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Vorrichtung zum optischen Anzeigen der elastischen Hysteresisschleife
bei Dauerprüfmaschinen Den Vorrichtungen zum optischen Anzeigen der elastischen
Hysteresisschleife, die sich bei der Untersuchung von Prüfstäben auf Dauerprüfmaschinen
als Lastdehnungsdiagramm ergibt, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lichtstrahl in
Abhängigkeit von zwei Schwingungsgrößen, z. B. von zwei gleichachsigen raschen Drehschwingungen,
zu bewegen, und zwar derart, daß diese beiden Schwingungsgrößen die Abszisse bzw.
Ordinate des zeichnenden Lichtstrahlpunktes bilden. Bei der bekannten Anordnung
dieser Art war die Verwendung von Hebelübersetzungen zur Betätigung des mit dem
Kraftmesser (Dynamometer) verbundenen Spiegels unerläßlich. Bei Indizierungen mit
hoher Schwingungszahl (z. B. 3ooo/Min. und mehr) erwies es sich als unmöglich, mit
dieser Anordnung Diagramme zu erhalten, die in solchem Maße verzerrungsfrei waren,.
daß die verlangte, besonders hohe Meßgenauigkeit erreicht werden konnte.
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Die Erfindung gibt eine Anordnung an, die diesen übelstand vollkommen
beseitigt, und zwar dadurch, daß jede Hebelanordnung für die Anzeige des Kraftmessers
in Wegfall kommt. Der Spiegel, welcher die der Belastung entsprechende Koordinate
der Lichtkurve erzeugt, ist unmittelbar auf dem Einspannkopf des die Belastung messenden
Dynamometers befestigt. Entsprechend der wechselnden Dynamometerkraft pendelt der
Lichtstrahl in einer zur Dynamometerachse senkrecht stehenden Ebene. Dieser Lichtstrahl
wird durch eine Anzahl ortsfester Spiegel, Prismen o. dgl. in eine Bewegungsrichtung
umgelenkt, die mit der Dynamometerachse zusammenfällt. Dieser in Richtung der Achse
pendelnde Lichtstrahl erhält nun durch zwei Drehspiegel, deren Schwingungsachsen
parallel zur Dynamometerachse liegen und die je mit einem Prüfstabende in Verbindung
stehen, senkrecht zur Dynamometerachse eine Auslenkung, welche der Relativverdrehung
der beiden Endquerschnitte des Prüfstabes, also seiner Dehnung, proportional ist.
Die der Dehnung entsprechende und die der Belastung entsprechende Schwingung des
Lichtstrahles stehen also senkrecht aufeinander, so daß sie sich gegenseitig nicht
beeinflussen. Anderseits läßt die Umlenkung des der Belastung entsprechend bewegten
Lichtstrahles durch ortsfeste Spiegel eine praktisch beliebig rasche Schwingungserregung
zu, ohne daß die Genauigkeit der Anzeige leidet.
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In der Zeichnung ist die Anordnung gemäß der Erfindung an Hand eines
schematisch veranschaulichten Ausführungsbeispieles ersichtlich. Das auf der Motorwelle
i sitzende Exzenter z versetzt mittels einer Kurbelschwinge 3 den einen Einspannkopf
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des Prüfstabes 5 in rasche Drehschwingungen. An den anderen Einspannkopf
6 des Prüfstabes 5 schließt sich unmittelbar ein als Dynamometer oder Kraftmesser
dienender stärkerer Stab 7 an, der an seinem anderen Ende bei 7' ortsfest eingespannt
ist.
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Ein Lichtstrahl, der in der einen Richtung entsprechend der Verdrehung
des Dynamometerstabes 7 und in der hierzu senkrecht stehenden Richtung entsprechend
der Relativverdrehung der Einspannköpfe .l und 6 des Prüfstabes 5 schwingt, zeichnet
auf einer Mattscheibe 8 bei entsprechender Belastung des Prüfstabes eine Kurve 9,
die sogenannte elastische Hysteresisschleife, auf,- --niese Schleife kommt mittels
der dargestellten Vorrichtung in folgender Weise zustande Der von einer Lampe io
mit vorgeschalteter Blende i i ausgehende Lichtstrahl fällt nach Durchquerung einer
Sammellinse 12 auf einen Spiegel oder ein reflektierendes Prisma 13, das unmittelbar
mit dem schwingenden Einspannkopf 6 des Dynamometerstabes 7 verbunden ist. Beispielsweise
kann an diesem Kopf 6 sich ein bei 14 möglichst reibungsfrei gelagertes Rohr 15
anschließen, das über den Dynamometerstab 7 geschoben ist und den Spiegel 13 trägt.
Beim Arbeiten der Maschine verdreht sich der Einspannkopf 6 des Dynamometers nach
Maßgabe des übertragenen Drehmomentes, also entsprechend der Belastung. Hierdurch
wird sein Spiegel 13 um den Drehwinkel des Dynamometerkopfes 6 ausgelenkt.
Der zurückgeworfene Lichtstrahl 16 pendelt somit als Fächer in einer senkrecht zur
Achse des Dynamometers stehenden Ebene.
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Damit der Lichtstrahl unabhängig von dieser Bewegung noch eine zweite,
der gleichachsigen Drehschwingung oder Dehnung des Prüfstabes 5 entsprechende Bewegung
erhalten kann, wird erfindungsgemäß die Richtung des pendelnden Lichtstrahles 16
durch eine Reihe hintereinandergeschalteter Spiegel, Prismen o. dgl. (z. B. 17,
18, 19) nach Art eines Winkelhebels derart umgelenkt; daß sie schließlich bei 2o
zu der Achse des Dynamometers 7 parallel verläuft. Der so gerichtete Lichtfächer
2o trifft alsdann auf ein Spiegelsystem, z. B. hintereinander auf zwei Spiegel 21,
22, deren Schwingungsbewegung ein Maß für die Relativverdrehung der beiden Einspannköpfe
q. und 6 des Prüfstabes 5 bildet. Der eine Spiegel 2 i kann auf dem gleicl1en Rohr
15 befestigt sein, dessen eines Ende mit dem schwingenden Einspannkopf 6 des Dynamometers
7 zusammenhängt und damit die gleichen Drehschwingungen ausführt wie der Einspannkopf
6. In geringem Abstand von dem Spiegel21 ist der Spiegel22 mit einer . zur Dynamometerachse
parallelen Drehachse angeordnet, der über eine Stoßstange 23 von dem Einspannkopf
q. des Prüfstabes 5 aus angetrieben wird, und zwar zweckmäßig derart, daß sein Schwingwinkel
gleich dem Verdrehungswinkel dieses Prüfstabkopfes q. ist.
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Wenn der axial schwingende Lichtstrahl 2o über die beiden Spiegel
2 i und 22 läuft, erfährt er somit zusätzlich zu seiner axialen Schwingung eine
Auslenkung, welche gleich der Relativverdrehung der beiden Prüfstabköpfe q., 6,
also gleich der Dehnung des Prüfstabes 5 ist. Da die axiale Schwingung und die Auslenkung
des Lichtstrahles durch die Spiegel 2 i, 22 senkrecht zueinander stehen, so beeinflussen
sie einander nicht. Beide Schwingungen gemeinsam erzeugen das Dahineilen des auf
der Mattscheibe 8 zeichnenden Lichtstrahlpunktes in der Kurve g.
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Diese Kurve stellt das dynamische Lastdehnungsdiagramm des Prüfstabes
dar; denn in jedem Augenblick ist die Auslenkung des Lichtpunktes in der Abszissenachse
ein Maß für die Beanspruchung (das im Dynamometer angreifende Drehmoment), während
die gleichzeitig vorhandene Auslenkung in der Ordinatenachse ein Maß für die Prüfstabdehnung
darstellt.
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Die neue Vorrichtung besitzt den großen Vorteil, daß der die Kraftmessung
vermittelnde Spiegel i g ohne Verwendung irgendwelcher Zwischenhebel unmittelbar
an dem Einspannkopf des Dynamometers sitzt und infolgedessen die oft recht . verwickelte
und mit starken Oberschwingungen behafteten Bewegungen dieses Kopfes wiederzugeben
vermag. Die Bewegung des Spiegels 22 kann dagegen unbedenklich und der Einfachheit
wegen mittels einer Stoßstange 23 erfolgen, da der Prüfstabkopf 4., von dem die
Bewegung abgeleitet wird, infolge seines Antriebes durch das Exzenter 2 eine rein
sinusförmige Bewegung ausführt. Die mit außerordentlich hohen Beschleunigungskräften
stets verbundenen Oberschwingungen kommen also an dieser Stelle nicht zustande.
Außerdem sind die Verdrehungswinkel an dieser Stelle verhältnismäßig groß, so daß
kleine, infolge Lagerspiels entstehende Meßfehler nicht ins Gewicht fallen.
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Zur Vermeidung aller Schwierigkeiten empfiehlt es sich, den Schwinghebel22
bzw. seine Sch%vingungsachse 24. mit einer Federanordnung, etwa mit zwei gegeneinandergespannten
Schraubenfedern 25, zu verbinden und so abzufedern, daß die einseitige Vorspannung
dieser Federn einerseits das Lagerspiel beseitigt und anderseits die Spiegelanordnung
durch die Federung eine Eigenschwingungszahl erhält, welche wesentlich über der
Betriebsfrequenz liegt. Hierdurch arbeitet dieser
Spiegel im sogenannten
federgehemmten Gebiet, in welchem das angetriebene Schwingungsgebilde den erzwungenen
Schwingungen einwandfrei folgt.