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Einrichtung zum Prüfen von Materialien Materialprüfverfahren, bei
welchen das zu prüfende Material raschen Belastungsschwankungen ausgesetzt wird,
sind bereits bekannt. Man hat z. B. einen aus dem zu prüfenden Material hergestellten
Stab als elastisches Glied in einem schwingenden System verwandt und dadurch raschen
Belastungsschwankungen unterworfen. Ferner hat man einen elastischen Stab an einem
Ende eingespannt und am anderen Ende mit einer Masse versehen und das so hergestellte
Schwingungsgebilde zu Schwingungen angeregt. Durch die bekannten Verfahren läßt
sich aber nicht viel mehr als Zerreißfestigkeit einwandfrei feststellen. Es ist
auch bekannt, einen Körper in transversale Schwingungen zu versetzen. Dieses Verfahren
besitzt jedoch den Nachteil, daß der Querschnitt des Prüfkörpers nicht gleichartig
belastet wird.
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Die Erfindung beruht demgegenüber auf denn Gedanken, die Festigkeit
und Festigkeitsänderung von Materialien durch Erregung eines Prüfkörpers zu longitudinalen
Schwingungen zu bestimmen. Vorrichtungen, welche longitudinale Schwingungen eines
Prüfkörpers erzeugen, sind an und für sich bekannt. Der Prüfkörper wurde dabei finit
zusätzlichen Massen versehen, die mit ihm zusammen ein schwingungsfähiges Gebilde
darstellten. Es ist ferner bekannt geworden, daß man den Elastizitätsmodul von Materialien
dadurch ermitteln kann, daß man einen Prüfstab ohne Anwendung zusätzlicher Schwingmassen
an einer Stelle einspannt und ihn zu longitudinalen Schwingungen erregt. Das für
diese physikalische Messung notwendige Erregen des Stabes erfolgt mechanisch, insbesondere
durch Reiben des Stabes. Für die Messung genügt eine einmalige kurzzeitige Erregung.
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Dieses Prinzip wird nun erfindungsgemäß zur Ausbildung einer Prüfvorrichtung
verwendet, die nicht nur für die Bestimmung des Elastizitätsmoduls; sondern auch
für Dauerversuche geeignet ist, d. h. zur Feststellung der Gefüge bzw. Festigkeitsänderungen
oder Ermüdungser$cheinungen, die sich unter dem Einfluß häufig wiederkehrender Belastungen
ergeben.
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Zu diesem Zweck ist an einem Ende des Prüfkörpers, der an einer Stelle,
insbesondere in der Mitte, fest eingespannt und an den Enden unter Vermeidung von
zusätzlichen Schwingmassen longitudinal frei beweglich ist, eine Vorrichtung zur
elektromagnetischen oder elektrodynamischen Erregung des Stabes angeordnet. Die
Erregung erfolgt ungefähr im Takte der Eigenfrequenz des Prüfkörpers. Diese Frequenz
ist wegen der Vermeidung zu.
sätzlicher Schwingmassen ziemlich hoch,
so daß die Belastungswechsel schneller erfolgen als bei Einrichtungen, bei denen
der Prüfkörper nur das elastische Glied eines mit zusätzlichen Schwingmassen versehenen
schwingungsfähigen Gebildes darstellt.
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Gibt man dem Prüfkörper eine einfache Form (Stab oder Rohr), so läßt
sich durch das Aufnehmen der Resonanzkurve und aus den :4bmessungen des Prüfkörpers
in sehr einfacher Weise der Elastizitätskoeffizient berechnen. Da sich aus der Resonanzkurve
a uc 'h die Dämpfung t> leicht feststellen läßt, so kann man die in dem Material
auftretende Formänderungsarbeit bestimmen. Da diese erst beim Überschreiten der
Elastizitätsgrenze und bei Ermüdungserscheinungen des Materials größere Werte annimmt,
so kann man durch Feststellung der Dämpfung über diese Verhältnisse wertvolle Anhaltspunkte
gewinnen. Die jeweilige Belastung wird aus der Amplitude der Schwingungen errechnet.
Das Verfahren gemäß der Erfindung besitzt noch den besonderen Vorteil. daß man sehr
rasche Belastungsänderungen, wie sie in der Praxis oft eintreten, anwenden kann.
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In den Abb. i bis 3 sind Anordnungen dargestellt, durch welche Prüfkörper
in longitudinale Schwingungen versetzt werden können. In Abb. i ist mit i ein Stab
bezeichnet, der aus dem zu prüfenden Material hergestellt ist. Bei 2 ist er fest
eingespannt. Mit 3 ist ein mit Wechselstrom gespeister Elektromagnet bezeichnet,
der den Stab i zu Iongitudinalen Schwingungen anregt.
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Abb.2 zeigt eine Vorrichtung, die sich zum Anregen von Schwingungen
in leitenden, nicht magnetischen Materialien besonders eignet. Bei ihr wird das
zu prüfende Material in Form eines Rohres oder eines Stabes, der wenigstens an einem
Ende mit einer Bohrung versehen ist, verwendet. Mit q. ist dieses Rohr bezeichnet,
das bei 5 fest eingespannt ist. Das eine Ende dieses Rohres taucht in das magnetische
Feld des Topfmagneten 6. Durch die Spule 7 werden Wechselströme geleitet, die durch
induktive Wirkung in dem Rohre ebenfalls Wechselströme hervorrufen. Durch Wechselwirkung
des magnetischen Feldes des Topfmagneten und der im Rohre q. fließenden Ströme wird
das Rohr in Schwingungen versetzt.
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Um metallische, nicht magnetische Materialien zu Schwingungen anzuregen,
kann man aber auch einen Stab aus dem zu prüfenden Material in einer von Wechselströmen
durchflossenen Spule anordnen. Durch die gegenseitige Wirkung zwischen den in dem
zu prüfenden Material entstehenden Strömen und den in der Spule fließenden Strömen
kann ebenfalls das Material zu Schwingungen angeregt werden.
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Zum Anregen von Schwingungen von nicht metallischen Materialien eignet
sich die in Abb.3 dargestellte Vorrichtung. Mit 8 ist der zu prüfende Stab bezeichnet.
In der Mitte ist er auf den Schneiden 9 und i o gelagert, die an den Polen eines
hufeisenförmigen Elektromagneten angebracht sind. Wird der Magnet init Wechselstrom
erregt, so ziehen sich die Pole an und werden sich dadurch abwechselnd nähern und
entfernen. Die dabei entstehende Bewegung wird auf den Stab 8 übertragen, so daß
dieser in Schwingungen gerät.
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Um die Amplituden der Schwingungen des zu prüfenden Materials zu bestimmen,
macht man weiter erfindungsgemäß eine Fläche des zu prüfenden Körpers zu der einen
Belegung eines elektrischen Kondensators. Bei nichtleitenden Materialien wird an
diesem Ende eine leitende Schicht aufgebracht. Die zweite Belegung des Kondensators
besteht aus einer . Platte, deren Abstand von dem zu prüfenden Material zweckmäßig
verschieden eingestellt werden kann.
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In Abb. q. ist eine Schaltung dargestellt, die sich wegen ihrer hohen
Empfindlichkeit besonders zum Messen der Amplituden eignet. Mit 13 und 14 sind zwei
Hochfrequenzgeneratoren bezeichnet, deren Spannungsänderung in den Windungen 16,
17 überlagert werden. Die Kapazität 15 des Hochfrequenzgenerators 13 wird durch
die Kapazität zwischen den Enden des zu prüfenden Stabes und der feststehenden Platte
dargestellt. Ändert sich diese Kapazität, so ändert sich die Frequenz der vom Hochfrequenzgenerator
erzeugten Schwingungen, und somit ändert sich auch die Frequenz der Schwebung. Der
in den Windungen 16, 17 fließende Strom wird durch die Röhre 17 gleichgerichtet,
so daß in den Windungen ig ein Strom fließt, der die Schwebungsfrequenz besitzt.
Die Windungen i g wirken auf den nahezu auf die Schwebungsfrequenz abgestimmten
Schwingungskreis 2o. Die Amplitude der Schwingungen in diesem Schwingungskreise
verändert sich dann entsprechend den Frequenzänderungen der Schwebungsfrequenz,
ist also von der jeweiligen Größe der Kapazität 15 abhängig. Die im Schwingungskreise
2o fließenden Ströme werden dann in der Röhre 21 gleichgerichtet. In der Primärwicklung
des Transformators 22 !ließt dann ein Strom, dessen Spannungsänderung der Größe
der Kapazitätsänderung entspricht. Die Spannungsänderung kann mit Hilfe eines in
die Sekundärseite des Transformators 22 eingeschalteten Meßinstrumentes 23 gemessen
werden.