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Biegeprüfmaschine zum Prüfen der Ermüdungserscheinungen von insbesondere
streifenförmigen Werkstoffen aus Kupfer o. dgl.
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Die Erfindung betrifft eine Biegeprüfmaschine zur Prüfung der Schwingungsfestigkeit
streifenförmiger Werkstoffe aus Kupfer und anderen nichtmagnetischen Werkstoffen.
Die Erfindung geht von einem Verfahren aus, nach welchem mit Hilfe von dem Prüfstück
erteilten Resonanzschwingungen dessen Festigkeit untersucht wird. Die Überwachung
des Prüflings erfolgt dabei so, daß die Zahl der Schwingungen, welche der Prüfling
bis zum Auftreten des ersten geringfügigsten Anrisses ausführt, gezählt und gegebenenfalls
von einem registrierenden Gerät in Verbindung mit einer Uhr angezeigt wird. Mit
Eintreten dieses Momentes wird die schwingungserregende Einrichtung selbsttätig
stillgesetzt.
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Bei einer bekannten Einrichtung, mit welcher Torsionsbiegungen ausgeführt
werden, wird so verfahren, daß beim Aufhören der Schwingungen infolge der Materialermüdung
ein aufgesetzter Kontakt herabfällt und dadurch einen Auslösestromkreis betätigt.
Eine solche Auslösevorrichtung hat den Nachteil, daß sie nicht ständig in unmittelbarer
Beziehung zum Prüfling steht, sondern von den Gesamtschwingungserscheinungen der
Einrichtung und deren Antriebsvorrichtung abhängig ist. Infolgedessen tritt ein
Kontaktschluß leicht zu unrechter Zeit, vorzugsweise zu spät ein.
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Die Einrichtung nach der Erfindung vermeidet diese Nachteile. Der
einseitig oder beiderseits eingespannte streifenförmige Prüfling wird mittels eines
Elektromagneten in Resonanzschwingungen versetzt. Die Schwingungen können mit oder
ohne Schwingungsknoten im Prüfling ausgeführt werden. Das Auftreten eines noch so
feinen Anrisses macht sich sogleich in einer Abnahme der Amplitude bemerkbar, so
daß dieser Moment mit größter Genauigkeit und unabhängig von den sonstigen Schwingungseigenschaften
der Umgebung festgehalten werden kann.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind im folgenden an Hand ,der
Zeichnung näher erläutert.
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Abb. I zeigt eine schematische Darstellung der Prüfeinrichtung und
der elektrischen Anordnung.
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Abb. 2 zeigt die Einspannung des streifenförmigen Werkstoffes unter
Anwendung eines besonderen Prüfverfahrens.
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Gemäß Abb. 1 besteht die Einrichtung aus einem. Stahlstab Q, der
im folgenden als Schwinganker bezeichnet ist und eine hohe
Schwingfestigkeit
besitzt. Dieser Stab ist zwischen Klemmbacken G fest eingespannt.
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Ein Wechselstrommagnet A ist so angeordnet, daß er bei Stromdurchgang
den Schwinganker in Schwingung versetzt, wobei die freie-Länge dieses Ankers so
eingestellt ist, daß er in Resonanz mit der Frequenz des Wechselstromes schwingt.
Am freien Ende des Schwingankers befindet sich ein Einschnitt, in den das freie
Ende eines Prüfstückes J eingesetzt ist, während das andere Ende des Prüflings in
einer anderen einstellbaren Einspannvorrichtung H befestigt ist.
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Die dem Schwinganker Q aufgezwungene Schwingung wird dem Prüfling
J mitgeteilt.
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Die Länge des Prüfstückes ist so gewählt, daß es ebenfalls in Resonanz
mit der Netzfrequenz des Wechsel stromes schwingt.
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Um nun die Untersuchung gemäß der Erfindung vornehmen zu können,
sind seitlich am Schwinganker Q nahe dem frei schwingen. den Ende elektrische Kontakte
angebracht, die gegenüber dem Schwinganker isoliert sind. Diese beiden Kontakte
dienen während der Schwingung als Unterbrecherkontakt für ein paar feststehend angeordneter
Kontakte D, die in solchem Abstand von der schwingenden Kontaktbrücke K angeordnet
sind, daß nur bei voller Schwingungsamplitude des Prüfstückes, die von dessen Randfaserspannung
abhängt, ein Kontaktschluß stattfindet.
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Die fortgesetzte Kontaktunterbrechung durch die Kontaktbrücke K schließt
und öffnet einen Stromkreis mit einem Relais B, welches seinerseits den Hauptstromkreis
für den Elektromagneten A und einen zweiten Stromkreis für eine elektrische Synchronuhr
C steuert, die mit der gleichen Frequenz wie der Elektromagnet arbeitet und durch
deren Zeitanzeige die Dauer des Versuches festgestellt werden kann.
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Um die Spannung der Wechselstromquelle L zu glätten und die Funkenbildung
an den Kontakten D und K zu vermeiden, ist ein Gleichrichter E und ein Kondensator
F in dargestellter Anordnung vorgesehen.
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Sobald im Bereich der Hauptbeanspruchung des Prüfstückes ein mikroskopisch
kleiner Riß entsteht, tritt eine Dämpfung der Schwingung ein; welche die Unterbrechung
des Relaisstromkreises B bewirkt und dadurch die Untersuchung beendet und dementsprechend
die Uhr C abschaltet. Auf diese Weise läßt sich dann die Zahl der Schwingungen vom
Beginn der Untersuchung bis zum Auftreten des Ermüdungsrisses genau feststellen.
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Der Schwinganker Q kann ein kleines einstellbares Reitergewicht R
tragen, um so die genaue Abstimmung des Schwingankers auf die Netzfrequenz zu erleichtern.
Ein nicht dargestellter Widerstand kann zur Einstellung der Schwingungsamplitude
mit dem Magneten A in Reihe geschaltet sein.
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Die Wechselstromfrequenz beträgt im allgemeinen 50 Perioden, jedoch
kann das Gerät auch für andere Frequenzen verwendet werden. Für den einzelnen Versuch
oder eine Reihe von Untersuchungen ist es wesentlich, eine konstante Frequenz zu
haben, was in bekannter Weise durch geeignete Steuervorrichtungen erreicht wird.
Für den Prüfstand ist es erwünscht, Mittel zur genauen Anzeige der - Frequenzkonstanz
zu haben, die insbesondere gebraucht werden, sobald die Dauer der Versuche sich
über Wochen oder Monate erstreckt, damit auftretende Änderungen, die Fehler in der
Anzeige der Schwingungsprüfung hervorrufen würden, berücksichtigt werden können.
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Das Gerät kann sowohl mit einseitiger Einspannung des Materials benutzt
werden, wie es in der Zeichnung dargestellt ist und was den allgemein üblichen Verfahren
entspricht, aber es kann auch eine doppelte Einspannung der Probe vorgenommen werden,
wobei es über die Mitte seiner Meßlänge schwingt. Ferner läßt sich durch Einstellen
der Länge des Prüfstückes eine Schwingung mit Knoten und Gegenknoten erreichen,
wie es Abb. 2 zeigt, so daß die Schwingungsprüfung auch unter diesen Belastungsbedingungen
vorgenommen werden kann.
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Bef Inbenutzungnahme der Prüfvorrichtung wird zunächst die Länge
des Schwingankers Q so eingestellt, daß seine freie Schwingung in Resonanz mit der
Wechselfrequenz des im Elektromagneten A fließenden Stromes ist. In gleicher Weise
wird die Länge des Prüfstückes eingestellt, welches frei im Schlitz J liegt, und
zwar mit Hilfe einer gleitenden Haltevorrichtung, die durch eine einfache Mikrometereinstellung
bewegt werden kann. Die erforderliche Länge des Prüfstückes kann zunächst angenommen
werden, während die Feineinstellung, wie beschrieben, vorgenommen wird und jeweils
durch Versuche festzustellen ist. Der Abstand zwischen den feststehenden Kontakten
D und der schwingenden Brücke K wird gemäß der im Prüfstück vorhandenen Randspannungen
eingestellt. Der Elektromagnet A wird dann in die entsprechende Lage zum Schwinganker
gebracht, so daß die erforderliche Amplitude entsteht und sich die beiden Kontaktpaare
D und K gerade berühren und ein Strom hindurchfließt. Solange der Unterbrecherkontakt
aufrechterhalten wird, arbeitet das Relais und hält den Stromkreis durch den Elektromagneten
und die Uhr aufrecht. Nach diesen Einstellungen wird die Uhr auf Null gestellt,
der Hauptschalter geschlossen, und der Versuch kann beginnen.