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Vorrichtung zur Untersuchung der elastischen Eigenschaften von Materialien,
insbesondere von solchen flächenhafter Formgebung, wie Papier, Pappe, Metallfolien,
Kunststoffolien u. dgl.
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Der Erfindung liegt die aufgabe zugrunde, eine Vorriehtung zur Untersuchung
der elastischen Eigenschaften von Materialien, insbesondere onv solchen fl ächenhafter
Formgebung. ivie Papier, Pappe. Metallfolien, Kunststoffolien u. dgl., zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß der Biegungsweinkel des Prüflings
und der Drehwinkel eines die Wiegung oder Rückbiegung des Prüflings üher elastische
Zxvischenglieder bewirkenden Antriebes in Abhängigkeit voneinander i einem Diagramm
aufgezeichnet.
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I)as Diagramm der J\bl). I zeigt in seinem oberen Teil ein positives
Extrem eines Federstahl. bei welehm Vorwärts- und Rückwärtsmesseung infolge der
too0/oigen Elastizität und der o0/oigen Deformation (Plastizität) bei größerem kraftaufwand
im Diagramm keine Hysteresisschleife, sondern die gleiche, sich deckende Kurve a
zeigen. In dem unteren Diagramm der Abb. 1 ist ein Beispiel für das negative Extrem
eines Bleibleches oder einer Zinnfolie wiedergegeben, die bei niederer Biegekraft,
fasto0/oigerElastizität und nahezu 100%iger Plastizität einen entsprechend horizontalen,
in Richtung der Abszisse liegenden Verlauf der Biegekraft nimmt und daher fast die
ganze Energie zau ihrer Rückbildung benötigt (Kurve b der Abb. I).
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Einen dazwischenliegenden Fall zeigt die Kurve e der Abb. 2 eines
Kartons, der zur 90°-Ab-
winklung heispielsweise plus 150 g erfordert,
während der Umkehrmessung bei og 600 passiert und bei 0° noch minus 100 g Kraft
benötigt.
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Aus dem Verlauf der Schleife, aus den Maxima der positiven und negativen
Kraft, aus dem o-Gramm-Winkel, aus dem Verhältnis von o-Gramm-Winkel (Plastizität,
Biegsamkeit) zum Differnezwinkel 90° minus o-Gramm-Winkel (Elastizität) und aus
dem Verhältnis der positiven und negativen Momentflächen zueinander ergibt sich
die ganze Stoffcharakteristik.
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Die Einrichtung besteht aus einer Einspannvorrichtung für den Prüfling
und Mitteln zum Abwinkeln und Zurückbiegen des eingespannten Prüflings, aus einem
elastischen Antrieb zur Erzeugung der Biege und Rückbiegebewegung und aus einem
Registreiergerät, dessen schreibender Teil in Abhängigkeit von dem unmittelbaren,
d.h. nicht elastisch gedämpften Drehmoment des Antriebs, dessen zu beschreibender
Teil in Abhängigkeit voll der Biege- bzw. Rückbiegebewegung des prüflings bewegt
wird oder umgekehrt. l)ie Al)l). 3 l)is 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer derartig
n Einrichtung, und zwar ;\bl>. 3 die Einrichtung im Aufriß. teilweise geschnitten,
Abb. 4 die eine Stirnansicht zu Abb. 3, Abb. 5 die andere Stirnansicht zu Al)l).
3, Abb. 6 den Grundriß zu Abb. 3.
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Eine in dem blaschinengestell I mit der Welle 2 gelagerte Trommel
3 trägt ein Schneckenrad 4, das von einer Schnecke 5 über ein Getriebe 6 (Untersetzung
1 : 30) angetrieben wird. Auf das Getriebe arbeitet ein Elektromotor 7, der, je
nach Polung. in beiden Drehrichtungen laufen kann (Reversiermotor). Im Innern der
Trommel 3 sintl zwei Differentialfedern (Spiralfedern) 8 untergel iracht, 4ie gegenläufig
wirken und mit ihren freien Enden an Justiervorrichtungen g der Trommel verankert
sind. Die Justiervorrichtungen bestehen einfach aus Winkeln. deren eine Schenkel
mit den Federenden fest verbunden sind, deren andere Schenkel je einen Bolzen tragen,
welcher einen kreisbogenförmigen Schlitz 10 der betreffenden Trommelostirnwand durchgreift
und an seinem freien Ende eine Feststellschraube 11 trägt. Mittels dieser Einrichtungen
kann somit der Verankerungspunkt der Differentialfedern an der Trommel verändert
werden. Die inneren Enden der Differentialfedern sind auf einer Welle 12 befestigt,
die frei in das Inllere der Trommel 3 greift und die Welle eines Waagelialkens I3
bildet. Die Welle ist in Kugellagern auf Lagerböcken des Maschinerngestelles gelagert.
l)er Waagebalken I3 ist mittels eines Gewiches 14 ausbalabncierbar; er trägt an
seinem einen Arm verschiebbar und feststellbar einen Schlitten 15. welcher als ein
eine Zugfeder I6 mit Spannschraube 17 einschließendes Gehäuse ausgebildet ist.
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Dieser Schlitten dient als der eine Einspannmechanismus des Prüflings
; der zugehörige Einklemmbacken ist mit 18 bezeichnet. Die Feststellung des Schlittens
in seiner jeweiligen eitsstellung auf dem als Schlittenführung ausgebildeten Arm
des waagebalkens erfolgt durch Klemmschrauben. Der andere Klemmbacken 19 ist durch
eine Spindel 20 horizontal und durch eine weitere Spindel 21 vertikal verstellbar.
Dieser Kleinmbacken bildet zugleich die mit einem Radius von beispielsweise 0. 2
mm gekrümmte Beiegekante für den eingespannten Prüfling (nicht gezeichnet0.
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Mittels der einstellspindeln 20 und 21 kann der Klemmechanismus 19
hzw. deswen biegekante genau auf die Achse der Welle 12 des waagebalkens bzw. auf
die neutrale Linie des 1 Prüflings eingestellt werden.
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Die Trommel 3 trägt an der einen Stirnseite ein Kegelrad 22 : dieses
kämmt mit einem Kegelrad 23 einer Schreibtrommel 24 im Übersetzungsverhältnis 1
: 1. Die Schreibrommel ist leicht drehbar in Spitzen gelagert; das eine Widerlager
25 ist, wie Abb. 3 zeigt, entgegen der Wirkung einer Rückilolfeder herausklappbar,
so daß die Schreibtrommel mühelos ausgewechselt und mit einem neuen Diagrammstreifen
belegt werden kann.
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Auf der Welle 12 sitzt fest ein Rad 26: diesem zugeordnet ist ein
Gegenrad 27 27 (auf Lagerböcken des Maschinenständers gelagert Über die beiden Räder
26 und 27 läuft ein endloser zug 28, au weichem ciii Schreibnapf 29 befestigt ist
BEi Drehung der Welle 12 des Waagebalkens 13 Bewegt sich somit der Schreibnapf 29
iii Abhängigkeit von dieser Drehbewegung entlang einer Matntellinie der Schreibtrommel
24 24 : bei der rückläufigen Bewegung des Waagebalkens in die Horizontallage bewegt
sich der Schreibnapf 29 wieder zurück. Die Schrenbtrommel 24 führt während dieser
Bewegungen des Schreibnapfes Drehbewegungen aus. und zwar während des Biegevorganges
in der einen Richtung. wahrend des Rückbiegevorganges in der Entgegengesetzten Drehrichtung.
Diese Drehbewegungen der schreibtrommel 24 sind unmittelbar durch die Trommel 3
übertragen, während, wie erwähnt. der Antrieb des Schreibnapfes 29 mittelbar von
der Trommel 3 aus über die Drehkraftspiralkfedern 8. also über elastische Zwischenglieder.
erfolgt.
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Die Kraftübertragung vom Motor 7 auf die Trommel 3 geschieht zweckmäßig
über zwei Getriebe mit je einer Schnecke, von denen die eine mit 5 bezeichnete bereits
erwähnt wurde; die zweite ist in Abbildung 3 zu sehcn. f)ie Untersetzung beträgt
beispielsweise 3000 : 100 : 100 : 1 Umdrehungen pro Minute, entsprechend einer Winkelgeshwindigkeit
der antreibenden Trommel 3 von 6° pro Sekunde.
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Der Biegewinkel, wekcehen der 1 Prüfling unhterworfen wird, soll
im Beispielsfalle 90 betragen.
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Nach Zurücklegung dieses Biegewinkels muß der Waagebalken I3 wieder
iii die llorizontallage zurückgedreht werdenw: dies geschieht odurch Umsteuerung
des Reversiermotors 7 automatisch. zu diesem Zwecke ist der Waagebalken 13 mit Kontakten
30.
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31 versehen, welche mit Gegenkontakten 32, 33 in Wechschwirkung arbetiten.
Die Gegenkontakte 32 entsprechen der Horizontallage des Waage balkens 13. die Gegenkontakte
33 der nach Zurück-
legung des Biegewinkels von 900 entstehenden
Vertikallage des Waagebalkens. Durch Druckknopfeinschaltung wird erreicht, daß der
Waagebalken nach Zurücklegung der 900 bei Berührung der Kontakte 33 den Antriebsmotor
7 für den Rücklauf umsteuert und bei Berührung der Kontakte 32 dann ausschaltet.
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Die Arbeitsweise ist folgende: In der horizontalen Nullage tles Waagebalkens
13 und bei Gleichgewichtszustand der beiden Drehkraftfedern 8 liegt der Schreil>napf
29 im Nullpunkt des Koordinatenkreuzes auf dem Diagrampapier. Letzteres trägt als
Ordiiiaten eine Grammeinteilung von plus über Null zu minus Gramm, tlie der Belastung
der Drehkraftspiralfedern 8 von der Trommel 3 aus entspricht. Als Abszissen sind
auf dem Diagrammpapier die Winkel von 0 bis 90° entsprechend der Drehung der Welle
12 und des Waagebalkens 13 von o bis 90° aufgetragen.
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Spannt man beispielsweise einen Stahlblechstreifen als Prüfling in
die Klemmen 18 und 19 und schaltet dann ein, so wird die erforderliche .21,-biegungskraft
des. Stahlbleches der Federkraft der Sprialfedern 8 entgegenwirken und sich ins
Gleichgewicht stellen; d. h. der Mantel deer Trommel 3 wird sich um einen größeren
Betrag drehen miissen als die Welle 12 des Waagebalkens 13. damit die letzterwähnte
Welle mitgenommen wird. Es entsteht also eine meßbare Winkeldifferenz zwischen dem
Biegewinkel des stahlblenchstreifens und dem Drehwinkel des Trommelmantels, die
mit der Biegekraft veränderlich ist und auf dem Diagrammpapier als Kurve bzw. Hystereissschleife
erscheint.
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Die Schreibtrommel 24 bewegt sich mit sleicher Winkelgeschwindigkeit
wie die Trommel 3. Auf den Schreibstift bzw. Schreibnapf hingegen wird die drehende
Bewegung des Waagebalkens 13 übertragen. Je weiter die Trommel 3 der Welle 12 voraneilt,
um so steiler wird die aufgezeichnete Kurve.
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Aus den Verlauf dieser Kurve ergibt sich somit dei gesamte Stoffcharakteristik,
handelt es sich, um auf die eingangs erwähnten diagramme der Abb. 1 und 2 Bezug
zu nehmen, beispielsweise uni Federstahl, so bewegt sich der schreibnapf 29 soweohl
bei seinem Vorwärts- wie bei seinem Rückwärtslauf auf der Kurve a. Handelt es sich
hingegen um Blei. so bewegt sich der Schreibnapf 29 bei seinem Vorwärtsgang auf
dem oberen Ast. bei seinem Rückwärstgang auf dem unteren Ast tier Kurve b und erzeugt
somit eiiie Hysteresisschleife. Dasselbe gilt iiei Prüfung von Karton (Abb. 2).
Hierbei wandert der Schreibnapf bei Vorwärtsgang atif dem polieren Ast. liei Rückwärtsgang
auf dem unteren Ast der Kurve c.
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Aus dem von der erindungsgemäßen Vorrichtung auftgezeichenten 1 Diagramm
können die Winkeldifferenz. damit das notwendige Drehmoment ung endlich die verschiedenen
Arbeitsbeträge ermitelt werden.