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Vorrichtung zum Aufzeichnen von Formänderungen an Probestäben o. dgl.
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Es ist bereits bekannt, zur Fernübertragung von Bewegungen die Bewegung
des beweglichen Teiles der Sendestelle einer entsprechenden Meßvorrichtung auf den
beweglichen Teil der Empfangsstelle zu übertragen, wodurch letztere entsprechend
bewegt wird.
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Der Anwendung von Fernsteuerung auf die Aufzeichnung von Formänderungen
an Probestäben o dgl. stehen jedoch Schwierigkeiten entgegen, da es bei der Aufzeichnung
von Formänderungen nicht lediglich darauf ankommt, einen vom Probestab o. dgl. ausgelösten
Meßimpuls zu übertragen, sondern auch darauf, die sich aus der Zustandsänderung
des Probestabes ergebende veränderte Einstellung des Abtastelementes wieder auszugleichen.
Diese Schwierigkeiten werden durch die erfindungsgemäße Meßvorrichtung ausgeschaltet.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufzeichnen von
Formänderungen an Probestäben o. dgl. und besteht im wesentlichen darin, daß zur
synchronen Aufzeichnung der Formänderung bei der Fernübertragung der am Probestab
anliegende Meßhebel als Impulsgeber für die Steuerung des Schreib- oder Aufzeichnungsgeräts
ausgebildet ist, indem er mit einem Synchronmotor zusammenarbeitet, der von einem
als Generator arbeitenden Synchronmotor einen Rückimpuls erhält.
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In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt. Das Beispiel bezieht sich auf einen Probestab, der in einer
Festigkeitsmaschine eingespannt ist und Zug- oder Druckbeanspruchungen ausgesetzt
wird. Die Vorrichtung kann aber auch für Probestüclte, wie beispielsweise Bauwerksteile,
zum Aufzeichnen der Formänderung verwendet werden.
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Es zeigen Abb. I eine Ansicht der gesamten Vorrichtung mit den elektrischen
Anschlüssen, Abb. 2 einen Grundriß des Registriergerätes mit seinem Antrieb, Abb.
3 eine Ansicht einer Prüfmaschine mit einem eingespannten Probestück, an welchem
ein Dehnungsmeßgerät befestigt ist, Abb. 4 eine Seitenansicht (teilweise im Schnitt)
des auf dem Probestück angeordneten Dehnungsmeßgerätes in größerem Maßstab, Abb.
5 einen Horizontalschnitt nach der Linie V-V der Abb. 4.
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-Das zu untersuchende Probestück 2 beliebigen Querschnitts wird zwischen
Haltestücke 4 einer Prüfmaschine 6 eingeklemmt
(Abb. 3). Dann wird
das Dehnungsmeßgerät 8 aufgesetzt, das in bekannter Weise ein Organ aufweist, welches
den Längenänderungen des Probestückes folgen kann. Weml gerade, sorgfältig vorbearbeitete
Probestticke in mit selbstzentrierendem Spannfutter versehene Haltemittel 4 eingesetzt
werden, braucht die Beanspruchung nur auf einer Seite des Probestückes gemessen
werden und deshalb nur ein Dehnungsmeßgerät 8 vorgesehen sein. Das die Formänderung
aufiiehmende Organ ist beispielsweise in bekannter Weise als Winkelhebel ausgebildet.
Dieser Hebel 10 ist in ebenfalls bekannter Weise an einem Ende mit einer Schneidekante
oder einer Spitze 11 versehen (Abb. 4), die auf dem Probestab 2 aufliegt und die
der Formänderung folgt. Am anderen Ende des Hebels 10 sitzt ein liontaktknopf I2,
der mit einer Gewindespindel 30 zusammenwirkt. Der Hebel 10 ist auf einem Zapfen
I zwischen zwei Seitenwänden eines U-förmigen Halters des Dehnungsmeßgerätes 8 drehbar
gelagert und elektrisch leitend mit ihm verbunden; er könnte jedoch auch von ihm
isoliert sein.
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Das klammerartig ausgebildete Dehnungsmeßgerät 8 besteht aus zwei
Teilen, I6, 17, die sich gegeneinander (Abb. 5) verschieben lassen. Die Teile 17
und 19 bilden die eine Hälfte, die Teile 10, 11 und 16 die andere Hälfte. Zwischen
zwei Griffen 21 liegt in bekannter Weise eine gespannte Schraubenfeder oo, so daß
die beiden Backen 23 des Geräts das Bestreben haben, sich gegeneinander zu bewegen.
Das Meßgerät läßt sich bequem und rasch dadurch entfernen, daß die Griffe 21 gegeneinander
bewegt werden.
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Die Backen 23 sind in bekannter Weise mit Schneidekanten versehen,
die zweckmäßig V-förmige oder gebogene Gestalt haben, so daß ein sicherer Sitz des
Dehnungsmeßgerätes auf Probestücken von verschiedenem Querschnitt und ein genaues
Ausrichten in der Stabachse erreicht wird. Der federnd ausgebildete Teil 17 (Abb.
4) weist an seinem oberen Ende, der Schneidekante 11 des Hebels 10 gegenüberliegend,
eine Stützplatte 25 aus Gummi, Preßstoff o. dgl. auf. deren Berührungsstelle bei
der Formänderung auf dem Probestück 2 gleitet.
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In der Wand des Teiles I6 Abb. 4) ist eine Stellschraube 27 vorgesehen.
Auf den Drehzapfen 14 wirkt eine in Abb. 4 nicht angegebene Schraubenfeder so ein,
daß der Hebel 10 sich mit kleinem Druck gegen die Anschlagschraube 27 anlehnt. Der
Anschlag 27 wird nun so eingestellt, daß der Abstand zwischen der Spitze 1 1 und
der Schneidekante 23 der gewünschten WIeßlänge, z. B.
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5 cm, entspricht. Unterwirft man den Probestab nun einer Zugbelastung,
so streckt er sich, die Meßlänge vergrößert sich, und der Hebel 10 dreht sich um
den Zapfen 14.
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Eine mit Innengewinde versehene Mutter 28 ist in der Wand des Teils
I6 angeordnet und zweckmäßigerweise von ihr isoliert, beispielsweise mittels eines
Rohres 29 aus Isolationsmaterial. In der Mutter 28 läuft die mit Feingewinde versehene
Spindel 30. Das auf der Seite des Hebels 10 liegende Ende der Spindel weist einen
kugeligen oder konisch verlaufenen Kontaktknopf 31 auf. Berührt er das Kontaktblättchen
12 des Hebels Io, so wird ein elektrischer Stromkreis geschlossen.
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Auf der entgegengesetzten Seite endet die Spindel 30 in einen kugeligen
Gelenkkopf 32, der beispielsweise von einem Stift 33 durch drungen ist; dieser stellt
die bewegliche Kupplung mit einem Rohr 44 her.
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Ein isolierter Draht 35 ist an der Nlutter 28 befestigt, und ein
zweiter Draht 36 ist unmittelbar oder mittelbar mit dem Hebel 10 verbunden. Diese-beiden
Drähte bilden einen Teil eines elektrischen Stromkreises, durch die die nachstehend
beschriebene Registriervorrichtung gesteuert wird. Beispielsweise kann die Anordnung
auch so getroffen werden, daß die Drähte und 36 nicht unmittelbar am Dehnungsmeßgerät
8 befestigt sind, sondern mit anderen Teilern, die ihrerseits in elektrisch leitender
Verbindung mit der Spindel 30 und dem Hebel 10 stehen.
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Nahe dem mit dem Dehnungsmeßgerät 8 versehenen Probestab 2 wird ein
Empfängersynchronmotor 38 (Abb. 3j beispielsweise mittels eines Armes drehbar an
einer Säule 4I der Prüfmaschine befestigt. Die Welle des Motors 38 ist über ein
Universalgelenk 43, das zweckmäßigerweise ganz aus isolierendem Niaterial besteht,
mit dem Kupplungsglied 44 verbunden. Das Rohr 44 hat an seinem äußeren Ende einen
Schlitz 45 (Abb. 5), in den der die Kugel 32 durchdringende Stift 33 eingreift.
Befindet sich der Träger 40 in der richtigen Höhe gegenüber dem Dehnungsmeßgerät,
so wird der Synchronmotor 38 eingeschwenkt und das Kupplungsglied 44 mit der Spindel
30 gekuppelt.
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Die Klemmvorrichtung 39 wird dann festgezogen. Kleine Erschütterungen
und Bezvegungen während des Versuches, die zwischen Rotor und Dehnungsmeßgerät eintreten,
werden durch das Gelenk 43 aufgenommen.
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Vor Beginn des Versuches wird die Spindel 30 in der Büchse 28 so weit
zurückgeschraubt, daß sie sicher außer der Reichweite des Kontastkopfes 12 des Hebels
10 liegt. Wenn die Leitspindel 30 dann während des Versuches gegen den Kontaktknopf
12 geschraubt wird, um der Bewegung des Hebels 10 zu folgen, gleitet der Kupplungsstift
33 im Schlitz 45 des Kupplungsgliedes 44.
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Die Schreib-oder Registriereinrichtullg, die in Abb. 2 mit ihren
Einzelteilen dargestellt ist, kann in jeder beliebigen Entfernung von dem Dehnungsmeßgerät
8 aufgestellt werden. Ein Rohr oder eine Stange 75, welche einen Schreibstift 76
trägt, ist verschiebbar in einem Lager eines Rahmens 78 gelagert. Das Rohr wird
mit dem Meßgerät so verbunden, daß die Längsbewegung der Stange 75 proportional
zu der auf den Probestab ausgeübten Belastung ist.
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Parallel zur Stange 75 läuft die Achse 79 der mit - einem Papier-
oder Registrierblatt bezogenen Schreibtrommel.
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Die Schreibvorrichtung weist eine Reibungskupplung 83 auf, die durch
eine Schraubenmutter 84 oder andere geeignete Mittel eingestellt werden kann. Als
Bremse wirkt sie beispielsweise auf den einen seitlichen Trommelrand. Ein Zahnrad
85 ist auf der Welle 79 der Trommel 8o mittels einer federbelasteten Nabe 86 o.
dgl. derart befestigt, daß bei drehendem Zahnrad 85 die Welle 79 und damit die Trommel
8o mitgedreht wird, wenn die Bremse 83 gelöst ist. Parallel zur Achse der Schreibtrommel
8o ist ein zweiter Synchronmotor 47 angeordnet. Auf seiner verlängerten Welle 88
sitzen ein oder mehrere Stirnräder 89, die mit dem Zahnrad 85 der Trommel in Eingriff
kommen können. Außerdem ist auf der Welle 88 ein Schneckenrad so angeordnet, das
mit einer Schnecke 91 im Eingriff steht. Der Antrieb der Schreibvorrichtung erfolgt
durch den Motor 52, der mit seiner Welle 93 parallel zur Welle 88 angeordnet ist.
Auf der Motorenwelle 93 sind zwei Antriebsscheiben 94 und 95 befestigt, und zwischen
diesen Antriebsscheiben ist eine dritte Scheibe 96 mittels einer biegsamen Welle
97 drehbar gelagert, die senkrecht zur Achse des Motors 52 steht und die Schnecke
91 trägt.
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Die Scheibe 96 kann mit jeder der beiden Antriebsscheiben 94 und
95 in Berührung gebracht werden. Die Welle 97 wird durch ein mit einem Rahmen 98
verbundenes Lager getragen. Am Rahmen ist einerseits ein Magnet 54 befestigt und
andererseits eine Schraubenfeder 99 eingehängt, deren eines Ende an einer Lagerbüchse
eingehängt ist.
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Die Feder ist bestrebt, die Umkehrscheibe 96 gegen die Antriebsscheibe
94 zu drücken.
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Wird dagegen der Magnet 54 erregt, so kommt die Umkehrscheibe 96 mit
der Antriebsscheibe 95 in Berührung. Die Drehrichtung der Welle 97 und der Sehned<e
9t kehrt sich um. Dies verursacht auch eine Änderung des Drehsinnes der Welle 88
des Rades 85 und des Synchronmotors 47.
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Abb. 1 zeigt das elektrische Leitungsschema. Die beiden Synchronmotoren
38 und 47 sind an den durch einen Schalter 49 zu betätigenden Stromkreis 48 angeschlossen.
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Dieser Kreis wird z. B. von einer Stromquelle mit 110 Volt und 60
Perioden-Einphasenwechselstrom gespeist. Die Synchronmotoren 38 und 47 sind untereinander
durch drei weitere Leitungen 50 miteinander verbunden.
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Der Primär- und Erregerkreis eines Relais 56 besteht aus der Leitung
35, die die Spindel 30 verbindet, und einer Leitung 36, die den Hebel 10 mit einem
Stromkreis 59 verbindet. In der Leitung 36 ist eine hochohmige Widerstandsspule65
des Relais 56 eingeschaltet. Diese Spule kann auch statt mit der Leitung 36 mit
der Leitung 35 verhunden sein. Die unmittelbare Verbindung der Leitung 35 mit der
Mutter 28 oder mit der Spindel 30, und der Leitung 36 mit dem Hebel I0 oder der
Wand des Dehnungsmeßgerätes 8 (Abb. I und 4), kann durch mittels bare Verbindungen
ersetzt werden. * Beispielsweise könnte der Draht 36 mittels des Drahtes 36a init
einem der Einspannköpfe 4 oder einem anderen Teil in elektrisch leitender Verbindung
mit dem Probestab stehen und damit mit dem Hebel 10 der Prüfmaschine. Der Draht
35 kann mittels eines Drahtes 35o mit einer Bürste 66 oder einem anderen Kontaktmittel
mit dem Kupplungsglied 44 verbunden sein, welches seinerseits in leitender Verbindung
mit der Leitspindel 30 steht (Abb. I und 3).
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Das Kupplungsglied 44 ist vom Synchronmotor 38 und damit von den
übrigen Teilen des Systems ebenfalls elektrisch isoliert. Bei dieser Ausführung
ist keine ständige Verbindung zwischen dem Dehnungsmeßgerät 8 und den übrigen Teilen
des Systems nötig, und es ist nicht erforderlich, irgendwelche Drähte am Element
8 anzuordnen.
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Der Primärkreis des Relais 56 wird geschlossen, wenn die Spindel
30 den Hebel 10 berührt. Ist dann der Schalter ebenfalls geschlossen, so wird die
Relaisspule 65 erregt.
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Diese Spule, die hochempfindlich ist, bewirkt, daß ein Relaisschalter
67 im Sekundärkreis geschlossen wird.
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Zu dem Sekundärkreis des Relais 56 gehören die Leitungen 69 und 70,
welche mit dem Kreis 59 verbunden sind, der Elektromagnet 54 und der Relaissehalter
67.
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Wenn der Kontakt 6 geschlossen wird, wird der Magnet 54 durch die
Batterie 60 erregt.
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Der Antriebsmotor 52 für die Registriereinrichtung ist mit einem
Stromkreis 72 versehen, der mit dem Feld verbunden ist, während ein anderer Stromkreis
73 mit seinem Anker in Verbindung steht. Im Ankerkreis 73 kann ein Ohmscher Widerstand
74
vorgesehen sein, um die Geschwindigl:eit des Motors zu steuern.
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Um das Dehnungsdiagramm mit der beschriebenen Vorrichtung aufzuzeichnen,
geht man wie folgt vor: Der Prüfling 2 wird zwischen die Einspannbacken 4 der Prüfmaschine
6 eingespannt. Das Dehnungsmeßgerät 8 wird am Prüfling angesetzt, und zwar so, daß
die Schneide 11 des Hebels 10 möglichst senkrecht zur Oberfläche des Prüflings steht.
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Die Leitspindel 30 ist in der Büchse nach außen geschraubt und ist
in dieser Stellung nicht mit dem Hebel 10 in Kontakt. Der Synchronmotor 38 wird
in seine Arbeitsstellunggeschwenkt und mittels der Kupplung 4 mit der Leitspindel
verbunden. Der Schalter 49 im Erregerstromkreis 48 wird geschlossen, wodurch der
Motor 38 mit dem Motorgenerator 47 synchron zusammengeschaltet ist. Die Bremse 83
auf der Registriertrommel So wird zur Wirkung gebracht.
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Der Schalter 61 im Stromkreis 59 wird hierauf geschlossen, wodurch
der Antriebsmotor 52 in Umdrehung versetzt wird. Die Feder 99 hält die Umkehrscheibe
96 gegen die Antriebsscheibe 94. und die Schnecke 9I, die Welle 88, das Zahnrad
85 sowie der Niotorgenerator 47 werden in Drehung versetzt, während die Trommel
80 noch stehenbleibt. Der Synchronmotor 38 dreht sich genau mit der gleichen Drehzahl
wie der Synchrongenerator 47; dadurch schraubt sich die Spindel 30 in der Mutter
28 nach innen. Diese Bewegung dauert so lange, bis der Kontakt 31 dr Spindel 30
den Kontaktknopf 12 des Hebels 10 berührt. In diesem Augenblick wird der Primärkreis
35. 36 über das empfindliche Relais 56 geschlossen, die Relaisspule 65 wird erregt
und der Sehalter 67 im Sekundärkreis geschlossen. Der Magnet 54 wird dadurch erregt
und bringt die Umkebrscheibe 96 in Berührung mit der Antriebsscheibe 95. Der Drehsinn
der Schnecke 91 ändert sich. Der Synchrongenerator 47 erhält einen Impuls und verstellt
seinerseits den Svnchronmotor 38 in gegenläufigem Sinne, Die Gewindespindel 30 gleitet
nach außen und entfernt sich vom Hebel 10. Der Primärkreis des Relais wird geöffnet
und die Erregung der Spule 65 unterbrochen. Dadurch wird der Schalter 76 geöffnet,
wodurch die Erregung des Sekundärkreises und des Älagneten 54 unterbrochen wird.
Die Feder 99 zieht die Umkehrscheibe 96 in ihre Ausgangslage zurück, das heißt,
sie bringt sie in Berührung mit der Antriebsscheibe 94. Die ganze Einrichtung dreht
sich wieder in demselben Sinne wie am Anfang.
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Die Wirkungsweise des Dehnungsmeßgerätes ist folgende: Zu Beginn
des Versuches wird nach Einschalten der Vorrichtung gemäß nachsteheuder Beschreibung
der Kontakt 31 der Gewindespindel 30 mit dem Kopf 12 des Hebels 10 in Berührung
gebracht. Der Zeichenstift 76 wird in Berührung mit dem auf der Trommel befindlichen
Zeichnungsblatt gehracht. Die Reibungskupplung 83 wird gelöst, wodurch die Trommel
8o mit dem Zahnrad 85 in Drehung versetzt wird. Hierauf belastet m. t allmählich
den Prüfling in bekannter Weise.
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Der Zeichenstift 76 bewegt sich in der Nchsenrichtung der Trommel
über das Registrierblatt. Der zurückgelegte Weg ist proportional zur ausgeübten
Beanspruchung. Dehnt sich der Prüfling, so folgt die Schneide II dieser Bewegung,
wobei sich der Hebel 10 um den Zapfen 14 dreht. Der Knopf 12 entfernt sich von der
Kontaktstelle der Spindel 30, wodurch die vorerläuterten Vorgänge ausgelöst werden
und der Generator 47 einen Impuls auf den Motor 38 vermittelt. Dieser verdreht die
Spindel 30. Die Bewegung der Spindel 30 dauert so lange, bis erneuter Kontakt mit
dein Knopf 12 eintritt. Nuf diese Weise wird die Registriertrommel in bezug auf
den Schreibstift um einen kleinen Winkel verdreht und eine Kurve 82 aufgezeichnet.
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Die Bewegungsschritte erfolgen so kurz aufeinander, daß die Aufzeichnung
als eine stetige Kurve erscheint, das heißt, die Bewegung der Trommel erfolgt praktisch
verhältnisgleich zur Formänderung des Prüfstückes.
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Versuch und ufzeichnung können bis zu jedem beliebigen Punkt weitergeführt
werden, z. B. bis kurz vor dem Eintreten des Bruches. Es kann wünschenswert sein,
eine Aufzeichnung zu erhalten, die den ganzen Streckvorgang zeigt, um anschließend
noch die Bruehfestigkeit des Prüflings aufzuzeichnen. Die Aufzeichnung wird in der
üblichen Weise so weit durchgeführt, bis die Streckgrenze genügend überschritten
ist; dann werden die Schalter 6I und 49 geöffnet, der Motor 38 von der Spindel 30
losgekuppelt und das Dehnungsmeßgerät 8 vom Prüfling entfernt.
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Diese Vorkehrungen können rasch und ohne Unterbrechungen des Versuches
vorgenominden werden. Die Aufzeichnung der Formänderung ist nun unterbrochen, da
die Motore abgeschaltet sind und die Trommel somit stillsteht. Die Aufzeichnung
bis zum Bruch des Prüflings besteht alsdann in einer in der Längsrichtung des Blattes
verlaufenden Linie.
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Die beschriebene Vorrichtung kann auch dazu dienen, Versuche und
Aufzeichnungen vorzunehmen, bei denen der Prüfling wieder holt belastet und bis
zu jedem belichigeii Punkt wieder entlastet wird. Die Vorrichtung eignet sich nicht
allein für Zugversuche
und Druckversuche, es können auch andere
Formänderungen aufgezeichnet werden.
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Glühgitterröhren und Verstärkerröhren oder andere elektrische Verstärkermittel
können an Stelle des Relais verwendet werden. Eine andere Ausführungsform besteht
darin, daß der den Magneten 54 beherrschende Schalter 67 durch einen den Motor steuernden
Umkehrschalter ersetzt wird. Bei dieser Ausführungsform kann das mechanische Triebwerk,
bestehend aus den Antriebsscheiben 94, 95 der Umkehrscheibe 96, der Feder 99 und
dem Magneten 54 vermieden und die Schnecke 91 unmittelbar auf der Welle des Motors
52 angeordnet werden.
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Die beschriebene Vorrichtung kann mit jeder beliebigen Übersetzung
ausgeführt werden. Die Übersetzung ist bestimmt durch die Prüflänge des Probestückes,
ferner durch das Ubersetzungsverhältnis des Hebels 10, die Gewindesteigung der Leitspindel
30, den Durchmesser der Registriertrommel und das Übersetzungsverhältnis der Zahnräder
85 und 89. Eine Schnecke und ein Schneckenrad können ebenfalls zwischen den selbstsynchronisierenden
Motor 38 und die Leitspindel eingeschaltet sein. Mit dieser Anordnung können Übersetzungsverhältnisse
von I6000 : I mit befriedigenden Resultaten erzielt werden.
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Bei so hohen Vergrößerungen muß die Formänderungsgeschwindigkeit bzw.
die Belastungsgeschwindigkeit natürlich klein sein, um gute Resultate zu erhalten.
Praktisch befriedigende Versuche mit Übersetzungen von 400 : I und 1000 : 1 können
jedoch bereits bei einer Formänderungsgeschwindigkeit von 8 mm in der Minute auf
eine Prüflänge von 25 mm erhalten werden. Außerdem besteht die Möglichkeit, die
Vorrichtung so auszubilden, daß sie mit verschiedenen Übersetzungszahlen betrieben
werden kann, indem beispielsweise umschaltbare Zahnradvorgelege vorgesehen werden.
Die beschriebene und dargestellte Vorrichtung ermöglicht es, bei den üblichen Prüfungsgeschwindigkeiten
genaue und zuverlässige Aufzeichnungen zu erhalten.