DE488167C

DE488167C - Dynamic material testing machine for bending stress on the rotating test rod

Info

Publication number: DE488167C
Application number: DESCH74007D
Authority: DE
Original assignee: ERNST LEHR DR ING; Carl Schenck Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: ERNST LEHR DR ING; Carl Schenck AG
Priority date: 1925-05-05
Filing date: 1925-05-05
Publication date: 1929-12-21

Description

Dynamische lgaterialprüfmaschine für Biegungsbeanspruchung des sich drehenden Prüfstabes Die Erfindung betrifft eine dynamische, also zur Feststellung der Ermüdungsgrenze dienende Materialprüfmaschine, bei welcher der Prüfkörper einer Biegungsbeanspruchung unterworfen wird, während er sich dreht. Bei der Maschine sind in @ bekannter Weise die beiden Prüfstablager, welche sich durch die Belastung senkrecht zur Prüfstabachse bewegen können, durch einen gemeinsamen, die Belastung vermittelnden Hebel verbunden.Dynamic material testing machine for bending stress of the self rotating test rod The invention relates to a dynamic, so for determination the fatigue limit serving material testing machine, in which the test specimen is a Is subjected to bending stress while rotating. At the machine are in the known way the two test rod bearings, which are due to the load can move perpendicular to the test rod axis, through a joint, the load mediating lever connected.

Um diese Belastung in einfacher und stetiger Weise ändern zu können, und um zugleich trotz hoher Drehzahl des Prüfstabes einen möglichst ruhigen Lauf der Maschine zu erreichen, erfolgt die Belastung in stetig veränderlicher Weise durch einen Hebel mit Laufgewicht. Um eine gleichmäßige Belastung, also ein gleichförmiges Biegungsmoment - über die ganze Länge des Prüfstabes zu erreichen, sind die beiden mittleren, die Last auf den Prüfstab übertragenden, also beweglichen, der vier Lager der Maschine durch geeignete, an den festen Lagern angreifende Lenker o. dgl. geführt, so daß der Abstand zwischen den beiden Lagerarten bei jeder Belastung genau gleichbleibt.In order to be able to change this load in a simple and constant way, and at the same time to run as smoothly as possible despite the high speed of the test rod To achieve the machine, the load takes place in a constantly changing manner by a lever with a running weight. A uniform load, that is, a uniform one Bending moment - to be reached over the entire length of the test rod, are the two middle of the four bearings, which transfers the load to the test rod, i.e. movable ones the machine is guided by suitable control rods or the like that engage the fixed bearings, so that the distance between the two types of bearings remains exactly the same with every load.

Zur Vermeidung der Nebenschwingungen, die das Meßergebnis in Frage stellen könnten, ist an den belasteten beweglichen Lagern eine Dämpfung beliebiger Art, beispielsweise eine in -Glyzerin- o. dgl. Gefäße tauchende Platte angeordnet.To avoid the secondary vibrations that affect the measurement result could provide, a damping is arbitrary at the loaded movable bearings Art, for example a plate immersed in -Glycerin- or the like. Vessels arranged.

Sehr vorteilhaft ist die Anordnung eines Thermoelements, das einerseits zur dauernden Überwachung der Temperatur des Prüfstabes, der zweckmäßig durch eine ölkühlung auf gleichbleibender Temperatur gehalten wird, und anderseits zur Aufnahme von Temperaturkurven in Abhängigkeit von der Belastung dient. Ein genaues Meßergebnis mittels eines solchen Thermoelements wird dadurch erzielt, daß das Thermoelement mit dem Prüfstab umläuft, wobei die thermoelektrische Spannung über Schleifringe mit geringem Übergangswiderstand zum elektrischen Meßinstrument geleitet wird. Hierbei wird durch die Wahl des gleichen Materials für Schleifringe und Bürsten darauf geachtet, da.ß auch bei der Stromabnahme oder an anderen Stellen keine thermoelektrische Spannung auftreten kann; zweckmäßig erfolgt auch die Einführung des vom Thermoelement kommenden Drahtes zu dem Kollektor derart, da:ß die Wärme des Kollektors nicht auf die Verbindungsstelle des Drahtes übergehen kann.The arrangement of a thermocouple is very advantageous, on the one hand for permanent monitoring of the temperature of the test rod, which is expediently carried out by a oil cooling is kept at a constant temperature, and on the other hand for recording of temperature curves depending on the load. An accurate measurement result by means of such a thermocouple is achieved that the thermocouple with the test rod revolving, with the thermoelectric voltage via slip rings is conducted with low contact resistance to the electrical measuring instrument. Here care is taken by choosing the same material for slip rings and brushes, da.ß no thermoelectric voltage when the current is drawn or at other points can occur; the introduction of what comes from the thermocouple is also expedient Wire to the collector in such a way that: ß the heat from the collector does not reach the junction of the wire can pass.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Prüfmaschine mit den erfindungsgemäß vorgesehenen Neuerungen im Längsschnitt.The drawing illustrates an embodiment of such Testing machine with the innovations provided according to the invention in longitudinal section.

Der Prüfkörper r bildet in diesem Falle den mittleren Teil eines Wellenkörpers, der in vier, zweckmäßig schwenkbaren, auf die Welle aufgesetzten Kugellagern a ruht, und zwar sind diese Kugellager selbst in zweigeteilten Lagergehäusen 3, ¢ gehalten, so da.ß dieser Wellenkörper und damit der Prüfstab leicht herausnehmbar und auswechselbar ist. Die Böcke q., 5 der beiden äußeren Lager des Wellenkörpers sind fest mit dem Maschinengestell 6 verbunden, während die Böcke 7, 8 der beiden mittleren Lager durch die im folgenden ausführlicher beschriebene Belastungsvorrichtung mehr oder weniger nach unten gezogen werden können.In this case, the test body r forms the middle part of a shaft body, which rests in four, expediently pivotable, ball bearings a placed on the shaft, namely, these ball bearings are held in two-part bearing housings 3, ¢, so that this shaft body and thus the test rod can be easily removed and replaced is. The trestles q., 5 of the two outer bearings of the Shaft body are firmly connected to the machine frame 6, while the brackets 7, 8 of the two middle bearing by the loading device described in more detail below can be pulled down more or less.

Außer durch den Prüfstab i wird der Wellenkörper im wesentlichen durch die beiden Wellenstücke 9 und io gebildet, .auf denen auch je zwei der Kugellager 2 befestigt sind. Damit möglichst wenig Material als Prüfstab benctigt wird und ferner eine sichere, genau zentrische, anderseits aber auch leicht lösbare Einspannung des Prüfkörpers erfolgt, ist der Prüfstab i mittels langer, sich an die eigentliche Meßstrecke anschließender Paßkegel i' in die beiden Wellenstücke 9, 1o eingespannt und wird mittels besonderer Schrauben i i, 12 fest in die kegelförmigen Sitzfi,ächen hineingezogen. Das Wellenstück io ist zweckmäßig mittels einer biegsamen Welle mit dem Antriebsmotor 13 verbunden, zweckmäßig unter Zwischenschaltung eines Zählwerks für die Drehzahlen.Apart from the test rod i, the shaft body is essentially through the two shaft pieces 9 and io formed, on each of which two of the ball bearings 2 are attached. So that as little material as possible is needed as a test rod and Furthermore, a secure, exactly centric, but on the other hand also easily releasable clamping of the test body takes place, the test rod i is long, attached to the actual Measurement section of subsequent fitting cone i 'clamped in the two shaft pieces 9, 1o and with special screws i i, 12 is firmly fixed in the conical seating surfaces drawn into it. The shaft piece io is expediently with a flexible shaft connected to the drive motor 13, expediently with the interposition of a counter for the speeds.

Die beweglichen Lager 7, 8 liegen. zweckmäßig in gleichen Abständen von den festen Lagern ¢, 5 und sind, wie irn folgenden beschrieben wird, mit gleich großen Kräften belastet. Falls eine andere Anordnung, beispielsweise eine verschieden große Lagerentfernung, zwischen diesen Lagern gewählt wird, ist die Belastung der beweglichen Lager 7, 8 entsprechend derart gewählt, daß über die Meßstrecke des Prüfstabes i ein an jeder Stelle gleich großes Biegungsmoment erzeugt wird. Jedenfalls empfiehlt es sich, die beweglichen Lager 7, 8 durch geeignete, an den festen Lagern 4, 5 angreifende Lenker, durch mit dem Gestell 6 der Maschine verbundene Gleitbahnen o. dgl. derart zu führen, daß der Abstand zwischen den beiden Lagerarten bei jeder Belastung genau gleichbleibt, da dieser Abstand für die Größe des den Prüfstab. belastenden Biegungsmoments maßgebend ist. Anderseits ist es zweckmäßig, den Wellenkörper 1, 9 und io selbst nur in einem der beweglichen Lager 7, 8 in axialer Richtung festzuhalten, während den übrigen drei Lagern gegenüber eine axiale Verschiebung dieses Wellenkörpers möglich ist. Dies hat den Zweck, mit Sicherheit Zugbeanspruchungen vom Prüfstab i feruzuhalten.The movable bearings 7, 8 are located. expediently at equal intervals of the fixed bearings ¢, 5 and are, as will be described in the following, identical with loaded with great forces. If another arrangement, for example a different one large bearing distance, chosen between these bearings, is the burden of the movable bearing 7, 8 selected accordingly so that over the measuring distance of the Test rod i an equal bending moment is generated at every point. In any case it is recommended that the movable bearings 7, 8 by suitable, on the fixed bearings 4, 5 attacking handlebars, through slideways connected to the frame 6 of the machine o. The like. To lead in such a way that the distance between the two types of bearings for each Load remains exactly the same, as this distance accounts for the size of the test rod. loading bending moment is decisive. On the other hand, it is expedient to use the shaft body 1, 9 and io only to be held in one of the movable bearings 7, 8 in the axial direction, while the other three bearings opposite an axial displacement of this shaft body is possible. The purpose of this is to ensure tensile stresses from the test rod i feruzuhalten.

Besonders wichtig ist es, die Temperatur um den Prüfkörper i während der Prüfung konstant zu halten, weil sich die Festigkeitseigenschaften der Materialien außerordentlich mit der Temperatur ändern und eine ganze Reihe von Stoffen, z. B. hochwertiger Werkzeugstahl, sich schon weit unterhalb der Ermüdungsgrenze stark erwärmt. Zur Gleichhaltung der Temperatur liegt um den Präfstabschaft ein zweckmäßig zweigeteiltes Kästchen oder ein Trog 14, in dessen Innerem oberhalb des Prüfstabes 1 ein. ölzuführungsrohr 15 mit nach, unten gerichteten. Spritzlöchern 15' liegt. Das auf den Prüfstab i in dauerndem Strahl gespritzte öl fließt unten aus dem Kasten durch ein Rohr 16 ab. Eine in die ölleitung geschaltete Pumpe sorgt für den steten Umlauf des öles. Damit das öl nicht seitlich aus dem Kasten 14 herausdringen kann, sind an den beiden Wellenteilen 9, io große Spritzringe 17 angebracht.It is particularly important to keep the temperature around the test specimen i during to keep the test constant, because the strength properties of the materials change extraordinarily with temperature and a whole range of substances, e.g. B. high-quality tool steel, already well below the fatigue limit warmed up. In order to keep the temperature constant, there is an appropriate place around the prefectural staff two-part box or a trough 14, inside above the test rod 1 a. oil supply pipe 15 with downward. Injection holes 15 'is located. The oil, which is sprayed continuously onto the test rod i, flows out of the box at the bottom through a pipe 16. A pump connected to the oil line ensures constant flow Circulation of oil. So that the oil cannot escape from the side of the box 14, are attached to the two shaft parts 9, io large splash rings 17.

Die Belastung der beweglichen Lager 7 und 8 und damit des Prüfstabes erfolgt bei der dargestellten Maschine durch Stangen 18, die bei i9 mittels Kardangelenke an einem Querstab 20 angreifen, mit dessen Mitte durch eine kurze Zwischenstange 21 o. dgl. ein bei 22 drehbar gelagerter langer Hebel 23 verbunden ist. Auf dem freien Arm dieses Hebels ist durch eine beliebige geeignete Vorrichtung 24 ein Laufgewicht 25 verschiebbar, derart, daß je nach der Stellung dieses Laufgewichtes die beiden beweglichen Lager 7 und 8 und damit der Prüfstab i mehr oder weniger belastet ist. Diese Belastung erfolgt bei der dargestellten Ausführung sehr gleichmäßig und .genau, besonders dann, wenn die einzelnen Gelenkpunkte als Schneidengelenke oder, weil zweckmäßiger, mit Rücksicht auf die durch die hohen Drehzahlen entstehenden Erschütterungen, als Kugellager ausgeführt sind.The load on the movable bearings 7 and 8 and thus on the test rod takes place in the machine shown by rods 18, which at i9 by means of cardan joints attack on a cross bar 20, with its center through a short intermediate rod 21 or the like, a long lever 23 rotatably mounted at 22 is connected. On the The free arm of this lever is a running weight by any suitable device 24 25 displaceable in such a way that, depending on the position of this barrel weight, the two movable bearings 7 and 8 and thus the test rod i is more or less loaded. This load occurs very evenly and precisely in the version shown. especially if the individual points of articulation are used as cutting edge joints or because more expedient, taking into account the vibrations caused by the high speeds, are designed as ball bearings.

Die Stellung des Laufgewichtes 25 ist außen zweckmäßig an einer Skala ablesbar, welche am besten sogleich die Spannungsbelastung des Prüfkörpers angibt. Durch das Verschieben des Laufgewichtes kann die Prüfkörperbelastung in sehr stetiger und bequemer Weise geändert werden. Bei einem Antrieb mittels Elektromotors wird in an sich bekannter einfacher Weise die Motorleistung festgestellt und dann die Leistungskurve, d. h. die vom Motor aufgebrachte Leistung in Abhängigkeit von der Beanspruchung des Prüfstabes aufgetragen. Diese Kurve ist für das Verhalten der verschiedenen Materialien äußerst kennzeichnend. Man kann sie bei laufenden Prüfungen, also ständiger überwachung des Materials, zur Feststellung der Ermüdungsgrenze benutzen, wenn man einmal für das betreffende Material 'an Hand von Dauerversuchen festgestellt hat, an welcher Stelle die Leistungskurve den f iir die Ermüdungsgrenze charakteristischen Knick aufweist.The position of the barrel weight 25 is expedient on the outside on a scale readable, which best immediately indicates the voltage load of the test body. By shifting the running weight, the load on the test specimen can be very steady and can be changed conveniently. In the case of a drive by means of an electric motor determined in a known simple manner the engine power and then the Power curve, d. H. the power applied by the engine as a function of the Load applied to the test rod. This curve is for the behavior of the extremely characteristic of different materials. You can use them in ongoing exams, so use constant monitoring of the material to determine the fatigue limit, once one has established for the material in question on the basis of long-term tests at which point the performance curve is characteristic of the fatigue limit Has kink.

An dem anderen Arm des Hebels 23 befindet sich zweckmäßig ein Gegengewicht 26, das die Belastung des Hebels 23 durch die Gewichte der an der Stange 21 angreifenden Maschinenteile in der Nullstellung des Laufgewichtes 25 möglichst ausgleicht, so daß in diesem Falle die beweglichen Lager 7,8 genau in der Verlängerung der festen Lager 4,5 liegen. Außerdem ist beispielsweise an diesem Ausgleichgewicht 26 eine Arretierung 27 in der Weise angebracht, daß der Laufgewichtswaagebalken genau in der Stellung gehalten wird, in welcher die Achse der beweglichen Lager 7, 8 in die Verbindungslinie der festen Lager 4., 5 fällt. Hierdurch werden beim Einspannen des Probestabes i Klemmungen und Verbiegungen mit Sicherheit von ihm ferngehalten;.On the other arm of the lever 23 there is expediently a counterweight 26 which compensates as much as possible the load on the lever 23 by the weights of the machine parts acting on the rod 21 in the zero position of the barrel weight 25, so that in this case the movable bearings 7,8 lie exactly in the extension of the fixed bearing 4.5. In addition, a lock 27 is attached to this balance weight 26, for example, in such a way that the running weight balance beam is held precisely in the position in which the axis of the movable bearings 7, 8 falls into the connecting line of the fixed bearings 4, 5. As a result, jamming and bending are reliably kept away from it when the test rod is clamped.

Die Größe der Verschiebung der beweglichen Lager 7, 8 infolge der Verstellung des Laufgewichtes 2 5 kann in an sich beliebiger Weise gemessen werden. Zweckmäßig werden jedoch gemäß der Erfindung an Bügeln 37 des Maschinengestells, welche über die Lager 7, 8 greifen, Meßuhren 38 angebracht, welche die Bewegung dieser Lager in sehr einfacher und genauer Weise abzulesen gestatten.The amount of displacement of the movable bearings 7, 8 as a result of Adjustment of the running weight 2 5 can be measured in any way. Appropriately, however, according to the invention on brackets 37 of the machine frame, which engage over the bearings 7, 8, dial gauges 38 attached, which the movement allow reading this camp in a very simple and accurate manner.

Bei den hohen Drehzahlen, die, wie erwähnt, der Prüfstab i während der Durchführung der Versuche zweckmäßig macht, treten sehr erhebliche Erschütterungen und Nebenschwingungen auf, welche, wenn sie nicht vollkommen beseitigt werden, zusätzliche Beanspruchungen im Prüfstab hervorrufen, die, da sie sich in keiner Weise feststellen lassen, das Meßergebnis äußerst unsicher machen würden. Zur Vermeidung dieses Nachteiles sind die beweglichen Lager 7, 8 mit einer Dämpfung versehen. In dem Ausführungsbeispiel sind zu diesem Zweck in dem Gestell der Maschine Gefäße 28 angebracht, die mit öl, Glyzerin oder einer anderen dämpfenden. Flüssigkeit gefüllt sind. Platten 29, welche den Gefäßquerschnitt bis auf einen kleinen Spalt ausfüllen, sind in beliebiger Weise mit den Lagern 7, 8 verbunden, z. B. mittels der Bügel 3o, die an dem Querstab 2o befestigt sind. Die Platten 29 können sich somit an der Bewegung der Lager 7, 8 senkrecht zur Achse des Wellenkörpers 1, 9, io beteiligen. Diese Dämpfungsvorrichtungen beseitigen jede Erschütterung oder Nebenschwingung vollständig.At the high speeds, which, as mentioned, the test rod i during makes it expedient to carry out the experiments, very considerable vibrations occur and secondary vibrations, which, if they are not completely eliminated, additional ones Cause stresses in the test rod, because they are in no way determined would make the measurement result extremely uncertain. To avoid this disadvantage the movable bearings 7, 8 are provided with a damping. In the embodiment for this purpose, vessels 28 are attached in the frame of the machine, which are filled with oil, Glycerine or some other steaming agent. Liquid are filled. Plates 29, which fill the cross-section of the vessel except for a small gap, are in any way connected to the bearings 7, 8, e.g. B. by means of the bracket 3o, which is attached to the cross bar 2o are attached. The plates 29 can thus take part in the movement of the bearings 7, 8 Participate perpendicular to the axis of the shaft body 1, 9, io. These damping devices completely eliminate any vibration or secondary vibration.

Zur dauernden Überwachung der Temperatur des Prüfstabes i und gegebenenfalls auch zur Aufnahme von Temperaturkurven in Abhängigkeit von der Prüfstabbelastung findet zweckmäßig ein Thermoelement Anwendung. Da ein derartiges Thermoelement, selbst wenn es in unmittelbarer Nähe des Prüfstabes i angeordnet wird, eine Messung mit nur zweifelhafter Genauigkeit ermöglicht, wird gemäß der Erfindung das Thermoelement mit dem Prüfstab unmittelbar verbunden, so daß es mit diesem umläuft. Das Thermoelement wird daher zweckmäßig, wie dies bei 31 ersichtlich ist, unmittelbar auf die Meßstrecke des Prüfstabes aufgeklemmt. Die beiden Drähte 32 des Thermoelements sind zu den Spritzringen 17 geführt. Die thermoelektrische Spannung wird mittels Schleifbürsten 33 von den Kollektorringen 3q. abgenommen, wobei darauf zu achten ist, daß ein möglichst geringer übergangswiderstand an dieser Stelle vorliege. Auch müssen die Bürsten 33 aus gleichem Metall gewählt werden wie die Ringe 3q., da sich der Kollektor infolge der Bürstenreibung stets etwas erwärmt und bei verschiedenem Material ein eigenes Thermoelement bilden würde. Damit diese Erwärmung des Kollektorringes 3¢ sich auch nicht auf die im Spritzring 17 liegende Einspannstelle 35 des Drahtes 32 übertragen kann, ist zwischen diesem Ring 17 und dem Kollektor 34. eine wärmeisolierende Schicht 36 angeordnet, welche zur Übertragung der Meßspannung nur an einer Stelle durch einen dünnen Draht durchbrochen wird. Zur Feststellung der Spannung des Thermoelements dient ein übliches elektrisches Meßgerät.For permanent monitoring of the temperature of the test rod i and, if necessary also for recording temperature curves depending on the test rod load a thermocouple is expediently used. Since such a thermocouple, even if it is placed in the immediate vicinity of the test rod i, a measurement made possible with only dubious accuracy, according to the invention, the thermocouple directly connected to the test rod so that it rotates with this. The thermocouple is therefore expedient, as can be seen at 31, directly on the measuring section clamped on the test rod. The two wires 32 of the thermocouple are to the Splash rings 17 out. The thermoelectric voltage is applied by means of grinding brushes 33 of the collector rings 3q. removed, taking care that a possible low contact resistance at this point. Also need the brushes 33 can be selected from the same metal as the rings 3q., As the collector as a result The brush friction is always a little warmed up and with different materials its own Thermocouple would form. So that this heating of the collector ring 3 ¢ also not transferred to the clamping point 35 of the wire 32 located in the splash ring 17 can, is between this ring 17 and the collector 34. a heat insulating layer 36 arranged, which for the transmission of the measuring voltage only at one point a thin wire is broken. To determine the voltage of the thermocouple a conventional electrical measuring device is used.

Damit beim Bruch des Prüfstabes i die Maschine sich sofort selbsttätig ütillsetzt, trägt gemäß der Erfindung der Läufgewichtshebe123 einen Anschlag, welcher beim Herumschwingen des Hebels im Augenblick des Bruches des Prüfstabes auf einen in die Motorleitung geschalteten Kontakt trifft und durch dessen öffnen den Motorstromkreis sofort unterbricht.So that if the test rod i breaks, the machine will immediately operate automatically ütillsetzt, carries according to the invention of the barrel weight lifting device 123 a stop, which when swinging the lever around at the moment of the breakage of the test rod on one Contact connected to the motor line meets and opens the motor circuit interrupts immediately.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Dynamic materials testing machine for bending stress of the rotating test rod, in which the two move through the machine exposed test rod racks are connected by a crosshead, characterized in that that the load is constantly changing by a lever with a running weight he follows.

2. Testing machine according to claim i, characterized in that the perpendicular to the direction of the shaft axis movable bearings (7, 8) through to the fixed bearing. (q., 5) attacking empty or by suitable, with the rack. (6) the machine connected slideways o. The like. Are guided in such a way that. the distance between the both bearing types remains exactly the same with every load.

3. Testing machine according to Claim -i- or 2, characterized in that ß; the shaft body (1, 9, io) only in one of the movable bearings (7, 8) in the axial direction held is, while the other three bearings against an axial displacement of the shaft body is possible. q ..

Testing machine according to claim i or also subclaims, characterized characterized in that the part of the machine that is movable perpendicular to the shaft body z. B. by locking the barrel weight lever (23) in the position can be determined is in which the axis of the movable bearings (7, 8) exactly in the connecting line the middle of the fixed camp (q., 5) Mt.

5. Testing machine according to claim i or subclaims with oil damping, characterized in that the damper plates (2g) which are known per se and immerse in 01 act directly on the transverse web (20) connecting the movable bearings (7, 8).

6. Testing machine according to claim i or .also subclaims, characterized in that the two wires of the The thermocouple clamped onto the test rod and rotating with it is inserted into the body be that of the. Slip rings are thermally insulated.

7. Testing machine according to claim i or subclaims, gekennäeichnet by an automatic off switch of the motor circuit, which by the movement of the Laüfgewichtshebel's (23) in the Moment is put into action in which the test rod (i) breaks.