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Dauerprüfmaschine für Torsions- und Biegebeanspruchung Es ist vorgeschlagen
worden, für die dynamische Dauerprüfung in der gleichen Maschine Torsions- und Biegeversuche
derart auszuführen, daß die Biegung des Prüfstabes nach einem Kreisbogen erfolgen
soll. Daß es nicht gelungen ist, diese Maschine den praktischen Anforderungen entsprechend
auszubilden, lag zum großen Teil daran, daß sich in dem Prüfstab Zusatzbeanspruchungen
einstellten, deren Größe man nicht beherrschte. Außerdem fehlte es an geeigneten
einfachen Mitteln zur unmittelbaren Messung insbesondere des Biegemomentes und damit
der Beanspruchung bei der Biegeprobe.
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Gemäß der Erfindung gelingt mit praktisch vollkommener Genauigkeit
die Durchführung beider Prüfungsarten auf einer Maschine in der Hauptsache dadurch,
daß der Probestab entweder (für die Torsionsprüfung in hierbei an sich bekannter
Weise) in der Achsenrichtung eines Torsionsdynamometerstabes zwischen ihm und der
in die gleiche Achse fallenden Drehachse eines Antriebsschwinghebels oder (für die
Biegeprüfung) rechtwinklig zur Achse des Dynamometers an diesem und dem Schwinghebel
derart eingespannt ist, daß der Schnittpunkt der in den Einspannstellen an die elastische
Linie des Prüfstabes gelegten Tangenten in allen Prüfstablagen mit der Achsenrichtung
des Dynamometers zusammenfällt.
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Eine wesentliche, bisher nicht erreichbare Vereinfachung tritt erfindungsgemäß
dadurch ein, daß derselbe Dynamometerstab sowohl zur Messung des Drehmomentes und
damit der Beanspruchung bei der Torsionsprobe wie zur Messung des Biegemomentes
und damit der Beanspruchung bei der Biegeprobe dient. Für die letztgenannte Untersuchung
ergibt sich hieraus noch der große Vorteil, daß das Biegemoment, welches den Prüfstab
beansprucht, in genauester Weise gemessen werden kann. Um während der Biegeprüfung
von dem Dynamometerstab zusätzliche Biegebeanspruchun= gen fernzuhalten, empfiehlt
es sich, diesen Stab an seinem Einspannkopf drehbar zu lagern, derart, daß diese
Lager die durch die kurbelartige Einspannung des Prüfkörpers am Dynamometerkopf
auftretenden Verbiegungsbeanspruchungen des Dynamometerstabes aufnehmen.
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Um trotz Verwendung der gleichen Antriebs-und Messungsmittel - des
für die Torsionsprüfung besonders geeigneten Antriebsschwinghebels und des Dynamometerstabes
- für die Biegeprüfung zu ermöglichen, daß das Biegemoment über die ganze Länge
der Meßstrecke gleichbleibt, ist der Biegeprüfstab an diesen beiden Teilen der Maschine
zweckmäßig folgendermaßen eingespannt: Das eine Ende des Prüfstabes ist derart an
einem mit dem Dynamometer fest verbundenen Hebel gespannt, daß die Achse der Einspannvorrichtung,
d. h. die im Abstand der halben Probedicke zur Einspannfläche gezogene Parallele,
durch die Dynamometerachse
geht. Die gleiche Einspannart wird für
die Befestigung des anderen Prüfstabendes auf dem Antriebsschwinghebel gewählt.
Auch bei ihr verläuft die Einspannachse durch die Achse des Dynamometers. Durch
diese Festlegung seiner Tangenten an die elastische Linie wird der Prüfstab gezwungen,
sich nach einem Kreisbogen zu biegen. Bekanntlich wird diese Form der elastischen
Linie durch ein über die Einspannlänge gleich großes Biegemoment erreicht.
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Zwar suchte, wie erwähnt, die bekannte Vorrichtung ebenfalls eine
kreisbogenförmige elastische Linie für den Probestab zu erzwingen, jedoch auf einem
Wege, bei dem sich unerwünschte Längsspannungen im Prüfstab nicht ausschließen ließen.
Um solche Zusatzbeanspruchungen bei der Biegung zu verhindern, ist der Angriff des
Schwinghebels am Prüfstab in Richtung der Stabachse nachgiebig. Dies kann beispielsweise
dadurch erreicht werden, daß der Antriebsschwinghebel in einem Rahmen gelagert ist,
der sich in Richtung der Prüfstabachse um kleine Beträge bewegen kann. (Für die
Durchführung der Torsionsversuche wird diese Nachgiebigkeit zweckmäßig durch Festspannen
des Schwingrahmens ausgeschaltet.) Andererseits ist zweckmäßig die Möglichkeit vorgesehen,
bei beiden Prüfungsarten der Schwingungsbeanspruchung eine statische Vorspannung
zu überlagern. Dies erfolgt zweckmäßig durch Verlagerung der den Schwinghebel antreibenden
Welle rechtwinklig zu der Ebene, in welcher die Prüfstabachsen bei der Torsions-
und Biegeprüfung im unbelasteten Zustand liegen.
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Eine Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist als Beispiel schematisch
in den Fig. i bis 6 veranschaulicht, und zwar zeigen Fig. i und 2 einen Längs- und
Querschnitt durch die Maschine, während Fig. 3 bis 5 in größerem Maßstabe und teilweise
im Schnitt die Einspann- und Antriebsvorrichtung für die Biegeprobe in den beiden
Aufrißansichten und im Grundriß und Fig. 6 diesen Grundriß bei der Torsionsuntersuchung
zeigen.
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Die schwingende Bewegung wird auf die Biegeprobe io (Fig. 3 bis 5)
bzw. den Torsionsprüfstab ii (Fig. 6) von einer Welle 12 - deren Einzelausbildung
im folgenden beschrieben wird - mittels einer Pleuelstange 13 und eines Schwinghebels
14 übertragen. Um ein Ecken dieses einarmigen Schwinghebels 14 und einen guten Angriff
der Pleuelstange 13 an ihm zu erreichen, ist der Hebel derart gabelförmig ausgebildet,
daß er die Probe umgreift und an zwei Stellen, bei 15 und 16, in einem Rahmen 17
derart gelagert ist, daß im Ruhezustand die Drehachse dieses Schwinghebels 14 mit
der Achse des zur Belastungsmessung dienenden, zweckmäßig stabförmigen Dynamometers
18 zusammenfällt. Bei der Biegeprüfung kommt die Beanspruchung der Probe io dadurch
zustande, daß die elastische Linie des Prüfstabes beim Hinundherarbeiten des Schwinghebels
14 gezwungen wird, Kreisbogenform anzunehmen. Die Probe xo liegt hierbei rechtwinklig
zur Achse des Dynamometers 18 (Fig. 4 und 5). Um sie einerseits vom Schwinghebel
14, andererseits vom Dynamometer 18 erfassen zu lassen, ist in den Dynamometerkopf
18' mittels des Spannkeiles ig eine kurbelförmige- Einspannklaue 2o eingesetzt,
deren freier Kurbelarm 2o' zweckmäßig in einem für die Biegeprobe aufsetzbaren Bockei
gelagert ist. Die Probe io ist, wie aus Fig. 4. und 5 hervorgeht, mit ihrem einen
Ende io' in einer gegebenenfalls einstellbaren Spannklaue 14' des Schwinghebels
14 und mit ihrem anderen Ende entsprechend in der Dynamometerspannklaue 2o derart
eingespannt, daß im Ruhezustand die im Abstand der halben Prüfstabdicke zur Einspannfläche
gezogene Parallele genau durch -die Achse des Dynamometers geht (Fig. 3 und 4).
Dadurch sind die Achsen der beiden Einspannungen 14' und 2o zugleich die Tangenten
der elastischen Linie des Prüfstabes. Auch bei dem Hinundherschwingen des Antriebhebels
14 schneiden sich diese beiden tangentialen Einspannachsen stets an derselben Stelle
in der Dynamometerachse. Der Prüfstab io wird damit gezwungen, sich stets nach einem
Kreisbogen zu krümmen.
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Um während der Biegeprüfung unerwünschte Zusatzbeanspruchungen des
Probestabes io durch den Antrieb 13, 14 zu vermeiden, ist die als Rahmen 17 ausgebildete
Lagerung des Schwinghebels 14 schwingbar angeordnet. Der Rahmen 14 wird- beispielsweise
mittels Blattfedern z2 derart beweglich vom Maschinengestell getragen, daß er bei
der Biegeprobe in Richtung der Stabachse leicht nachgiebig ist.
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Zwecks Verwendung der Maschine für Daüertorsionsversuchewerden zunächst
die Teile 2o und 2i entfernt. Hierzu genügen wenige Handgriffe; der Spannkeil i9
am Dynamometerkopf wird herausgezogen und der Lagerbock 21 abgeschraubt. Hierauf
kann die Einspannklaue 2o des Dynamometers herausgeschoben werden. Nun wird (vgl.
Fig. 6) der zum Antrieb dienende Einspannkopf 23 in die Schwinghebelachse 14" eingeschoben
und mittels des Spannkeiles 24 befestigt, so daß der Torsionsprüfstab iz mit Hilfe
der Spannkeile 1g und 25 eingesetzt werden kann. Der Schwingrahmen 17 wird, etwa
mittels einer einfachen schraubstockartigen Sicherung, für die Torsionsprüfung festgestellt.
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Die Antriebspleuelstange 13 wird über einen Doppelexzenter von der
Welle 12 aus bewegt. Zu diesem Zweck ist eine gekröpfte Welle 26 mit fliegend angeordneter
Kröpfung exzentrisch in der Hauptwelle 12 gelagert. Die Exzentrizität dieser Einlagerung,
ist gleich derjenigen der
Kröpfung. Die gekröpfte Welle kann bei
Stillstand der Maschine mit Hilfe eines am Ende der Hauptwelle Z2 angeordneten Schneckentriebes
27 um beliebige Winkel verdreht werden, derart, daß jede beliebige Exzentrizität
zwischen Null und der doppelten Exzentrizität der Kröpfung einzustellen ist.
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Der Antrieb der Hauptwelle erfolgt von einem beliebigen ?Motor aus,
zweckmäßig über eine mit Hard` Scheiben ausgerüstete Kardanwelle. Dies empfiehlt
sich, weil die Hauptwelle 12 zweckmäßig in lotrechter Richtung um einen bestimmten
Betrag v erlagerbar ist. Dieses Heben und Senken der Achse der Hauptwelle kann z.
B. in folgender `'eise vor sich gehen Die Lager 28 der Hauptwelle sind exzentrisch
in Ringen 29 eingesetzt, die in dem Gehäuse 3o der Maschine verstellbar sind. Die
Drehung der Ringe 29 erfolgt beispielsweise von einem Handrad 31 über Schneckengetriebe
32, die derart starr miteinander gekuppelt sind, daß beide Ringe 29 stets um gleicheWinkel
gedrehtwerden. Hierdurch bewegt sich die Achse der Haupt-`velle 12 auf einem in
lotrechter Ebene liegenden Kreisbogen, dessen Radius gleich der Exzentrizität der
Einlagerung ist, die beispielsweise io mm betragen kann.
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Durch dieses parallele Verschieben der Hauptwelle 12 wird die Mittellage
der Schwingkurbel 14., die in dem Ausführungsbeispiel ursprünglich in der waagerechten
Ebene liegt, nach unten verschoben. Die beiden Tangenten an der elastischen Linie
des Prüfstabes bilden also einen sich mit der Größe der erteilten statischen Vorspannung
ändernden Winkel miteinander bereits dann, wenn der Schwinghebel noch keine Schwingungen
ausführt. Hierbei liegt jedoch auch der Scheitel des Winkels in der Achsenrichtung
des Dynamometers. Die Größe des Vorspannmoments kann mit Hilfe des Dynamometers
iS gemessen werden. Die Vor-Spannung kann in gleicher Weise für die Torsions- wie
für die Biegeprüfung erzielt werden.
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Das beispielsweise aus einem Stahlstab bestehende Dvnamometer i8 wird
mit seinem hinteren Ende 18" fest in das Gehäuse gespannt. Sein vorderes Ende ruht
inKugellagern 33, durch welche die bei der Beanspruchung des Dynamometers 18 durch
die kurbelförmige Einspannklaue 2o bei der Biegeprüfung auftretenden Beanspruchungen
derart aufgenommen werden, daß das Dynamometer iS lediglich auf Torsion, nicht aber
zusätzlich auf Verbiegung beansprucht wird. Somit gibt der Winkel, um den sich der
Dynamometerkopf 18' verdreht, unmittelbar ein Maß für die Größe des beanspruchenden
Biege- bzw. Torsionsmomentes.
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Diese Verdrehung des Dynamometerkopfes 18' kann beispielsweise mit
Hilfe eines unmittelbar auf ihm sitzenden Prismas 34 gemessen werden, wobei durch
eine Reihe von Umlenkprismen 35 die zur Erzielung einer großen Meßgenauigkeit wünschenswerte
Länge des Meßlichtstrahles erreicht wird. Das Licht geht beispielsweise von einer
Glühlampe 36 aus und fällt schließlich auf eine Skala 37, die gut ablesbar im oberen
Teil der Maschine angebracht ist.