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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Auf der Oberseite der Masse M ist ein Joch J aufgebaut, und zwischen
dem Joch ,i und der Massem ist die Materialprobe P eingespannt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.