DE8118255U1 - "Sand testing device" - Google Patents

"Sand testing device"

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DE8118255U1
DE8118255U1 DE8118255U DE8118255DU DE8118255U1 DE 8118255 U1 DE8118255 U1 DE 8118255U1 DE 8118255 U DE8118255 U DE 8118255U DE 8118255D U DE8118255D U DE 8118255DU DE 8118255 U1 DE8118255 U1 DE 8118255U1
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G01N3/10Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure

Description

GEORG FISCHER AKTIENGESELLSCHAFT, 8201 Schaffhausen GEORG FISCHER AKTIENGESELLSCHAFT , 8201 Schaffhausen

2170/GAP / 22.4.1981 / Li-bs /2170 / GAP / April 22, 1981 / Li-bs /

SandprüfgerätSand tester

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sandprüfgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a sand testing device according to the preamble of claim 1.

Es sind Sandprüfgeräte bekannt wie z.B. der Festigkeitsprüfapparat Typ PFG der Firma GEORG FISCHER AG (Prospekt GM 711-26.1/1) wobei ein Prüfkörper zwischen einen feststehenden und einen beweglichen Backen eingespannt werden. Der bewegliche Backen wird sodann mittels einer Drehspindel in Richtung auf den anderen Backen vorgetrieben bzw. belastet. In der Kraftübertragungskette ist ein Druckmesser eingebaut, dessen Messgrösse an ein Manometer übertragen wird. Der Druck, der im Augenblick des Bruchs des Probekörpers gemessen wird muss als spezifische Druckfestigkeit abgelesen werden.Sand testing devices are known, such as the strength testing device Type PFG from GEORG FISCHER AG (prospectus GM 711-26.1 / 1) with a test body between a stationary and a movable jaw. The movable jaw is then made using a rotating spindle driven or loaded in the direction of the other jaws. In the power transmission chain there is a Built-in pressure gauge, the measured value of which is transferred to a manometer. The pressure at the moment of the break of the test specimen is measured must be read off as the specific compressive strength.

Ein anderes Gerät dient zur Bestimmung der Biegefestigkeit, wobei ein Normstab aus verdichtetem Sand auf zwei Schneiden gelegt und mittels einer dritten Schneide von der anderen Seite her zwischen den beiden Stützschneiden belastet wird. Auch hier wird der Druck beim Bruch gemessen und die spezifische Biegefestigkeit abgelesen.Another device is used to determine the flexural strength, with a standard rod made of compacted sand on two cutting edges and is loaded by means of a third cutting edge from the other side between the two supporting cutting edges. Here, too, the pressure at break is measured and the specific flexural strength read off.

Die Verdichtbarkeit des Sandes wurde bisher mittels eines weiteren Gerätes gemessen (+GF+-Prospekt Nr. GM 711-20/1) , wobei eine zylindrische Sandschüttung durch einen Kolben unter einer bestimmten Kraft komprimiert und dadurch verdichtet wird, wobei die Höhenverminderung bei einer gewissen Kraft ein Mass für die Verdichtbarkeit darstellt.The compressibility of the sand has so far been measured using another device (+ GF + brochure no. GM 711-20 / 1), whereby a cylindrical sand bed is compressed by a piston under a certain force and thereby compacted where the reduction in height at a certain force is a measure of the compressibility.

Alle diese Apparate haben den Nachteil, dass sie immer nur für eine Art von Prüfung verwendbar sind, und auch nur jeweils einen Messwert liefern.All of these devices have the disadvantage that they can only ever be used for one type of test, and even only each deliver one measured value.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, diesen Nachteil zu beheben und ein Gerät vorzuschlagen, mit welchem mehrere Prüfungen verschiedener Art durchführbar sind, wobei Gerätekomponenten, welche bei mehreren Prüfungen eingesetzt werden nur mehr einmalig ausgeführt werden wobei auch eine Kosteneinsparung erfolgt. Das Gerät soll ausserdem eine einfachere Ablesung der gemessenen Werte ermöglichen.The invention has the task of eliminating this disadvantage and proposing a device with which several tests of various types can be carried out, with device components that are used in several tests only be carried out once, which also results in cost savings. The device should also make reading easier of the measured values.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch ein Sandprüfungsgerät der eingangs genannten Art gelöst, welches ferner die im Kennzeichen des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale aufweist.According to the invention, this object is achieved by a sand testing device of the type mentioned at the outset, which also has the features listed in the characterizing part of claim 1.

Die erfindungsgemässen Merkmale ermöglichen die Prüfung der Druck- und Biegefestigkeit sowie die Verdichtbarkeit von aus Giessereisand bestehenden Probekörpern bzw. Sandschüttungen mit einem Prüfgerät, wobei durch umschalten der Schaltkreise die jeweilige Prüfart einstellbar und die Messergebnisse einfach feststellbar sind.The features according to the invention enable the test the compressive strength and flexural strength as well as the compressibility of test specimens made of foundry sand or sand fillings with a test device, whereby the respective test type can be set by switching the circuits and the measurement results are easy to determine.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.Further advantageous refinements of the invention are characterized in the dependent claims.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 schematisch die Aktionseinheit des PrüfgerätesFig. 1 schematically the action unit of the test device

bis 3 bei drei verschiedenen Prüfungsarten, und 5to 3 for three different types of exams, and 5

Fig. 4 die Auswerteeinrichtung im Blockschaltbild.4 shows the evaluation device in a block diagram.

In der Fig. 1 ist in einem, mittels Säulen 411 auf einer Grundplatte 4' ruhenden Gehäuse 4 schematisch ein Druckgefäss 1 mit doppel wirkendem Zylinder 1* dargestellt, in welches durch Oeffnen des Ventils Vl Druckluft von einem nicht dargestellten Kompressor her eingeleitet werden kann. Ein Ventil V2 dient dem Ablassen der Druckluft. Mit dem Gefäss 1 ist ferner ein Manometer 2 verbunden, welches immer den aktuellen Druck im Gefäss 1 anzeigt.In Fig. 1, a pressure vessel 1 with double-acting cylinder 1 * is shown schematically in a housing 4 resting by means of columns 4 11 on a base plate 4 ', into which compressed air can be introduced from a compressor, not shown, by opening valve V1 . A valve V2 is used to discharge the compressed air. A manometer 2, which always shows the current pressure in the vessel 1, is also connected to the vessel 1.

Von unten her ragt ein Schiebekolben 5 mit einer Kolbenstange 3 in das Gefäss 1, welcher mit einer Kraft,welche gleich ist dem Druck im Gefäss 1 multipliziert mit demA sliding piston 5 with a piston rod 3 protrudes from below into the vessel 1, which with a force which is equal to the pressure in the vessel 1 multiplied by the

Querschnitt des Kolbens 5 nach untenCross section of the piston 5 downwards

gedrückt wird. Der Druckzylinder ist als Doppelwirkzylinder ausgeführt, wobei die beiden Ventile Vl und V2 beim Abwärts- und Aufwärtsfahren des Kolbens 5 jeweils entgegengesetzte Funktionen haben. Auf diese Weise wird beim Abwärtsfahren durch das Ventil Vl Druckluft in den oberen Zylinderteil eingelassen, während die vom unteren Zylinderteil durch das Ventil V2 entweicht, und beim Aufwärtsfahren umgekehrt. Die Kolbenstange 3 bildet gleichzeitig das Druckwerkzeug 3.is pressed. The pressure cylinder is designed as a double-acting cylinder, with the two valves Vl and V2 in the downward and upward movement of the piston 5 in each case opposite Have functions. In this way, when driving downwards, compressed air is passed through the valve Vl into the upper Cylinder part let in, while the one from the lower cylinder part escapes through valve V2, and when driving upwards vice versa. The piston rod 3 simultaneously forms the pressure tool 3.

Ebensogut könnten aber im oberen und unteren Zylinderteil jeweils ein Einlass- und ein Auslassventil vorgesehen sein. Die Geschwindigkeit und die Kraft des Kolbens ist durch die Strömungseigenschaften der Ventile bzw. den zeitlichen Verlauf des Druckaufbaus im Gefäss bestimmt.An inlet valve and an outlet valve could just as well be provided in the upper and lower cylinder parts. The speed and the force of the piston is determined by the flow properties of the valves and the time The pressure build-up in the vessel is determined.

Trifft der Kolben auf einen Widerstand, so wird die Bewegung verzögert oder stillgesetzt und der Druck im Gefäss steigt schneller an, bis bei Erreichen eines bestimmten Druckwertes der Widerstand überwunden ist, was sich in einer ruckartigen Entspannung des Druckes im Gefäss 1 und dem maximalen Ausfahrens des Kolbens bemerkbar macht. Dieser Ruck wird in einem Auswertegerät registriert und zusammen mit anderen Daten verarbeitet.If the piston encounters resistance, the movement is delayed or stopped, and so is the pressure in the vessel increases faster until the resistance is overcome when a certain pressure value is reached, which is reflected in a sudden relaxation of the pressure in the vessel 1 and the maximum extension of the piston makes noticeable. This jolt is registered in an evaluation device and processed together with other data.

Im dargestellten Fall der Fig. 1 weist das Druckwerkzeug an seiner Unterseite eine zylindrische Scheibe 6 auf, deren Durchmesser demjenigen eines ebenfalls zylindrischen Sandprobekörpers 7 entspricht, der in einer Schale 8 unter dem Kolben zentrisch angeordnet ist. Durch Oeffnen des Ventils Vl wird der Sandprobekörper 7 zwischen der Scheibe und dem Boden der Schale 8 unter Druck gesetzt, wobei der Druck so lange langsam und stetig gesteigert wird, bis der Probekörper zerdrückt wird. Zum Auffangen des dabei entstehenden Sandes wird der Probekörper 7 in der Schale angeordnet.In the case shown in FIG. 1, the pressure tool has a cylindrical disk 6 on its underside, whose diameter corresponds to that of a likewise cylindrical sand specimen 7, which is in a shell 8 below the piston is arranged centrally. By opening the valve V1, the sand sample 7 is placed between the disk and the bottom of the tray 8 is pressurized, the pressure being increased slowly and steadily until the specimen is crushed. In order to collect the sand that is produced in the process, the test specimen 7 is placed in the shell arranged.

In der Fig. 2 ist dasselbe Gerät dargestellt, wobei Teile welche die gleiche Funktion erfüllen wie in Fig. 1 weggelassen wurden. Im Unterschied zur Druckfestigkeit wird hier die Biegefestigkeit geprüft, wobei ein stabförmiger Probekörper 11 auf zwei Lagerschneiden 12 und 13 ruht und zwischen diesen von ober her durch eine Prüfschneide 14 belastet wird. Da die Durchbiegung des Stabes 14 eher vernachlässigbar gering ist, ist ebenso wie bei der Druckfestigkeitsprüfung nur der Druck interessant bei dem der Stab bricht.The same device is shown in FIG. 2, parts which fulfill the same function as in FIG. 1 being omitted became. In contrast to the compressive strength, the flexural strength is tested here, with a rod-shaped Test specimen 11 rests on two bearing cutting edges 12 and 13 and between them from above through a test cutting edge 14 is charged. Since the deflection of the rod 14 is rather negligible, it is the same as in the compressive strength test only the pressure at which the rod breaks is interesting.

Die Fig. 3 zeigt eine Anordnung zur Verdichtbarkeitsprüfung, wobei in ein Zylindergefäss 21 eine Sandschüttung 22 ohne Vorverdichtung eingebracht wurde, welche dann durch das Druckwerkzeug 3 bzw. durch die daran angeordnete ScheibeFIG. 3 shows an arrangement for testing compressibility, with a bed of sand 22 in a cylindrical vessel 21 without Pre-compression was introduced, which then by the pressure tool 3 or by the disk arranged thereon

bei der Abwärtsbewegung des Kolbens verdichtet wird. Der
Kolbenweg bis zum Stillstand desselben bei einem bestimmten Druck ist proportional zur Volumenabnahme der Schüttung und daher ein Mass für die Verdichtbarkeit.
5
is compressed during the downward movement of the piston. Of the
Piston travel until it comes to a standstill at a certain pressure is proportional to the decrease in volume of the bed and therefore a measure of the compressibility.
5

Zur Einstellung eines bestimmten Enddruckes wird anstelle des Ventils Vl der Fig. 1 ein Druckregelventil V3 geöffnet, welches den Druck im Gefäss nur auf einen bestimmten Wert ansteigen lässt, der dem Messdruck für die Verdichtbarkeit entspricht. Das Ventil V3 wird hierzu parallel zum Ventil Vl geschaltet, wobei für die ersten beiden Prüfmethoden
das Ventil Vl und für die Verdichtbarkeitsprüfung das
Ventil V3 geöffnet wird.
To set a specific final pressure, a pressure control valve V3 is opened instead of the valve Vl of FIG. For this purpose, the valve V3 is switched in parallel to the valve V1, with the first two test methods
the valve Vl and for the compressibility test the
Valve V3 is opened.

Die Fig. 4 zeigt ein Prinzipschaltbild der Auswerteeinrichtung, wobei die Eingangsgrössen von einer Druckmesseinrichtung und einer Wegmess-Einrichtung kommen, dem Quarzkristall 31 und dem induktiven Wegmesser 32. Der Quarzkristall ist zwischen zwei Längsteilen des Kolbens 5 oder des Druckwerkzeuges 3 angeordnet, welche bei Belastung
nach einer der Fig. 1 bis 3 zusammengepresst werden,
wobei der unter Druck stehende Quarz eine Piezoelektrische Spannung durch ein Kabel 35 an das Auswertegerät weiter
leitet.
4 shows a basic circuit diagram of the evaluation device, the input variables coming from a pressure measuring device and a displacement measuring device, the quartz crystal 31 and the inductive displacement meter 32
are pressed together according to one of Figs. 1 to 3,
the pressurized quartz passing a piezoelectric voltage through a cable 35 to the evaluation device
directs.

Die Wegmessung in dem Induktionsmesser erfolgt ebenfalls
auf bekannte Weise, wobei ein mit der Kolbenstange 3 verbundener ferromagnetischer Anker 34 bei Bewegung der Kolbenstange 3 mehr oder weniger weit in die Induktionsspule 33 hineingeschoben wird, so dass durch Messung der Induktion bzw. der Impedanz der Spule ein Wert für die genaue Position des Kolbens erhalten wird.
The path measurement in the induction meter is also carried out
in a known manner, a ferromagnetic armature 34 connected to the piston rod 3 being pushed more or less far into the induction coil 33 when the piston rod 3 moves, so that a value for the exact position of the piston can be obtained by measuring the induction or the impedance of the coil is obtained.

Im Verlauf einer Prüfung durchläuft einer der beiden oder auch beide Messwerte einen bestimmten Bereich, beispiels-In the course of a test, one of the two or both measured values runs through a certain range, for example

ft · · · ■ft · · · ■

weise von null bis zu einem bestimmten Maximalwert und springt hierauf beispielsweise beim Bruch des Probekörpers im Fall der Druckmessung auf einen niedrigeren Wert zurück, wobei der für die Auswertung interessante Maximalwert beispielsweise in einer "Sample-and-Holdschaltung" bzw. einem Maximalwertspeicher 47 gespeichert wird. Die Wegmessung bei der Verdichtbarkeitsprüfung braucht keine Speicherung, da der Kolben bei Erreichen des Messwerts zum Stillstand kommt und dort verbleibt bis der Druck entspannt wird.wise from zero to a certain maximum value and jumps to this, for example if the test specimen breaks in the case of pressure measurement back to a lower value, the maximum value of interest for the evaluation for example in a "sample-and-hold circuit" or a maximum value memory 47 is stored. The distance measurement in the compressibility test does not need to be Storage, since the piston comes to a standstill when the measured value is reached and remains there until the pressure is reached is relaxed.

Bei einem Biegeversuch, bei dem auch die Durchbiegung gemessen wird, wobei nach erfolgtem Bruch die Stellung des Kolbens im Moment des Bruches gemessen werden sollte, wäre eine Differenzierung des Wegsignals denkbar, wodurch der durch die ünstetigkeit des aktuellen Messwertes entstandene Impuls die Speicherung des Messwerts auslösen könnte.In a bending test in which the deflection is also measured, the position of the Piston should be measured at the moment of breakage, a differentiation of the travel signal would be conceivable, whereby the The impulse resulting from the discontinuity of the current measured value could trigger the storage of the measured value.

Diese Messmethode ist jedoch bei Sandprüfungen unwichtig da man es hier mit starren und spröden Prüfkörpern zu tun hat, die sich nur unwesentlich verbiegen bevor sie zu Bruch gehen.However, this measuring method is unimportant for sand tests, since one is dealing with rigid and brittle test specimens that bend only insignificantly before breaking.

Die Messwerte von den Wandlern 31 und 32 werden mittels Verstärkern 37 und 38 aufbereitet und in Operationsstufen 39, 40 und 40' entsprechend festgelegter mathematischer Formeln umgeformt, um aus den Druck- oder Wegwerten Absolutwerte für die Festigkeiten oder die Verdichtbarkeit zu erhalten, wobei die Operationsstufe 40 die Druckfestigkeit, die Stufe 40' die Biegefestigkeit und die Stufe 39 die Eichung des Wegsignals ergibt.The measured values from the converters 31 and 32 are processed by means of amplifiers 37 and 38 and in operational stages 39, 40 and 40 'according to the specified mathematical Formulas transformed in order to convert the pressure or displacement values into absolute values for strength or compressibility Obtained, with the operational stage 40 the compressive strength, the stage 40 'the flexural strength and the stage 39 the Calibration of the path signal results.

In den Formeln sind die geometrischen Werte der Prüfgeometrie und der Probekörper fest oder einstellbar enthalten. 35The formulas contain the geometric values of the test geometry and the test specimens, either fixed or adjustable. 35

It till · ItIt till It

Il I t t IIl I t t I

I I ■ II··I I ■ II ··

-T--T-

Um die Messwerte von Weg, Druck oder Festigkeiten anzeigen oder ausdrucken zu können, werden die Signale der Verstärker und Operationsstufen mittels Analog-Digital-Wandlern 41 bis 44 aufbereitet und einer 7-Segmentanzeige und einem Drucker 46 zugeführt, wobei durch einen Wählschalter S jeweils eine der Prüfarten vorgewählt werden kann.In order to be able to display or print out the measured values for displacement, pressure or strength, the signals from the amplifiers and operational stages prepared by means of analog-to-digital converters 41 to 44 and a 7-segment display and a printer 46, one of the test types being preselected by a selector switch S can.

f t f r < 4 -t »· t»f t f r <4 -t »· t»

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Zusamme nfassung Summary

Ein Sandprüfgerät verbindet mehrere Prüfmethoden in einem Gerät und spart dadurch Komponenten die bei Verwendung von Einzelgeräten jeweils mehrfach vorhanden sein müssen. Zur Prüfung der Druck- und Biegegestigkeit sowie der Verdichtbarkeit wird auf einen Probekörper (7, 11) bzw. auf eine Sandschüttung (22) Druck ausgeübt, wobei im Falle der beiden Festigkeitsprüfungen der Druck bzw. die Kraft im Moment des Bruchs und bei der Verdichtbarkeitsmessung der Verdichtungsweg bei einem bestimmten Druck gemessen wird. In einem Auswertegerät (37 - 44) werden die Messwerte, welche von einem Quarzkristall (31) der Kolbenstange (3) und dem Wegmesser (32) , der aus einer Induktionsspule (33) mit verschiebbarem Anker (34) besteht, aufbereitet and mittels fester Schaltungen weiter verarbeitet. Durch Vorwahl der gewünschten Messwertart wird diese angezeigt und/oder ausgedruckt.A sand tester combines several test methods in one device and thus saves components when using them of individual devices must be available several times. For testing the compressive strength and flexural strength as well as compressibility pressure is exerted on a test specimen (7, 11) or on a bed of sand (22), in the case of of the two strength tests, the pressure or the force at the moment of breakage and in the compressibility measurement the compression path measured at a certain pressure will. In an evaluation device (37 - 44) the measured values, which are obtained from a quartz crystal (31) of the piston rod (3) and the odometer (32), which consists of an induction coil (33) with a movable armature (34) and processed further by means of fixed circuits. This is displayed by preselecting the desired type of measurement and / or printed out.

Fig. 1 und 4Figs. 1 and 4

Claims (4)

PATENTANWÄLTE DIETRICH LEWINSKY HEINZOOACHIM HÜBER REINER PRIETSCH MÖNCHEN 11 GOTTHARDSTRs «1 G 81 18 255.4 15.9.1981 Georg Fischer AG 13.626 Schutzansprüche 2170/GAPPATENTANWÄLTE DIETRICH LEWINSKY HEINZOOACHIM HÜBER REINER PRIETSCH MÖNCHEN 11 GOTTHARDSTRs «1 G 81 18 255.4 15.9.1981 Georg Fischer AG 13,626 protection claims 2170 / GAP 1. Sandprüfgerät zur Prüfung von Giessereisanden bzw. von aus Giessereisand hergestellten Probekörpern (7, 11) mit einer Druckbeaufschlagungseinrichtung (1) einem Druckwerkzeug (3) mittels welchem der Druck auf den Sand (22) oder Probekörper aufbringbar ist sowie mindestens einem Druckmessgerät (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Druckwerkzeug (3) einen in einem doppelt wirkenden Druckluftzylinder (I') geführten Kolben (5) aufweist und mit je einer, elektrische Signale erzeugenden Wegmess-Einrichtung (32) und Druckmesseinrichtung (31) versehen ist.1. Sand tester for testing foundry sand or test specimens made from foundry sand (7, 11) with a pressure application device (1) a pressure tool (3) by means of which the Pressure can be applied to the sand (22) or test specimen and at least one pressure measuring device (2), characterized in that the pressure tool (3) is a double-acting compressed air cylinder (I ') has guided piston (5) and each with a displacement measuring device generating electrical signals (32) and pressure measuring device (31) is provided. 2. Sandprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Druckbeaufschlagungseinrichtung (1) ein Druckregelventil (V3) angeordnet ist.2. Sand testing device according to claim 1, characterized in that on the pressure application device (1) a pressure control valve (V3) is arranged. 3. Sandprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesseinrichtung ein im Druckwerkzeug (3) angeordneter Quarzkristall (31) ist.3. Sand testing device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the pressure measuring device is a quartz crystal (31) arranged in the printing tool (3). 4. Sandprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegmess-Einrichtung ein induktiver Wegaufnehmer (32) ist.4. Sand testing device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the displacement measuring device is an inductive displacement transducer (32).
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