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Vorrichtung zum Gleichhalten der Meßlänge von statisch und bei erhöhter
Temperatur beanspruchten Prüfstäben Bei der statischen Festigkeitsprüfung von Werkstoffen
bei normaler oder erhöhter Temperatur ergibt sich vielfach die Notwendigkeit, die
veränderlichen Prüfbedingungen so einzustellen, daß über längere Zeit die Meßlänge
des Prüfkörpers mit großer Genauigkeit konstant bleibt. So kann man bei spielsweise
die beim Warmnieten auftretenden Spannungsverhältnisse nachahmen. wollen. Oder man
will die durch die langsame plastische Verformung (das Kriechen) in der Nähe der
Dauerstandfestigkeit bei erhöhter Temperatur sich ändernde Spannung verfolgen, um
die Dauerstandfestigkeit als die Spannung zu ermitteln, bei der eine Spannungsänderung
und damit eine Verformung nicht mehr erfolgt. Oder man will die Temperatur ermitteln,
bei der ein Werkstoff ohne Längenänderung eine bestimmte Spannung noch aushält.
In diesen und ähnlichen Fällen ist es notwendig, eine der Variablen, beispielsweise
Spannung oder Temperatur, so zu steuern, daß die auch in der geringsten Längenänderung
sich äußernde Abweichung von dem gewünschten Wert sofort verbessert wird. Sowohl
Temperatur als auch mechanische Spannung lassen sich nun sehr genau durch Vorrichtungen
regeln. die mit elektrischem Strom betrieben werden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit,
Stromkreise durch kleinste Längenänderungen des Prüfkörpers selbsttätig einander
auszuschalten.
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Dabei muß besonderer Wert darauf gelegt werden, daß das Ein- und Ausschalten
ohne Bildung eines Funkens erfolgt. Denn ein solcher setzt den zu ändernden Zustand
über den beabsichtigten Zeitpunkt hinaus fort und verhindert damit das sofortige
Eintreten der beabsichtigten Änderung.
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Bei Dauerstand- und Wecllselprüfungen sind bereits ähnliche AufgalDen
gelöst worden, beispielsweise zur Regelung der Schwingungsamplituden
oder
auch zur Eingrenzung der Belastungsspannungen. Dabei ist einmal der bewegliche Kontakt
an dem schwingenden Körper selbst angeordnet worden oder an einer Martensschen Schneide,
die an einem entsprechend der Spannung seine Länge elastisch ändernden Teil der
Prüfmaschine befestigt ist. Funkenbildung ist dabei unvermeidlich, eine Ühertragung
auf die vorliegende Aufgabe daher nicht möglich. Als Ersatz der Kontakte sind nun,
auch für Schwingungsprüfungen, durch Lichtquellen und am Prüfkörper oder einer Martensschen
Schneide angebranchte Spiegel beeinflußte Photozellen vorgeschlagen worden. Diese
sprechen aber auch durch äußere Einflüsse an. und ihre Empfindlichkeit läßt zudem
mit der Zeit nach. Zum mindesten läßt sich die gleiche Aufgabe durch die Vorrichtung
gemäß der Erfindung mit einfacheren und betriebsmäßig sicheren Mitteln lösen. Auf
anderen Gebieten hat man die Bildung von Funken durch Vakuumschalter vermieden.
Es hat sich aber gezeigt. daß sie in ihrer \nwendung für viele Zwecke ungeeignet
sind.
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So liegt der Kontaktabstand fest, und es bedarf zum Kurzschließen
der Kontakte der zusätzlichen Überwindung des Widerstandes einer Federkraft, wodurch
an sich schon die Zuverlässigkeit einer mit hoher Empfindlichkeit arbeitenden Vorrichtung
verhindert wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es dagegen, einen Stromschluß
bereits für Längenunterschiede zu erreichen, wie sie sich beispielsweise bei Dehnung
eines Prüfstabes in einander gegenüberliegenden Fasern ergeben. Es sind zu diesem
Zweck Kontakte angeordnet, die auf Hebeln am Prüfling angesetzter Alartensscher
Schneiden sitzen. Durch diese Kontakte wird aber nicht der zu regelnde Starkstrom
selbst geschlossen und geöffnet, sondern erfindungsgemäß ein niedriggespannter,
schwacher, praktisch funkenfreier Strom, der nach Verstärkung durch einen Röhrenverstärker.
bei geringsten Längenänderungen Stromkreise zum Regeln der veränderlichen Prüfbedingungen
ein- oder ausschaltet.
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Abb. 1 zeigt schematisch eine derartige Anordnung. Ein Prüfstab I
wird mittels einer Zerreißmaschine unter Spannung gesetzt.
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Durch Längenveränderungen werden äußere Meßschienen 2 und 3 und innere
Meßschienen 4 und 5 so gegeneinander verschoben, daß dadurch die Schneiden 6 und
7 von Alartensscher Spiegelapparaten Drehbewegungen aus -führen. Nn diesen Schneiden
sind erfindungsgemäß statt der Spiegel oder zusätzlich dazu elektrisch isolierte
Kontakthebel 8 und 9 angebracht. Ruf diese überträgt sich die Drehbewegung der Schneiden
derart, daß sich liei Verkürzung des Stabes 1 die beiden Kontakthebel 8, 8, 9 aufeinander
zu bewegen und dabei die an ihren Enden angebrachten Kontakte 10 und 11 kurzschließen.
Sie werden geöffnet. wenn sich der Stab längt.
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Nach der Anordnung der Abb. 2 schließen sich die Kontakte bei einer
Längung des Stabes und öffnen sich bei einer Verkürzung.
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Um den Unterschied zwischen der Kurzschlußentfernung der Kontakte
und ihrel Funkenabreißentfernung möglichst klein zu halten, wird der Anoenstrom
eines Gleichstromverstärkers, d. h. ein Strom von o., bis 5.0 mA, benutzt, der praktisch
funkenfrei arbeitet. Über den Gleichstromverstärker und ein Relais kann nun durch
die Kontakte 10.
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11 ein Motor derart in Tätigkeit gesetzt werden, daß er beispielsweise
die Meßlänge des Prüfstabes gleichbleibend hält. indem er bei kleiner Verkürzung
des Prüfstabes durch Verringerung der elastischen Längenänderung infolge Absinkens
der Spannung diesen belastet und bei kleiner Verlängerung des Prüfstabes durch einen
einsetzenden plastischen Fließvorgang diesen entlastet.
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Nach Abb. 3 können auch beide Paare der Kontakthebel in einem einzelnen
Paar vereinigt werden. Das geschieht derart. daß der linke an der Schneide 6 befestigte
Hebel 8 den Kontakt 10 und der rechte Hebel 9 den Kontakt 10' trägt. Am rechten
Hebel 9 ist ein dritter Hebel 12 mit gegeneinander elektrisch isolierten Kontakten
11 und 11' um den Punkt I3 drehbar angeordnet. Die beiden zu regelnden Stromkreise
werden dann bei in einem Sinne fortschreitender Längenänderung des Prüfstabes nacheinander
geschlossen.
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Die Schaltung wird dann so eingerichtet, daß bei geöffneten Kontakten
10 und 1 1 oder. wenn sich die Meßlänge des Prüfstabes @ verkürzt, der Motor so
lange belastet wird, bis die Kontakte wieder den Strom schließen und der Prüfstab
seine ursprüngliche Länge wieder eingenommen hat. Tritt nun unter der Zugbeanspruchung
eine plastische Längenänderung des Prüfstabes ein. so drehen sich die Kontakthebel
8, 12 aufeinander so zu. daß der Kontakt den Hebel 12 so lange nach rechts herunterdrückt,
bis die Kontakte 11' und 10' geschlossen werden. In diesem Falle entlaster der Motor
den Prüfstab so lange, bis die Kontakte 11' und 10' wieder geöffnet sind und die
ursprüngliche Länge des Prfifstabes wiederhergestellt ist.
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In vielen Fällen, insbesondere bei nicht völlig mittiger Einspannung
des Prüfstabes 1. kommt es vor; daß zwei einander gegenüberliegende Fasern des Prüfstalies
sich ungleichmäßig längen. Dies tritt auch ein. wenn cin
belasteter
Stab bei gleich lang gchaltener Meßlänge auf Kosten der elastischen Verspannung
fließt.
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Nach Abb. 4 wird sich die eine Faser gegenüber der Stabachse um den
Betrag + Dl verlängern und die andere um den gleichen Betrag - Dl verkürzen. Bei
einer nach Abb. 1 ausgebildeten Vorrichtung werden beide Kontakthebel 8, 9 (für
die Bedingung +Dl-Dl=O) um den gleichen Winkel a für eine Drehung nach der einen
Seite (in Abb. 5 nach rechts) ausführen. Damit aber die Achse des Prüfstabes durch
den Bei und Entlastungsmotor gleich lang gehalten wird, erhält erfindungsgemäß der
eine Kontakt 1 1" die Form einer Kurve. Seine Form ist so ausgebildet, daß bei verschiedenen
Winkelaussehlägen beider Kontakthebel, hervorgerufen durch ungleichmäßiges Fließen
der Randfasern des Prüfstabes, dann der Kontakt 10 auf den Flächenkontakt 11 entlang
gleitet, ohne daß sich die Länge der Achse des Prüfstal>es ändert.
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An dem Wesen der Erfindung wird nichts geändert, wenn nach Abb. 6
an Stelle der Schneiden v on Nlartensschen Spiegelapparaten Ritzel 14 und 15 und
Zahnstangen I6 und I7 treten. die je an einer äußeren und inneren Meßschiene 2,
2, 4 bzut. 3, 5 angebracht sind.