zwischen beiden Massen ist ein Luftspalt, der als Sicherung für die Maschine dienen kann, indem seine Größe gleich der vorgeschriebenen größten Amplitude gemacht wird. Würde sie also durch Übererregung des Systems überschritten, so würden die beiden Hälften des Elektromagneten aufeinanderstoßen, und es könnte keine entsprechende Überdehnung des Stielsystems eintreten.
• Auf der Oberseite der Masse M ist ein Joch J aufgebaut, und zwischen dem Joch ,i und der Massem ist die Materialprobe P eingespannt.
• Die Abmessungen der Materialprobe werden so gewählt, daß ihre Elastizität gegen die des Stielsystems klein ist. Durch Parallel-Schaltung der Probe mit dem Stielsystem wird also die Eigenfrequenz des ganzen Systems nur wenig erhöht.
• Andererseits wird die Länge der Probe klein gegen die Länge des Stielsystems angenommen, und da für jede gegebene Amplitude die spezifische Materialbeanspruchung umgekehrt proportional der Länge ist, so ist es stets möglich, die Materialbeanspruchung der Probe so weit zu treiben, daß die Probe zerreißt, ohne daß im Stielsystem die Proportionalitätsgrenze überschritten wird.
• Abb. z ist eine schematische Ansicht des Elektromagneten von der Ankerseite gesehen. Er besteht aus vier Feldern, von denen zwei einander gegenüberliegende E,", E", für den Antrieb des Systems und die beiden anderen Eg, E, für die Meßzwecke dienen. Jedes der vier Felder ist mit zwei Spulen versehen, einer Gleichstromspule C' z und einer Wechselstromspule W. Die Gleichstromspulen werden sämtlich von einer Gleichstromquelle gespeist und dienen dazu, das Elektromagneteisen zu polarisieren.
• Die Wechelstromspulen W des motori-3chen Feldpaares E "L sind an die Betriebsmaschine angeschlossen und werden mit Wechselstrom gespeist, der sich dem polarisierenden Gleichstrom der U-Spule überlagert.
• Die Schwingung des Ankers induziert in den Wechselstromspulen W der Meßfelder E, eine Wechselspannung, die an einem Voltmeter abgelesen werden kann und als Maß für die Amplituden dient, die das System beschreibt.
• Die Maschine kann in einfacher Weise auch zur Prüfung von Materialproben auf Biegung und Torsion geeignet gemacht werden, indem beispielsweise für Torsion der Probestab senkrecht zur Bewegungsrichtung des Gewichts m angeordnet und etwa mit Hilfe eines Auslegers exzentrisch zu seiner Längsachse angefaßt wird oder indem er bei ebenfalls horizontaler Lage einerseits am- Rahmen J, andererseits am Gewicht M befestigt wird.
• Rein schematisch ist das in den Abb. 3 und q. dargestellt, von denen Abb. 3 den Fall der Torsion, Abb. 4. den Fall der Biegung enthält. Die Bezeichnungen entsprechen denen der Abb. i und 2.
• Der Vorteil der Maschine nach der Erfindung liegt einmal in der Einfachheit der Bedienung, insofern, als immer mit derselben oder annähernd derselben Frequenz gearbeitet werden kann; ferner in der Tatsache, daß die Benutzung der Systemresonanz die Anwendung sehr großer Amplituden zuläßt; schließlich enthält sie keine rotierenden oder sonstigen bewegten Teile, außer den schwingenden Massen des Systems selbst. Ihre Ausführung kann in jedem beliebigen Maßstab für kleinste und größte Beanspruchungen und Materiahnengen erfolgen; auch sind sie für gleiche Kräfte wesentlich kleiner als entsprechende bekannte Maschinen, und die Möglichkeit, unbegrenzt hohe Frequenzen anzuwenden, gestattet, die Zeit der Prüfung in entsprechendem wesentlichen Verhältnis zu verkürzen. Naturgemäß kann der Apparat auch für tiefe Frequenzen ebenso vorteilhaft Verwendung finden.

Claims (6)

1. PATENT-ANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Prüfung von Materialien nach Patent 399892 dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Glied des Schwingungssystems aus einem festgegebenen Teil (R, S) und einem durch das jeweilige Probestück gebildeten Teil (P) besteht, wobei die Teilglieder mit ihren Enden an den Massen des Systems befestigt sind.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung des festen Teiles des elastischen Gliedes, daß seine elastische Kraft diejenige des Probestückes wesentlich übersteigt, so daß die Eigenschwingung des Systems in der Hauptsache durch die Massen und den festgegebenen Teil des elastischen Glie, des bestimmt ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch i und 2_ dadurch gekennzeichnet, daß der festgegebene Teil des elastischen Gliedes als longitudinal beanspruchter, sich hauptsächlich in Richtung der Beanspruchung erstreckender Körper (Rohr R oder Stab S) oder durch eine Kombination derartiger Körper gebildet ist. ¢.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine derartige Bauart, daß die stabförmige Materialprobe (P) kurz ist gegenüber dem stab- oder ringförmigen festgegebenen Teil (12, S) des elastischen Gliedes.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch i bis q: und dem Hauptpatent mit elektromagnetischem Antrieb, bei der die Elektromagnete starr mit :den Massen verbunden und durch einen Luftspalt getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite des Luftspalts gleich der Größe der zulässigen Maximalamplitude des Systems ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch i bis 5 und dem Hauptpatent mit besonderen Spulen zur Entnahme von Strom zwecks Messung des induzierten Stromes oder der Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß diese Spulen mit dem magnetischen Kreis des schwingenden Systems selbst verkettet sind.