-
TECHNISCHER
BEREICH
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfmaschine.
-
Im
Einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung eine Maschine zum Durchführen von
statischen oder zeitabhängigen
Torsions-, Druck- und Zugprüfungen
von Versuchsproben. Die Versuche umfassen das Unterwerfen einer
Versuchsprobe sowohl separaten Torsions-, Zug- und Drucklasten als
auch gleichzeitigen Torsions- und Druck- oder Zuglasten.
-
ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
-
Prüfmaschinen
des oben genannten Typs sind bekannt und umfassen üblicherweise
Rahmen oder Gestelle, von welchen jedes eine untere Platte, welche
mit einer oberen Platte durch vier oder zwei Säulen verbunden ist, umfasst.
Die obere und die untere Platte halten entsprechende Probenspannvorrichtungen;
die Spannvorrichtung auf der unteren Platte ist ortsfest; und die
obere Platte hält
eine Prüflast-Aufbringungsvorrichtung,
welche mit der anderen Spannvorrichtung verbunden ist, welche daher bewegbar
ist.
-
Das
Aufbringen von Prüflasten
auf die Probe erzeugt Spannung in der Probe und eine Reaktion auf
das Gestell, welches bei Prüfmaschinen
des oben beschriebe nen Typs so gestaltet ist, dass es ohne Beanspruchung
der Reaktion standhält,
die auf es von der Probe über
die Spannvorrichtungen und die Lastaufbringungsvorrichtung übertragen
wird. Für ein
Gestell des oben genannten Typs ist eine kombinierte Torsions- und
Zugprüfung
der Probe besonders kritisch, weil dadurch eine Kombination aus
Biegemoment und Druckreaktion auf die Säulen erzeugt wird, welche daher
einen extrem großen
Querschnitt im Verhältnis
zu ihrer Länge
aufweisen müssen.
Infolgedessen weist das Gestell als Ganzes eine beträchtliche
Größe auf,
so dass die Maschine schwer, sperrig und teuer ist im Verhältnis zu
der Größe der Versuchsproben,
schwierig zu transportieren und daher von nur beschränktem Nutzen
vor Ort.
-
OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
-
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Prüfmaschine,
welche so gestaltet ist, dass sie die Nachteile des bekannten Stands
der Technik eliminiert, und welche insbesondere im Verhältnis zu
der Größe der Versuchsproben ziemlich
kompakt ist und einen hohen Grad der Zuverlässigkeit mit niedrigen Kosten
verbindet.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Prüfmaschine
bereitgestellt, umfassend eine erste und eine zweite Spannvorrichtung,
welche entlang einer vorgegebenen Achse ausgerichtet sind und entgegengesetzte
Enden einer Versuchsprobe festhalten; eine Prüflast-Aufbringungsvorrichtung
zum Aufbringen von Prüflasten
auf die Probe; und ein Gestell zum Halten der ersten und der zweiten
Spannvorrichtung und der Prüflast-Aufbringungsvorrichtung;
dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell einen röhrenförmigen Körper umfasst, welcher sich
um die Achse herum und zwischen den Spannvorrichtungen erstreckt,
um der auf das Gestell übertragenen
Reaktion zu widerstehen.
-
Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
das Erhalten eines Gestells, welches sowohl steif als auch kompakt
ist, durch die Verwendung eines röhrenförmigen Körpers, welcher auf Torsion,
Druck und Zug entlang der Prüfmaschinenachse
reagiert, ohne dass Biegemomente entlang des röhrenförmigen Körpers selbst erzeugt werden.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Eine
Anzahl von Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, welche diese aber nicht beschränken, wird
anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, worin
-
1 eine
Vorderansicht, bei welcher Teile als Schnitt gezeigt und Teile der
Klarheit halber entfernt sind, einer Prüfmaschine gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2 eine
Schnittansicht entlang der Linie II-II der in 1 gezeigten
Maschine zeigt;
-
3 eine
Schnittansicht entlang der Linie III-III der in 2 gezeigten
Maschine zeigt;
-
4 eine
Schnittansicht, bei welcher Teile der Klarheit halber entfernt sind,
einer Maschine gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
die 5 und 6 perspektivische
Ansichten von entsprechenden Variationen eines Bauteils der in 1 gezeigten
Maschine zeigen.
-
DIE BESTE
METHODE ZUR AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
Ziffer 1 in den 1 bis 3 bezeichnet
im Ganzen eine Prüfmaschine
zum Testen von Proben 2, deren beide Enden von der Maschine 1 festgehalten
werden. Die Maschine 1 wird für Versuche verwendet, welche
das Aufbringen von Lasten auf Proben 2 umfassen. Die Versuche
können
statische oder Ermüdungstorsionsversuche,
Zug- oder Druckversuche sein; die Torsionsversuche einerseits und
die Zug- und Druckversuche andererseits können gleichzeitig oder separat
durchgeführt
werden; und die Probe kann in einer Wärmeschutzhülle für Hoch- und Niedrigtemperaturversuche eingeschlossen
sein.
-
Die
Maschine 1 umfasst ein Gestell 3 zum Standhalten
gegenüber
Reaktionen auf die Lasten, welche auf Proben 2 aufgebracht
werden; zwei Spannvorrichtungen 4 und 5 zum Festhalten
von entgegengesetzten Enden einer Probe 2; eine Prüflast-Aufbringungsvorrichtung 6 mit
Betätigungseinrichtungen 7 und 8;
bekannte Kraftmessdosen (nicht gezeigt) wie etwa Torsiometer; und
eine bekannte Einheit (nicht gezeigt) zum Steuern bzw. Regeln der
Betätigungseinrichtungen 7 und 8 und
zum Verarbeiten der von den Kraftmessdosen ausgegebenen Signale.
-
Nun
wird auf 1 Bezug genommen, wobei die
Maschine 1 eine vertikale Achse 9 aufweist und das
Gestell 3 von einem Bett 10 und vier Säulen 11, welche
sich über
dem Bett 10 erstrecken, gehalten wird. Das Gestell 3 umfasst
eine untere Platte 12; eine obere Platte 13 über der
Platte 12 und mit dieser durch vier Säulen 14 verbunden;
und einen röhrenförmigen Körper 15,
welcher durch Schrauben mit der Oberseite der Platte 13 verbunden
ist. Das Bett 10 und die Platten 12 und 13 weisen
kreisförmige Öffnungen
auf, welche sich um die Achse 9 herum erstrecken; und der
röhrenförmige Körper 15 weist
eine zylindrische Seitenwand 16 mit kreisförmigem Querschnitt
und einer Achse, welche mit der Achse 9 koinzident ist,
auf.
-
Nun
wird auf die 2 und 3 Bezug
genommen, wobei die Lastaufbringungsvorrichtung 6 an den
Platten 12 und 13 angeordnet ist und zusätzlich zu
den Betätigungseinrichtungen 7 und 8 einen Schwinghebel 17 umfasst,
welcher um die Achse 9 dreht und entlang dieser bewegbar
ist. Der Schwinghebel 17 umfasst vier Arme 18,
von welchen jeder eine Führungseinrichtung 19,
ein in der Führungseinrichtung 19 angeordnetes
Gleitelement 20 und ein von dem Gleitelement 20 gehaltenes
Lager 21 umfasst. Die Arme 18 sind so angeordnet,
dass sie zwei Paare übereinander
angeordneter Arme 18 bilden; jedes Paar befindet sich bezüglich der
Achse 9 diametral entgegengesetzt zu dem anderen; und die Arme 18 jedes
Paars sind parallel angeordnet, einander zugewandt, und wirken mit
einer entsprechenden Betätigungseinrichtung 7 zusammen.
Die Führungseinrichtungen 19 erstrecken
sich in radialer Richtung parallel zueinander und quer zur Achse 9,
wodurch das Einstellen des Abstands zwischen den Gleitelementen 20 und
der Achse 9 ermöglicht
wird.
-
Die
Betätigungseinrichtungen 7 sind
zwei hydraulische Betätigungseinrichtungen,
von welchen jede zwei fluchtende, einfachwirkende hydraulische Zylinder 22 umfasst,
welche an den Säulen 14 befestigt
sind; und eine Stange 23, deren Enden gleichzeitig mit
beiden Zylindern in Eingriff stehen und deren mittlerer Abschnitt
sich zwischen einem Paar Arme 18 erstreckt. Die Stange 23 ist
fest in eine Welle 24 eingebaut, welche mit dem mittleren
Bereich der Stange 23 fest verbunden ist, sich parallel
zu der Achse 9 erstreckt und mit zwei Lagern 21 in
Eingriff steht. Das untere Ende der Welle 24 weist eine
Buchse 25 auf, welche mit einer geraden Führungseinrichtung 26 in
Eingriff steht, welche parallel zur Stange 23 angeordnet
und in der Platte 12 ausgebildet ist. Die Betätigungseinrichtung 8 ist
eine doppeltwirkende hydraulische Betätigungseinrichtung, welche
einen Zylinder 27 umfasst, der mit der Platte 12 fest verbunden
und in der mittigen Öffnung
in der Platte 12 aufgenommen ist; und einen Kolben 28,
welcher entlang der Achse 9 in dem Zylinder 27 gleitet
und mit dem Schwinghebel 17 fest verbunden ist.
-
Die
Spannvorrichtungen 4 und 5 sind in entsprechenden
Auflagern 29 und 30 aufgenommen, welche in einem
mittigen Bereich des Schwinghebels 17 beziehungsweise in
dem röhrenförmigen Körper 15 ausgebildet
sind. Nun wird auf 2 Bezug genommen, wobei jede
Spannvorrichtung 4, 5 zwei erweiterbare Hülsen 31 umfasst,
welche jeweils ein Auflager 32 für eine Probe 2 und
zwei keilförmige
Bereiche 33 aufweisen, die mit geneigten Flächen 34 der
jeweiligen Auflager 29, 30 zusammenwirken; und zwei
hydraulische Schrauben 35 für die erweiterbaren Hülsen 31.
Die Schrauben 35 und die Hülsen 31 erstrecken
sich quer zur Achse 9.
-
Die
zylindrische Wand 16 des röhrenförmigen Körpers 15 umfasst drei
aufeinanderfolgende Abschnitte 36, 37, 38,
wobei die Abschnitte 36 und 38 dieselbe Dicke
aufweisen und dicker sind als Abschnitt 37.
-
Am
oberen Ende weist der röhrenförmige Körper 15 eine
Wand 39 auf, in welcher das Auflager 30 der Spannvorrichtung 5 ausgebildet
ist und welche eine axiale Öffnung 40 aufweist,
durch welche Proben 2 eingeführt und herausgeholt werden
können.
-
Im
Ruhezustand sind die Spannvorrichtungen 4 und 5 durch
einen Abstand D, welcher durch die Länge der Proben 2 bestimmt
wird, voneinander getrennt. In der Tat ist der Abstand D im Wesentlichen
gleich der Länge
der Proben 2 und variiert nur geringfügig, wenn Prüflasten
aufgebracht werden; und der Körper 15 erstreckt
sich parallel zu der Achse 9 um eine Länge, welche mehr als die Hälfte des
Abstands D beträgt.
-
Bei
der tatsächlichen
Verwendung, wobei auf 3 Bezug genommen wird, wird
eine Probe 2 durch die Öffnung 40 und
zwischen die Spannvorrichtungen 4 und 5 eingeführt, welche
hydraulisch aktiviert werden, um die entgegengesetzten Enden der Probe 2 festzuklemmen,
welche dadurch steif mit dem Schwinghebel 17 und dem röhrenförmigen Körper 15 verbunden
sind. Nun wird auf 2 Bezug genommen, wobei bei
einer Torsionsprüfung
die Betätigungseinrichtungen 7 betätigt werden,
um die Stangen 23 in entgegengesetzte parallele Richtungen
zu bewegen, um die Prüflast
aufzubringen. Die Bewegung der Stangen 23 dreht die Lager 21,
bewegt die Gleitelemente 20 in den entsprechenden Führungseinrichtungen 19 und
dreht den Schwinghebel 17 um die Achse 9, um eine
vorgegebene Torsionslast auf die Probe 2 aufzubringen.
Die Torsionslast erzeugt Spannungen in der Probe 2, welche
ihrerseits über die
Spannvorrichtungen 4 und 5, die Lastaufbringungsvorrichtung 6,
die Platte 13, die Säulen 14 und den
röhrenförmigen Körper 15 eine
Reaktion erzeugen. Da sich jedoch der röhrenförmige Körper 15 über den
größten Teil
des Abstands D erstreckt, sind die Säulen 14 in Bezug auf
die Länge
der Probe 2 recht kurz und erfordern daher keinen großen Querschnitt,
um dem durch die Reaktion erzeugten und auf sie einwirkenden Biegemoment
standzuhalten. Andererseits ist der Körper 15 aufgrund seiner
Röhrenform
sehr gut in der Lage, Scherkräfte
aufzunehmen, ohne dass in dem röhrenförmigen Körper 15 selbst
Biegemomente erzeugt werden.
-
Beim
Aufbringen von axialen Zug- oder Drucklasten wird die Betätigungseinrichtung 8 betätigt und
der Schwinghebel 17 kann sich aufgrund der Verbindung zwischen
den Wellen 24 und den Lagern 21 bezüglich der
Betätigungseinrichtungen 7 frei
entlang der Achse 9 bewegen und die Axiallasten auf die Probe 2 übertragen.
In diesem Fall wird die Reaktion über den röhrenförmigen Körper 15, die Platte 13,
die Säulen 14 und
die Platte 12 abgeleitet; und wie zuvor brauchen die Säulen 14,
da sie kurz sind, keinen großen
Querschnitt, um der axialen Reaktion standzuhalten.
-
Die
Ziffer 41 in 4 bezeichnet eine Maschine zum
Durchführen
von Torsions-, Zug- und Druckversuchen mit Proben 2 und
umfassend zwei Spannvorrichtungen 4 und 5; eine
Prüflast-Aufbringungsvorrichtung 6;
und ein Gestell 42, welches sich von dem Gestell 3 der
Maschine 1 unterscheidet, von einem Bett 43 gehalten
wird und eine Platte 44 und einen mit dem Bett 43 und
der Platte 44 verbundenen röhrenförmigen Körper 45 umfasst. Der
röhrenförmige Körper 45 weist
im Wesentlichen dieselben Merkmale wie der röhrenförmige Körper 15 auf, daher werden
alle Teile, welche gleich sind wie diejenigen des röhrenförmigen Körpers 15 der
Maschine 1, in 4 unter Verwendung derselben
Bezugsziffern bezeichnet. Der röhrenförmige Körper 45 unterscheidet
sich von dem röhrenförmigen Körper 15 durch eine
Wand 39, welche nach unten weist, mit dem Bett 43 fest
verbunden und dicker ist. Die Platte 44 ist mit dem oberen
Ende des röhrenförmigen Körpers 45 fest
verbunden, weist zwei Nuten 46 zum Führen der Wellen 24 auf
und hält
vier Säulen 47,
welche jeweils mit einem Zylinder 22 versehen sind. Die
Lastaufbringungsvorrichtung 6 der Maschine 41 umfasst
Betätigungseinrichtungen 7 wie
schon beschrieben und eine Betätigungseinrichtung 48 anstelle
der Betätigungseinrichtung 8.
Die Betätigungseinrichtung 48 umfasst
einen doppeltwirkenden hydraulischen Zylinder, welcher durch den
röhrenförmigen Körper 45 und
durch zwei in dem röhrenförmigen Körper 45 befestigte
Ringe 49 definiert ist; und einen ringförmigen Kolben 50,
der mit einem Schwinghebel 51 fest verbunden ist, welcher
sich von dem Schwinghebel 17 nur dadurch unterscheidet,
dass er eine axiale durchgehende Öffnung 52 aufweist,
durch welche Proben 2 eingeführt werden.
-
Bei
der tatsächlichen
Verwendung wird eine Probe 2 durch die Öffnung 52 in die Maschine 41 eingeführt und
an beiden Enden durch die Spannvorrichtungen 4 und 5 festgeklemmt;
eine Torsionslast wird wie schon beschrieben aufgebracht; und die
Reaktion wird über
den röhrenförmigen Körper 45,
die Platte 44, die Säulen 47 und
die Lastaufbringungsvorrichtung 6 abgeleitet. Beim Aufbringen
von axialen Zug- oder Drucklasten wird die Reaktion von der Betätigungseinrichtung 48 zu
dem röhrenförmigen Körper 45 übertragen,
wobei die Säulen 47 oder
die Platte 44 nicht beteiligt sind.
-
Verglichen
mit der Maschine 1 weist die Prüfmaschine 41 weniger
Bauteile auf, ist kompakter und überträgt keine
Axiallasten auf die Säulen 47.
Andererseits ist die Maschine 1 vielseitiger, da sie das leichtere
Ersetzen des röhrenförmigen Körpers 15, z.B.
mit einem längeren
röhrenförmigen Körper für längere Proben,
ermöglicht.
-
Die
Ziffer 53 in 5 bezeichnet eine Variation
der röhrenförmigen Körper 15 und 45,
bei welcher ein röhrenförmiger Körper 53 eine
zylindrische Seitenwand 54 mit sechseckigem Querschnitt
umfasst.
-
Die
Ziffer 55 in 6 bezeichnet eine weitere Variation
eines röhrenförmigen Körpers, bei
welcher ein röhrenförmiger Körper 55 eine
zylindrische Seitenwand 56 mit kreisförmigem Querschnitt und eine
Anzahl von Öffnungen 57 umfasst,
durch welche die Geber (nicht gezeigt) direkt auf die Probe 2 aufgebracht
werden können.
Die Öffnungen
können
verschiedene Formen aufweisen.
-
Die
Variationen des röhrenförmigen Körpers in
den 5 und 6 zeigen die Schraubensitze 58 und
Kerben 59, welche mit Vorsprüngen (nicht gezeigt) an der
Platte 13 zusammenwirken.
-
Die
röhrenförmigen Körper weisen
unterschiedliche Längen
und Dicken auf, je nach der Größe der Probe.
-
Da
die röhrenförmigen Körper 15 und 45 mehr
als halb so lang sind wie die Probe 2, sind die Säulen 14 und 47 der
Maschinen 1 und 41 viel kürzer als die Probe 2 und
stellen daher keine kritischen Bestandteile der jeweiligen Gestelle 3 und 42 dar.
Desweiteren werden bei Proben, welche länger sind als die Proben 2,
die röhrenförmigen Körper 15 und 45 durch
röhrenförmige Körper mit
geeigneter Länge
ersetzt, während
die Länge
der Säulen 14 und 47 unverändert bleibt.
In anderen Worten gesagt sind die Säulen 14 und 47 unabhängig von
der Länge
der Proben und stellen unter keinen Betriebsbedingungen kritische
Bestandteile der jeweiligen Gestelle 3 und 42 dar.