DE664764C - Dynamisch wirkende Pruefmaschine zur Pruefung von Probestaeben und ganzen Konstruktionsteilen unter schwingender Zug-Druck-Beanspruchung - Google Patents

Dynamisch wirkende Pruefmaschine zur Pruefung von Probestaeben und ganzen Konstruktionsteilen unter schwingender Zug-Druck-Beanspruchung

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DE664764C
DE664764C DEL89174D DEL0089174D DE664764C DE 664764 C DE664764 C DE 664764C DE L89174 D DEL89174 D DE L89174D DE L0089174 D DEL0089174 D DE L0089174D DE 664764 C DE664764 C DE 664764C
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Description

  • Dynamisch wirkende Prüfmaschine zur Prüfung von Probestäben und ganzen Konstruktionsteilen unter schwingender Zug-Druck-Beanspruchung Die Ermittlung der Dauerfestigkeit von Probestäben und ganzen Konstruktionsteilen unter Einwirkung von periodisch veränderlichen Zug- und Druckkräften, die in ihren eingestellten Belastungsgrenzen während der Versuchsdauer gleichbleibend gehalten werden, erfolgte bisher in der Hauptsache auf sogenannten Pulsatormaschinen, bei denen die Wechselkräfte durch Drucköl hervorgebracht werden. Auch solche mit einem doppelt wirkenden Arbeitszylinder ausgerüstete Prüfmaschinen wurden hierfür bereits benutzt, die durch gespannte Gase angetrieben werden. Es ist jedoch bisher nicht gelungen, bei diesen Prüfmaschinen, sofern große Kräfte in Betracht kommen, die minutliche Zahl der Belastungsperioden (Lastfrequenz) im Dauerbetrieb auf mehr als etwa 6oo bis iooo zu steigern.
  • Um nun bei mit gespannten Gasen betriebenen Schwingungsprüfmaschinen eine Erhöhung der Lastfrequenz auf 3ooo bis 6ooo/min zu erreichen, ist gemäß der Erfindung für jeden der beiden Druckräume des doppelt wirkenden Arbeitszylinders ein das gespannte Gas enthaltender Hochdruck- und ein Niederdruckbehälter vorgesehen, die mit den Druckräumen durch eine Steuerung abwechselnd verbunden werden. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Druckschwankungen in den beiden Druckräumen des Arbeitszylinders auch durch Kolbenverdichter bewirkt werden, deren Zylinder sowohl mit den Druckräumen des Arbeitszylinders als auch zwecks Steuerung der Lastgrenzen zu Beginn des Hubs mit je einem Druckbehälter verbunden sind.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Prüfmaschine gemäß der Erfindung ist in Abb. i im Längsschnitt dargestellt, während Abb. 2, 3 und q die wichtigsten Querschnitte zeigen. Abb.5 und 6 stellen je eine Anordnung zur Steuerung der periodischen Druckschwankungen dar.
  • In Abb. i ist der Prüfstab a am einen Ende an den elastischen Kraftmesser b, am anderen Ende an die mit den Kolben d und e ausgerüstete Kolbenstange c angeschlossen. Die Messung der elastischen Längenänderungen des in bekannter Weise als Stahlstab oder Stahlrohr ausgebildeten Kraftmessers und damit die Bestimmung der im Prüfling herrschenden Zug-Druckkräfte erfolgt in ebenfalls bekannter Weise mittels Drehspiegel und Lichtzeiger, mittels mikroskopischer Beobachtung oder mit elektrischen Hilfsmitteln.
  • Die Erzeugung der Zug- und Druckkräfte erfolgt durch die Kolben d und e, die gegen den Arbeitszylinder durch beiderseits fest auf die Metallteile aufvulkanisierte federnde Gummischichten h, i und l abgedichtet sind.
  • Die betriebssichere Dichtung der Kolben der Piüfmaschine mit Hilfe von Kolbenringen ist so gut wie ausgeschlossen, da diese sich bei den oft nur Bruchteile von Millimetern betragenden Hüben sehr rasch in die Zylinderwandung einarbeiten oder, falls der Zylinder aus gehärtetem oder nitriertem Stahl besteht, rasch abnutzen. Das Arbeiten mit eingeschliffenen Kolben ist bei Verwendung von gespannten Gasen ebenfalls nicht mit Erfolg da hierbei dieselben Abnutzungsschwierigkeiten auftreten und eine ausreichende Dichtutg nicht erzielt werden kann. Dagegen geunkt. die Lösung in einfacher und betriebssicheren" Weise, wenn man gemäß Abb. z auf jeder: Seite des Arbeitszylinders einen Stahlring aufschraubt und zwischen diesem und- dem Kolben eine Gummischicht anbringt, die in der aus Abb. z ersichtlichen Weise auf beide Teile aufvulkanisiert ist. Diese Gummischicht vermag sich um die erforderlichen Hübe (es handelt sich praktisch um Hübe bis zu :L 2 bis 3 mm) elastisch durchzubiegen und erleidet bei richtiger Bemessung keinerlei Ermüdung oder Verschleiß. Bei genügender Dicke vermag sie auch ohne weiteres dem hohen Druck im Zylinder. (meist nicht über zoo at) standzuhalten.
  • Die Kolbenstange c, welche die Einspannvorrichtung für den Prüfstab trägt, wird an ihren Enden durch Membranen k in Richtung der Prüfstabachse reibungsfrei geradegeführt und genau zentriert. Auch bei ihr wird die Dichtung durch eine federnde Gummischicht l bewirkt; die einerseits auf die Kolbenstange, anderseits auf eine in den Zylinder eingesetzte Büchse m aufvulkanisiert ist.
  • Der Abstand der beiden Einspannvorrichtungen voneinander muß in weiten Grenzen veränderlich sein. Zu diesem Zweck wird der Kraftmesser b in einem Schlitten n angeordnet, in dem das freie Ende des Kraftmessers durch eine Membran o geführt ist und der in Gleitführungen p des Maschinengestells verschiebbar ist. Die Verschiebung wird durch die Spindel q bewirkt, und zwar in der üblichen Weise mittels Schneckengetriebes y. Im Dauerbetrieb wird das Schneckengetriebe dadurch entlastet, daß auf der Spindel q die Gegenmutter s festgezogen wird, so daß die Kräfte unmittelbar in das Gestell der Maschine gelangen.
  • Das Maschinengestell ist so steif konstruiert, daß keine störenden Nebenschwingungen auftreten. Dies wird dadurch erreicht, daß -alle Teile, besonders die Grundplatte t und der obere Verbindungsholm u, so bemessen werden, daß ihre Eigenschwingungszahl wenigstens doppelt so hoch liegt wie die Betriebsschwingungszahl der Maschine. Im übrigen wird die ganze Maschine z. B. durch Aufstellen auf Gummipuffer oder Federn v in bekannter Weise schwingungsisoliert.
  • Zu jeder der beiden Zylinderseiten I und I1 (Abb. 5) gehört ein Hochdruck- und ein Niederdruckbehälter. Die Hochdruckbehälter III und V werden durch Regelventile auf den oberen, die. Niederdruckbehälter IV und VI durch ebensolche Ventile auf den unteren Wert des Druckes gehalten, der notwendig ist, um die von den zugehörigen Kolben auf den Prüfstab ausgeübten Kräfte zwischen den ,gewünschten Grenzwerten periodisch schwanken lassen. Die beiden Zylinderseiten werden dabei vorzugsweise so geschaltet sein, daß U Höchstspannung auf der Zylinderseite I, I'geren Kolben den Prüfstab auf Druck beansprucht, stets in dem gleichen Augenblick auftritt, in dem die Zylinderseite II, deren Kolben die Zugbeanspruchung im Prüfstab hervorbringt, die niedrigste Spannung aufweist.
  • Die Hochdruckbehälter III und V werden fortlaufend durch einen Verdichter aufgeladen. Die beiden Seiten I und II des doppelt wirkenden Zylinders werden durch eine Steuerung, z. B. eine Ventilsteuerung, deren Nockenwelle mit einer der gewünschten Lastwechselfrequenz entsprechenden Drehzahl zweckmäßig durch einen Elektromotor in Drehung versetzt wird, im Rhythmus des Lastwechsels abwechselnd mit dem zugehörigen Hochdruck- und Niederdruckbehälter verbunden. Dann wird die von den Kolben auf den Prüfstand ausgeübte Kraft in dem durch die Steuerung vorgeschriebenen Rhythmus zwischen zwei Grenzwerten pendeln, die den in den Behältern herrschenden Drücken entsprechen.
  • Die Steuerung kann, wie in Abb. 5 dargestellt, durch Ventile a', b', die mittels Nocken e', d' betätigt werden, durch umlaufende Rundschieber oder durch eine der sonstigen bekannten Steuerungsarten erfolgen: Die Hoch-und Niederdruckbehälter sind derart zu bemessen, daß sie das Vielfache, z. B. das zoobis Zoofache Volumen der Räume des Arbeitszylinders einschl. aller zugehörigen Räume in den Zuleitungen, dem Ventilkasten usw., aufweisen.
  • Die in Abb. 5 dargestellte Antriebsordnung hat den Vorteil der Einfachheit und Übersichtlichkeit. Es ist ferner ein Vorzug, daß zu ihrem Betrieb nur eine normale Verdichtungsanlage erforderlich ist.
  • Allerdings verbraucht sie verhältnismäßig viel Energie, da bei jedem Hub die aus dem Hochdruckbehälter entnommene Gasmenge auf den Druck des Niederdruckbehälters entspannt werden muß, um dann wieder auf die hohe Spannung verdichtet zu werden. Dieser Leistungsbedarf kann jedoch auf ein Mindestmaß gebracht werden, weil die Zylinderräume, in denen die Kolben arbeiten, nur so groß sind, daß sie gerade den durch die elastischen Dehnungen der Prüfanordnung bedingten Hub des Kolbens aufzunehmen vermögen.
  • Bei der Steueranordnung nach Abb. 6 stehen die beiden Räume I und 1I des Arbeitszylinders der Prüfmaschine, deren Räume wieder so klein wie irgend möglich bemessen werden, mit zwei Zylindern oder Zylindergruppen a", b" eines Verdichters in unmittelbarer Verbindung, dessen Kolben z. B. wie bei der üblichen Anordnung von Vierzylindermotoren derart angetrieben werden, daß die Kurbeln für beide Zylindergruppen um 18o' versetzt sind. Dabei erfolgt die Verbindung der Zylindergruppen des Verdichters mit den entsprechenden Räumen I und II des Arbeitszylinders der Maschine unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung einer Steuerung irgendwelcher Art.
  • Die Regelung der Grenzen, zwischen denen die Kraftwirkung der Maschine pendeln soll, geschieht durch Regelung der Spannung, die in den Zylindern des Verdichters in dem Augenblick herrscht, wo die Kolben des Verdichters die untere Totlage erreichen. Diese stehen zu diesem Zweck durch Schlitze c", die von den Kolben des Verdichters gesteuert werden, mit Druckbehältern d", e" in Verbindung, und zwar ist zweckmäßig für jede Zylindergruppe ein besonderer Druckbehälter vorzusehen. Diese Druckbehälter werden von einem oder zwei Hilfsverdichtern auf dem erforderlichen Druck gehalten, der durch feinfühlig einstellbare Regelventile bekannter Art auf den gewünschten Wert eingestellt wird.
  • Da bei dieser Anordnung die Gasmenge lediglich zwischen den Zylindern des Verdichters und denen der Prüfmaschine hin und her pendelt, wobei sie abwechselnd verdichtet und entspannt wird, hat der Hilfsverdichter lediglich die Verluste zu decken, die durch die Undichtigkeiten entstehen, so daß der gesamte Leistungsbedarf wesentlich geringer wird wie bei der Anordnung nach Abb. 5.
  • Die Wirkungsweise der Anordnung nach Abb. 6 sei an einem Beispiel erläutert: Das Hubvolumen jeder der beiden Zylindergruppen des Verdichters entspreche einer Gasmenge von z,51. Der gesamte Raum auf jeder Seite des Arbeitszylinders der Maschine einschl. Zuleitung möge im Augenblick des Höchstdruckes ebenfalls eine Gasmenge von r,51 aufnehmen. Dann wird, wenn die Spannung zu Beginn des Hubs entsprechend der Spannung in dem Druckbehälter d" oder e" z. B. 5o at war, am Ende des Hubs ein Druck von rund zoo at erreicht werden.
  • Wird die Anfangsspannung durch entsprechende Einstellung des Regelventils an dem Druckbehälter d" oder e" auf 30 at erniedrigt, so wird die Entspannung rund 6o at betragen USW.
  • Da beide Kraftkolben der Prüfmaschine gegeneinandergeschaltet sind, wird an der Kolbenstange immer nur in an sich bekannter Weise die Differenz der Kolbendrücke wirksam. Demgemäß kann man auch die Ausgangsspannung des Verdichters beliebig hoch wählen und trotzdem eine Kraft einstellen, die entweder zwischen gleich großen positiven und negativen Werten oder zwischen innerhalb der Grenzen des Druckes beliebig liegenden positiven oder negativen Werten pendelt.
  • Man hat schließlich die Möglichkeit, einen der beiden Zylinder unmittelbar an einen Druckbehälter mit einstellbarem, sonst aber gleichbleibendem Druck anzuschließen und so auf den zugehörigen Kolben lediglich einen statischen Druck auszuüben, wobei dann in an sich bekannter Weise 'die Wechselkräfte lediglich durch die Druckschwankungen am zweiten Kolben zustande kommen.
  • Als Verdichter wird zweckmäßig eine einfache Zweizylinder- oder Vierzylindermaschine gewählt, an deren Zylinderdeckel gemäß Abb. 6 die Verbindungsleitungen zu dem Arbeitszylinder der Prüfmaschine angeschlossen sind.
  • Ein weiteres Regeln, zweckmäßigerweise ein Feinregeln der periodischen Druckschwankungen, kann durch die Zylinder f", g" ermöglicht werden, die zu den Verbindungsleitungen zwischen den Arbeitszylindern derPrüfmaschine und den Zylindergruppen des Verdichters parallel geschaltet sind und in denen Kolben h", i" mittels Spindel feinfühlig verschoben werden können. Durch diese Maßnahme kann der »schädliche Raum« geändert werden, so daß eine feinfühlige Regelung des Enddruckes und damit der von dem Kolben ausgeübten Kraft bei gegebenem Anfangsdruck möglich ist. Bei Anordnung dieser Zusatzeinrichtung ist es auch möglich, beide Zylindergruppen des Verdichters aus demselben Druckbehälter zu speisen und trotzdem den Enddruck an den Arbeitskolben ganz verschieden einzustellen.
  • Bei Maschinen kleiner Leistung kann man auf die Druckbehälter d" und e" ganz verzichten und nur die Zusatzregelung benutzen, wobei dann jeweils die Verdichtung vom atmosphärischen Luftdruck aus erfolgt, so daß die Maschine mit sehr niedrigen Endspannungen arbeiten kann.

Claims (3)

  1. PATRNTAN$PRÜCFIR: r. Dynamisch wirkende Prüfmaschine, auf der Probestäbe und ganze Konstruktionsteile mittels gespannter Gase unter Verwendung eines doppelt wirkenden Arbeitszylinders einer in ihren eingestellten Belastungsgrenzen gleichbleibenden Zug-Druck-Schwingungsbeanspruchung unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden der beiden Druckräume des Arbeitszylinders ein das gespannte Gas enthaltender Hochdruck- und Niederdruckbehälter angeordnet sind, die mit den Druckräumen durch eine Steuerung abwechselnd verbunden werden.
  2. 2. Prüfmaschine nach Anspruch z, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Verdichter, deren Zylinder sowohl mit den beiden Druckräumen des Arbeitszylinders als auch zu Beginn des Hubs mit je einem Druckbehälter verbunden sind.
  3. 3. Prüfmaschine nach Anspruch z und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben des Arbeitszylinders durch federnde Gummistoffe abgedichtet sind, die einerseits an der Mantelfläche der Kolben oder der Kolbenstange und anderseits an der inneren Mantelfläche von metallischen mit dem Arbeitszylinder verschraubten Ringen aufvulkanisiert sind.
DEL89174D 1935-11-14 1935-11-14 Dynamisch wirkende Pruefmaschine zur Pruefung von Probestaeben und ganzen Konstruktionsteilen unter schwingender Zug-Druck-Beanspruchung Expired DE664764C (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1086470B (de) * 1952-02-28 1960-08-04 Schenck Gmbh Carl Hydraulischer Wechsellasterzeuger, insbesondere fuer Materialpruefmaschinen
DE1186654B (de) * 1959-11-27 1965-02-04 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Hydraulisch betaetigtes Dauerschlagwerk fuer die Werkstoffpruefung
DE1221467B (de) * 1963-09-28 1966-07-21 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Hydraulische Materialpruefeinrichtung fuer Wechsellastuntersuchungen

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DE1186654B (de) * 1959-11-27 1965-02-04 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Hydraulisch betaetigtes Dauerschlagwerk fuer die Werkstoffpruefung
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