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Dauerprüfmaschine Bei Dauerprüfmaschinen erfolgt die Belastung der
Probestäbe entweder durch rein mechanische Getriebe, durch hydraulische Einrichtungen
oder auf elektromagnetischem Wege. Es sind auch Prüfmaschinen gebaut worden, die
sich der Fliehkraft von Massen bedienen.
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Bei einer bekannten Maschine dieser Art werden die belastenden Fliehkräfte
von einer Masse erzeugt, welche eine Drehbewegung um einen Punkt ausführt, der seinerseits
zwangsläufig einer Drehbewegung längs einer geschlossenen Kurve unterliegt. Dabei
wird der Probestab am einen Ende auf einem um ein Sonnenrad drehbaren Planetenrad
eingespannt, während er am anderen Ende eine Masse trägt. Mit dieser Maschine lassen
sich auf den Probestab Belastungen mit verschiedenen positiven und negativen Höchstwerten
aufbringen. Um einen Wechsel von Belastungen mit verschiedenen Höchstwerten in einer
vorher festgelegten Reihenfolge eintreten zu lassen, müssen entsprechend geformte
Räder verwendet werden, wobei immer ein Radpaar nur eine bestimmte Reihenfolge der
verschiedenen Belastungen zuläßt. Auch ist durch die Bauart der Maschine die die
Fliehkraft erzeugende Masse in ihrer Größe beschränkt.
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Es ist weiterhin eine Maschine bekanntgeworden, bei der auf den feststehenden
Probestab durch die Fliehkräfte zweier auf einer Welle exzentrisch angeordneter
Massen Zug- und Druckspannungen ausgeübt werden können. Bei dieser Maschine kann
aber nur die Frequenz und die Größe der erzeugten Spannungen, die in positiver und
negativer Richtung immer gleich groß sind, geändert werden.
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Demgegenüber besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß bei
einer Dauerprüfmaschine, bei der die belastenden Kräfte durch die Fliehkräfte von
Massen erzeugt
werden, zwei in einer Ebene einander diametral gegenüberliegende
und um einen gemeinsamen Mittelpunkt kreisende Massen angeordnet sind, deren Fliehkräfte
an dem einen Ende des um denselben Mittelpunkt sich an dem anderen fest eingespannten
Ende drehenden Probestabes mittels eines ringförmigen verformbaren Meßbügels übertragen
wird, an welch letzterem an der Befestigungsstelle des Probestabes die eine Masse
und an der gegenüberliegenden Seite die andere Masse angreift und eine Einrichtung
vorgesehen ist, durch die mittels des Meßbügels die Fliehkraft der einen Masse den
gewünschten Belastungsänderungen entsprechend zeitweilig abgefangen wird. Es können
so Spannungen verschiedener Größe, Richtung und Zeitdauer erzeugt und in vorher
festgelegtem Wechsel beliebig oft wiederholt werden. Die Reihenfolge der verschiedenen
Spannungszustände kann dabei beliebig abgeändert werden.
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Eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine ist
in den Abb. I bis 7 dargestellt. Es zeigen Abb. I die Vorderansicht der Maschine,
Abb. 2 einen Schnitt der Maschine nach der Linie A-B gemäß Abb. I, Abb. 3 die Seitenansicht
der Maschine und Abb. 4 die Rückansicht im Schnitt nach der Linie C-D gemäß Abb.
3. Die Abb. 5 bis 7 geben bauliche Einzelheiten und die Abb. 8 bis I3 Spannungsschaubilder
wieder.
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Die Prüfmaschine besitzt die beiden Massen I und 2, die über zwei
Zugstangen 3 und 4 durch einen Bügel 5 miteinander verbunden sind. Das Ganze ist
in einer Scheibe 6 verschiebbar eingebaut. Mittels einer Welle 7, die bei 8 und
g drehbar gelagert ist, kann die Scheibe 6 in kreisende Bewegung versetzt werden.
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Die zu untersuchende Probe 10 wird mit ihrem Ende a in der Scheibe
6 oder der Welle 7 unmittelbar oder unter Zwischenschaltung einer Zugstange und
mit ihrem Ende b in dem Bügel 5 oder der Zugstange 3 befestigt.
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Die Zugstangen 3 und 4 können in bekannter Weise durch exzentrisch
gelagerte Rollen II so eingerichtet werden, daß ihre Längsachse genau und ohne jede
Abknickung in die Längsachse der Probe 10 fällt.
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Wird nun die Scheibe 6 in Umdrehung versetzt, dann werden durch die
Fliehkräfte der kreisenden Massen I und 2 in dem Probestab IO Spannungen hervorgerufen,
die in ihrer Größe und Richtung beliebig geändert werden können und so die Möglichkeit
bieten, den Werkstoff einer Schwingungsprüfung, gleich welcher Art, zu unterziehen.
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Wird der bei a fest eingespannte Probestab 10 nur der durch die Masse
I hervorgerufenen Fliehkraft P, (Abb. 5 und 6) ausgesetzt, dann ruft diese in dem
Probestab eine Zugspannung hervor. Läßt man nun bei c die Masse 2 angreifen, die
bei gleicher Umdrehungszahl der Scheibe eine Kraft P (Abb. 5 und 6) von gleicher
Größe wie P,, aber mit entgegengesetzem Richtungssinn hervorruft, dann heben die
Kräfte und P einander auf. Der Probestab 10 ist wieder spannungslos. Wird jetzt
die Kraft P wieder entfernt, dann erhält die Kraft P1 ihren Einfluß auf den Stab
10 wieder zurück. Die Spannung im Probestab steigt also wieder an, und zwar in dem
Maße, in dem die Kraft, entfernt wird. Dem Entfernen der Kraft, kommt -ein Aufheben
ihrer Wirkung gleich, wie das z. B. der Fall ist, wenn man ihren Angriffs punkt
von c an der Zugstange 3 nach d an der Scheibe 6 verlegt. In diesem Falle wird durch
die Kraft, nur in der Zugstange 4 eine Zugspannung hervorgerufen.
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Die in den Abb. 5 bis 7 dargestellte Laststeuervorrichtung für P
ist wie folgt aufgebaut: Wenn die beiden einander gleichen Kräfte P, und P sich
ungehemmt auswirken, dann rufen sie in dem Bügel 5 eine elastische Dehnung E hervor,
deren Größe der Kraft = P, = P2 entspricht und in derRichtungvon P2 liegt. Einem
Aufheben der Dehnung kommt ein Aufheben der verursachenden Spannung gleich. Durch
einen Nebel 12, der auf der Zugstange senkrecht zu dieser schwenkbar befestigt ist
und der mit seiner Stirnseite e gegen eine auf der Zugstange 4 befindliche Büchse
13 und mit seiner nockenartigen Stirnseitef gegen einen in der Scheibe 6 befestigten
Ring 14 anreibt, ist ein Aufheben der Dehnung möglich, wenn z. B. die Schulter f
so ausgebildet ist, daß sie nicht parallel zu e, sondern in einem schwachen Winkel
zu e ansteigt.
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Wird dann der Nebel 12 gemäß Abb.; nach links bewegt, dann tritt
eine Vergröße rung der Hebelbreite g um den Betrag h ein, der im Höchstfalle gleich
der Dehnung e ist.
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Durch weniger starkes Durchziehen des Hebels 12 wird e, und damit
auch P2, in geringerem Umfange aufgehoben. Demnach kann bei den Versuchen mit einer
Vorspannung von beliebiger Größe und Richtung gearbeitet werden.
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Durch eine auf der Scheibe 6 angebrachte Nockenwelle 15 mit verstellbaren
Nocken I6, auf die der mit Rollen 17 besetzte Hebel I2 durch eine Feder I8 angedrückt
wird, lassen sich in der Größe, Richtung und Zeitfolge beliebig veränderliche Spannungen
auf den Probestab auftragen.
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Die Nockenwelle 15 wird durch ein einfaches Friktionsgetriebe, bestehend
aus dem auf der Welle Ij in deren Längsrichtung verschiebbar
angebrachten
Reibungsrad I9 und der am Maschinengestell befestigten Scheibe 20 (Abb. 2), angetrieben.
Durch die Verschiebbarkeit des Rades 19 auf der Welle 15 ist die Möglichkeit einer
weitergehenden Änderung der Lastwechselfrequenz gegeben.
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Der Bügel 5 ist als Meßbügel ausgebildet, d. h. er ist auf eine bestimmte
Belastung, bis zu der das Hookesche Gesetz mit Sicherheit gilt und sein E-Modul
genau bekannt ist, geeicht. Die Dehnungen e des Meßbügels 5 sind ein genaues Maß
für die Spannungsverhältnisse im Probestab.
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Zur Ermittlung des Dehnungsbetrages sind in den Bügel 5 in der Richtung
der Zugstangen 3 und 4 zwei einander gegenüberliegende Stifte 21 und 22 eingesetzt.
Wie aus der Abb. I und 2 erkennbar, werden die auftretenden Dehnungen über die beiden
Stifte mittels zweier Meßuhren - 23 für P1 und 24 für P2 -, die in einem Halter
25 befestigt sind, der selbst wieder in der Verlängerung der Maschinenachse 7 um
einen Zapfen 26 schwenkbar angeordnet ist, gemessen.
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Die Abb. 8 bis I3 zeigen einige von den unbegrenzt vielen möglichen
Spannungsverläufe. Hier ist also die Möglichkeit einer .-ollständigen Angleichung
des Laboratoriumsversuches an die wirklichen Spannungsverhältnisse gegeben, wie
sie von keiner Maschine der bislang bekannten System erreicht werden kann.
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Für die Durchführung sämtlicher Versuchsarten bestehen grundsätzlich
drei mögliche Verhältnisse: I. Pt = P2, 2. Pt = <P2, 3. P1 = > P2. Die Spannungsmessung
in diesen drei Fällen soll am Versuch mit einer Rundprobe erläutert werden.
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I. Für den Fall, daß Pt = P2 ist.
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Während des Laufes der Maschine, jedoch bei abgeschalteter Laststeuervorrichtung,
wird durch die Belastungsvorrichtungen 27 und 28 (Abb. 2) die Kraft und P auf den
Bügel aufgebracht. Entspricht die Bügeldehnung e dem Sollwert von P2 bzw. Pl, dann
sind beide Kräfte epr gleich groß, wenn die Dehnung epr des Probestabes = o ist.
Auch bei eingelegter Steuerung läßt sich e und epr immer wieder mit der Meßuhr kontrollieren.
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2. Für den Fall, daß P1 = <P2 ist.
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Unter den gleichen Bedingungen wie bei I. wird P1 und P2 bis zum
Betrage von P, aufgebracht. spr muß o sein. Jetzt ist P1 bestimmt. Anschließend
wird P2 bis zum vollen Betrage aufgebracht. Am Stab ist jetzt pr meßbar. Der gemessene
Betrag läßt auch bei eingelegter Steuerung eine Kontrolle von P1 zu. P wird, wie
iiblich, gemessen.
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3. Für den Fall, daß P" = > P ist.
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P1 und P2 werden, wie unter 1. beschrieben, aufgebracht bis zum Betrage
von P,. # pr muß o sein. Dann wird P2 wieder bis zum vorgeschriebenen Betrage verringert.
Am Stab ist jetzt + epr meßbar. Der so gemessene Betrag dient zur Kontrolle von
Pt.
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P. wird, wie üblich, gemessen.
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Beispiele An einem Probestab sollen Versuche mit Zug-Druck-Beanspruchungen
bei verschiedenen Vorspannungen (Abb. 8) vorgenommen werden, und zwar a) von o bis
zum Maximumr, b) aus Zugvorspannung bis zum Maximum 2, c) aus Druckvorspannung bis
zum Maximum 3.
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Diese Beanspruchungen sollen in obiger Ordnung einander in stetem
Wechsel folgen.
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Die benötigten Kräfte P mögen folgende Werte haben: a) von o bis
8ooo kg, b) von + IOOO bis + 7000 kg, c) von - Iooo bis + 6000 kg.
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Die Nocken I6 der Nockenwelle I5 sind um 1200 versetzt, der Spannungsverlauf
ist sinus förmig. Die Rollen 17 des Hebels I2 werden so eingestellt, daß sie die
erforderlichen verschieden großen- Hebelausschläge bewirken.
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Die Laststeuerung ist ausgeschaltet. Das größte Maximum beträgt 8000
kg. Auf diesen Betrag werden zunächst Pl und P gleichmäßig gebracht. Die ganze Spannung
befindet sich nun im Meßbügel, der robestab ist spannungslos. Jetzt wird die Steuerung
eingelegt. Anschließend wird Po noch um den Betrag der Druckvorspannung (Iooo kg)
auf 9ooo kg erhöht. Dann wird P2 ganz abgefangen; P1 wächst somit von o bis auf
8000kg. Hiernach wird P2 bis zum Betrage von 7000kg freigegeben. Dadurch sinkt P1
auf IOOO kg (Zugvorspannung). P2 wird nun bis zum Betrage von Iooo kg abgefangen,
Pl wächst dann von IOQO bis auf 7ooo kg. Dar nach wird P2 ganz freigegeben. Dadurch
wird P2 = -Iooo kg (Druckvorspannung). Dann wird P bis zum Betrage von 2000 kg abgefangen,
wodurch - P1 von o (-Ioookg) bis auf 6000 kg wächst. Hiernach wird P2 bis zum Betrage
von Sooo kg abgefangen, dann ist P1 = o. Wird schließlich P2 ganz abgefangen, dann
wächst P1 von o bis auf 8000 kg usw.
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Durch die schwenkbare Anordnung des Meßuhrhalters 25 ist die Möglichkeit
gegeben, die einzelnen Spannungsverläufe während des Versuches genau zu verfolgen.
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Etwaige durch Zugbeanspruchung hervorgerufene plastische Verformungen
des Probestabes Io während des Versuches würden, wie leicht zu erkennen ist, die
Laststeuereinrichtung ganz oder zum Teil außer Wirksamkeit setzen und dadurch eine
Änderung des Spannungszustandes hervorrufen. Es ist daher eine Vorrichtung zur Konstanthaltung
des
Spannungsverlaufes vorgesehen. Diese Vorrichtung besteht aus
dem die Zugstange 4 und den Bügel 5 miteinander verbindenden Keil 29, dem auf einem
Widerlager 30 ruhenden, am Gewindezapfen des Keils 29 befindlichen Rad 31 und einem
Anreiber 32 (Abb. 3).
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Treten nun plastische Verformungen in Gestalt einer Längenzunahme
des Probestabes in Richtung von P1 auf, dann reibt das Rad 3I gegen den Anreiber
32. Durch das so bewirkte Anziehen des Keiles 29 wird die Büchse I3 der Zugstange
4 wieder fest an den Hebel 12 gedrückt, so daß die Wirksamkeit der Laststeuerung
bestehen bleibt. Der Radius der Masse 1 erfährt durch die plastische Verformung
des Stabes eine Längung um den Betrag dieser Verformung. Die dadurch verursachte
Erhöhung der Fliehkraft der Masse I ist aber so gering (max. 0,5 0/,), daß sie ohne
weiteres vernachlässigt werden kann.
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Beim Bruch der Probe schlägt die Nase 33 (Abb. I und 2) der Zugstange
3 gegen den Riegel 34, der den Anreiber 32 arretiert. Der -Bügel fällt nach unten.
Gleichzeitig wird dadurch der Stromkreis zum Antriebsmotor unterbrochen.
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Zur Erzielung eines ruhigen Laufes der Maschine ist am anderen Ende
der Achse7 eine Schwungscheibe 35 (Abb.3) angebracht.
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Durch bei Probenbruch auf die Schwungscheibe einwirkende Bremsvorrichtungen
läßt die Maschine sich schnell stillsetzen. Ein Tourenzähler gibt die Umdrehungszahl
der Maschine an. Multipliziert man die Umdrehungszahl mit dem Ubersetzungsverhältnis
der Steuerung, dann erhält man die ertragene Lastwechselzahl.
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Als Antrieb wird zweckmäßig ein Synchronmotor mit zwischengeschaltetem
stufenlos regelbarem Getriebe gewählt.
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Ein Rahmen 36 deckt die kreisenden Massen ab.
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Mit der beschriebenen Ausführungsform der Maschine lassen sich Zug-Druck-,
Zug-und Druckschwingungsversuche bei jeder gewünschten Vorspannung durchführen.
Mit Hilfe zusätzlicher Einrichtungen können außerdem Biegewechsel-, Biegeschwell-
und Torsionsversuche ausgeführt werden. Auch können die Versuche bei höheren Temperaturen
und unter korrodierenden Einflüssen vorgenommen werden.
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Die dargestellte wie auch andere Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
lassen sich mit geringem Kostenaufwand leicht herstellen.