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Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Schadens.linie metallischer
Werkstoffe Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zum Bestimmen des Gebiets,
in dem vor dem Eintritt des Dauerbruchs schon eine Minderung der Wechselfestigkeit
von metallischen Werkstoffen eintritt (Schadenslinie) bei dem bekannten Umlaufbiegeversuch
mit konstantem Biegemoment.
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Das Gebiet, in dem diese gefährlichen Veränderungen auftreten, wird
durch eine der klassischen Wöhler-Kurve ähnliche Schadenslinie abgegrenzt. Zu ihrer
Bestimmung sind bereits verschiedene Verfahren bekanntgeworden, die im wesentlichen
darauf beruhen, Versuchsstäbe bei bestimmten Beanspruchungen und verschieden hohen
Lastspiel zahlen zu prüfen und dann in einem weiteren Versuch entweder die NVechselfestigkeit,
die Zugfestigkeit, die Kerbfestigkeit oder irgendeine andere Eigenschaft zu bestimmen.
So wurde z. B. vorgeschlagen, jeweils fünf Proben bei einer bestimmten Last der
gleichen Anzahl von Lastwechseln auszusetzen und eine neue Wöhler-Kurve zur Bestimmung
der Wechselfestigkeit zu ermitteln. Ergab die festzustellende Wechselfestigkeit
den gleichen Wert, wie ihn nicht vorbeanspruchte Proben aufwiesen, so lag keine
Schädigung vor; lag der Wert niedriger, so war eine Schädigung vorhanden; lag er
höher, so handelte es sich um eine Verhesserung.
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Die Durchführung derartiger Versuche erforderte jedoch sehr viel
Zeit. Abgesehen ferner von den bei den Dauerversuchen sehr häufigen und unvermeidlichen
Streuungen ist entweder eine große Anzahl von Proben für jede Versuchsreihe erforderlich,
oder es müssen die Probestäbe zwei aufeinanderfolgenden Prüfungen unterworfen werden.
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Nach der Erfindung wird die Schadenslinie beim Umlaufbiegeversuch
mit konstantem Biegemoment dadurch ermittelt, daß
durch die bei
diesem Versuch erhaltene Durchbiegungskurve der Beginn der bleibenden Zunahme der
Durchbiegung des Prüflings als ein Punkt der zu ermittelnden Schadenslinie und weitere
Punkte der Schadenslinie in gleicher Weise bei anderen 13eanspruchungen -festgestellt
werden. Es wurde nämlich gefunden, daß bei Dauerversuchen mit konstantem Biegemoment
die Schädigung sich in einer bleibenden Zunahme der Durchbiegung gegebenen falls
nach voraufgegangener Abnahme oder Zunahme der Durchbiegung bemerkbar macht. Es
sind bereits Messungen über den Verlauf der Durchbiegung während des Dauerversuchs
vorgenommen worden.
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Aus diesen Versuchen konnten und können jedoch keine Schlüsse über
die nach der Erfindung erkannte Bedeutung des Verlaufs dieser Durchbiegung für die
Schadenslinie gezogen werden, da letztere unbekannt war und deshalb auch keine Erfahrungen
über die Übereinstimmung der bleibenden Durchbiegungszunahme mit der mit Hilfe der
bekannten Verfahren bestimmten Schädigung rorliegen konnten. Im übrigen war die
Meßempfindlichkeit der für die Ermittlung der Isurven bisher benutzten Vorrichtungen
ungenügend. Demgemäß besteht die Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens erfindungsgemäß darin, eine der be-I;annten Dauerumlaufbiegemaschinen
mit einem der bekannten, aus Spiegelsystem und Filmtrommel bestehenden optischen
Aufzeichnungsgerät zu vereinigen und blei letzterem ein solches Ubersetzungsverhältnis
zu wählen, daß der jeweils zu ermittelnde Punkt der Schadenslinie deutlich hervortritt.
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An Hand der Abbildungen, von denen die Abb. 1 und 2 ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemåßen Prüfeinrichtung darstellen, sei die Erfindung im folgenden
näher erläutert.
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Die Abb. i zeigt eine Prüfvorrichtung schematisch im Aufriß. Die
Abb. 2 veranschaulicht die betreffende Prüfvorrichtung im Grundriß. Die Abb. 3 ist
ein Schaubild, das Aufschluß über das in Frage kommende Verhalten eines Probestabes
aus einer Aluminium-Kupfer-Magnesium-Legierung gibt.
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An dem Laufgewichtshebel einer Dauerumlaufbiegemaschine nach Schenck
ist als Übertragungsglied der Bewegung des Hebels ein Mitnehmer a vorgesehen, welch
letzterer mit dem einen Trum eines über zwei Rollen b laufenden endlosen Fadens
c befestigt ist und eine Drehung der Rollen im entsprechenden Siml des Laufgewichtshebels
bewirkt. Der Faden steht unter dem Einfluß von Federn d, die ihn so spannen, daß
er die in Steinen gelagerten Rollen mitzunehmen vermag. Auf der Achse der einen
Rolle ist ein Spiegel e befestigt, der durch die Hebel- bzw. Rollen bewegung gedreht
werden kann und dabe einen von einer Lichtqtuelle f unter Zuhilfe nahme einer Blende
auf ihn auftreffenden Lichtstrahl h ablenkt. Der reflektierte Lichts-trahl i wird
auf einer Filmtrommel k fest gehalten. Der Antrieb der Trommel ist mittels eines
Untersetzungsgetriebes mit dem des Probestabs gekuppelt. Vor Versuchsbeginn wird
der Spiegel gegebenenfalls durch ein mit ihm auf der gleichen Achse sitzendes Rädchen
iii mit Schlupf in die erforderliche Ausgangsstellung gebracht.
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Das Übersetzungsverhältnis ist so gewählt daß einer Bewegung des
Hebels von O.OI mni ein Ausschlag des Lichtzeigers von 2 mm entspricht. Ein Vergleich
dieser Einrichtung mit einer solchen, wie sie unter Verlrendung einer Meßuhr und
einer Kontaktvorrichtung bisher zur Bestimmung der Durchbiegung an beweglichen Lager
der Schenck-Maschi ne benutzt wurde, ergibt unter Annahme der Empfindlichkeit der
Meßuhr mit I:IOO
und eines Hebelverhältnisses I : 6 eine Erhöhung der Empfindlichkeit um das I2fache
oder absolut eine I200fache Vergrößerung der senkrechten Bewegung der beiden Innenlager
der Schenk-Maschine.
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Einer Senkung der Mittellager um 1 min entspricht bei den Abmessungen
der Schenck-Maschine eine Durchbiegungszunahme von 0,375 mm in der Stabinitte. Es
ergibt sich somit ein Ubersetzungsverhältnis von I:I200 . I = I:3200, d. h. einem
0,375 Ausschlag des Lichtzeigers von 1 mm ent spricht eine Anderung der Durchbiegung
um rund 0,0003 mm. Mit der neuen Vorrichtung wird somit nicht die Gesamtdurchbiegung,
sondern nur die Durchbiegungsänderung nach Aufbringen der Last gemessen.
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Durch die Aufzeichnung der Durchbiegungskurve ist der für jeden Probestab
gültige Punkt der Schadenslinie, darüber hinaus auch bei Fortsetzung des Versuchs
bis zum Bruch der Probe der Punkt der Wöhler-Kurve feststellbar. Gleichzeitig geben
die mit der neuen Vorrichtung ausgeführten Versuche einen guten Überblick über den
Streubereich des Wöhler- und Schadensgebietes.
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Ein Bild von den beiden zuletzt erwähnten Bereichen kann der Darstellung
nach Abb. 3 entnommen werden. Auf der Abzisse ist die Lastspielzahl I0 g n und auf
der Ordinate die Beanspruchung: Biegungsmoment durch Widerstandsmoment in kg/mm2
aufgetragen.
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Die gestrichelte Kurve 0 begrenzt den Wölller-Bereich. Die ausgezogene
Linie n stellt die nach der Erfindung ermittelte Schadenslinie dar. Die Wöhler-Punkte
sind schwarz
ausgefüllte Kreise, während die Punkte, die zur Bestimmung
des bleibenden Beginns der Durchbiegungszunahme gehören, durch leere I(reise dargestellt
sind.