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Vorrichtung zur Durchführung von Zeitstandversuchen
Werkstoffe, welche
im Betrieb während einer längeren Zeit thermischen und statischen Beanspruchungen
ausgesetzt sind, müssen zur Bestimmung ihrer Eigenschaften vor allem auf ihre Neigung
gegen Warmversprödung geprüft werden. Die hierauf gerichteten Versuche, die als
Zeitstandversuche bezeichnet werden, sollen die Spannungsbruchzeiten ermitteln.
Es wird einmal das Fließen des Werkstoffes unter thermisch-statischen Beanspruchungen
in längeren Zeiträumen gemessen und darüber hinaus die bei einer bestimmten Temperatur
und Belastung bis zum Bruch des Stabes abgelaufene Zeit festgelegt. Als Prüfgeräte
dienen bisher die zur Ermittlung der Dauerstandfestigkeit entwickelten Vorrichtungen.
Diese genügen jedoch nicht den besonderen Anforderungen des Zeitstandprüfverfahrens,
weil jedesmal nur ein Prüfling untersucht werden kann.
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Die Erfindung hat ein Gerät verwirklicht, mit welchem gleichzeitig
beliebig viele Zeitstandprüfungen sich durchführen lassen, wobei das Verhalten der
einzelnen Werkstoffe in der Wärme bli.s zum Bruch unabhängig voneinander festgelegt
wird.
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Das Neue wird insbesondere darin gesehen, daß in einem Ofen 11 eine
Anzahl von Prüfstäben 1 bis 10 beliebig nebeneinander eingesetzt sind, von denen
jedem ein Belastungssystem 1a bis 10a zugeordnet ist.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in einer beispielsweisen
Ausführungsform dargestellt, und zwar zeigt Abb. I eine Vorderansicht des Zeitstandprüfers
gemäß der Erfindung, Abb. 2 eine schematische Draufsicht der Abb. I, Abb. 3 eine
Vorderansicht eines Belastungssystems, Abb. 4 eine Ansicht der Abb. 3 mit dem im
Schnitt dargestellten Ofen und einer Öldämpfung, Abb. 5 und 6 die Windungen des
elektrischen Widerstandsmaterials im Ofen, Abb. 7 die Öldämpfung im vergrößerten
Maßstabe, Abb. 8 und 9 Ansichten von Meßgeräten und deren Befestigungen.
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Der Zeitstandprüfer im Sinne der Erfindung besteht im wesentlichen
aus dem elektrisch beheizten Ofen 11 und der Gewichtsbelastung für die Prüflinge.
Um gleichzeitig die Prüfung einer Vielzahl von Stäben durchführen zu können, sind
beliebig viele Prüflinge in dem Ofen 11 nebeneinander angeordnet. In dem dargestell,ten
Beispiel können zehn Stäbe gleichzeitig einer Prüfung unterzogen werden. Es ist
zweckmäßig, die Prüflinge 1 bis 10 in einer Reihe nebeneinander anzuordnen. Es liegt
im Wesen der Erfindung, diaß jeder Prüfstab für sich ein eigenes Belastungssystem
1a bis 10a besitzt.
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Diese Belastungssysteme liegen, wie aus Abb. 2 hervorgeht, wechselweise
zu beiden Seiten der Prüflinge 1 bis 10.
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Jedes Belastungssystem besteht aus dem oberen Waagebalken 12, welcher
als doppelarmiger Hebel ausgebildet ist. An dem einen Ende dieses Balkens greift
die obere Haltevorrichitung eines Prüflings an, während das andere Ende mittels
einer Zugstange 13 mit dem unteren einarmigen Belastungshebel 14 in Verbindung steht:
Der Drehpunkt des Waagebalkens 12 liegt in einer Pfanne 15. Letztere sitzt an dem
Ende einer Schwinge I6 (Abb. 3). Das andere Ende des Schwenkhebels 16 legt sich
gegen einen Exzenter 17. Dieser sitzt aufeinem Schneckenrad 18, welches mittels
einer Schnecke 19 in Umdrehung versetzt wird. Bei Verdrehung der Schnecke 19 findet
eine Schwenkung des Hebels I6 um den Drehpunkt 20 statt. Das hat zwangsläufig zur
Folge, daß die Pfanne 15 in senkrechter Richtung eine Verlagerung erhält. Auf diese
Weise ist es möglich, dem Fließen des Prüflinge im belasteten Zustand durch Nachstellen
der Bel.astungshebel stoßweise zu folgen. Der Belastungshebel 14 ist als einarmiger
Hebel ausgebildet und nimmt an seinem Arm ein Laufgewicht 21 auf. Durch Verstellen
des Abstandes des Laufgewichts vom Drehpunkt 22 des einarmigen Hebels. 141 erfolgt
die Einstellung der jeweils geforderten Prüfbelastung.
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Das freie Ende des einarmigen Hebels 14 liegt gegen eine Rolle 231
(Abb. 4), welche an dem Ende einer Kolbenstange 24 drehbar gelagert ist. Das gegenüberliegende
Ende der Kolbenstanige 24 sitzt an einem frei schwebendem Kolben 25 (Abb. 7).
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Letzterer ist mit einem Gewicht 26 gegenbelastet, um die Rolle 23
ständig gegen das freie Ende des Hebels 14 leicht anzudrücken. Ferner weist der
frei schwingende Kolben 25 ein oder mehrere Ausgleichskanäle 27 auf. Die beim Zubruchgehen
eines der Prüflinge während der Zeitstandprüfung auftretenden Stiße werden zwangsläufig
von dem frei schwebenden Kolben 25 aufgefangen. Infolge der Anordnung der Ausgleichskanäle
spielt sich der Kolben 215 nach einer gewissen Zeit entsprechend der Dauerbelastung
in seinen Zylinder 28 ein.
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In das untere Ende einer Einspannvorrichtung 29 (Abb. 4) für einen
jeden Prüfling greift ein Keil 30 ein. Letzterer enthält seine Verschiebung durch
einen Schraubentrieb 31, welcher mittels einer Handkurbel 32 od. dgl. in Umdrehung
versetzt wird. Der Keil 30 drückt gegen eine Rolle 33. Durch das Eingreifen des
Keils 30 in den unteren Teil der Haltevorrichtung 29 sowie durch die ballige Ausbildung
seiner Rollbahn wird ein Verwinden des Prüflings sowie ein schräger Zug bei der
genauen Einstellung der Prüflast vermieden. Infolgedessen sind schädliche Spannungen
im Prüfling von vornherein ausgeschlossen.
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Während der Durchführung von Zeitstandprüfungen ist dafür Sorge zu
tragen, daß der mit seinen Meßgeräten allseitig umgeschlossene Prüfling gleichmäßig
erhitzt wird. Diese Wirkung läßt sich zweckmäßig dadurch erreichen, diaß die Windungen
in dem elektrischen Widerstandsofen entsprechend dem Temperaturbedarf verlaufen.
Sie müssen wegen des Wärmeflusses oben und unten dichter aneinanderliegen als im
Bereich des Prüflings, wie es aus den Abb. 4i und 5, hervorgeht. Eine gleichmäßige
Temperaturverteilung innerhalb des Ofens entsteht auch dadurch, daß jeder Prüfling
in eine besondere Röhre 34 (Abb. 4 und .6) eingesetzt ist.
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In das obere Ende der oberen Einspannvorrichtung 35 (Abb. 4) ist
eine Schraube 36 eingesetzt, welche durch eine von Hand betätigte Rändelscheibe
37 eine Axialverschiebung erhält. An dieser Schraube ist eine Pfanne 38 befestigt,
welche das freie Ende des doppelarmigen Waagebalkens 12 erfaßt. Mit Hilfe der Schraube
36 ist es möglich, eine Grobeinstellung des Hebelsystems im unbelasteten Zustand
zu erzielen. Das Nachstellen im belasteten Zustand erfolgt dagegen mit Hilfe der
Kurbel 32 und des Keiles 30.
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Um genaue Dehnungsmessungen bei der Zeitstandprüfung durchzuführen,
muß für eine geeignete Befestigung der Meßfeder am Prüfling gesorgt werden. Gemäß
Abb. 8 entsteht eine solche Befestigung durch diametral gegenüberliegende Körner
39 bis 42, welche in einer kasten- oder U-förmigen Klammer 43 ihren Halt finden.
Tritt eine Längenänderung des Prüflings ein, so verschiebt die eine Meßfeder 44,
mit ihrem oberen Ende einen Stößel 45 der Meßuhr 46, welche an dem oberen Ende der
anderen Meßfeder 47 sitzt. Zur Messung der Längenänderung mit optischer Kennzeichnung
ist es auch möglich, an sich bekannte Spiegel zu verwenden, wie in Abb. g dargestellt
ist. Auch hier finden kasten- oder U-förmige Klammern 43 Anwendung, durch welche
die diametral gegenüber-
liegenden Körner 39 b.is 42 fest eingespannt
werden. Um einen festen Sitz der Spiegelschneide zu erzielen, sind in den Meßfedern
Ausnehmungen angebracht, wodurch der Spiegel eine Dreipunktlagerung erhält. Die
Festklemmung der Spiegelschneiden 49 erfolgt durch eine an s;ich bekannte Spange
50. Die Festklemmung des oberen Endes der inneren Meßfedern an der Einbauvorrichtung
des Prüfl..ings I bis 10 erfolgt ebenfalls durch eine Spange 51.