-
-
Verfahren und Maschine zum Messen der Ermüdung bei wechselnden Beanspruchungen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Maschine zum Messen der
Ermüdung bei wechselnden Beanspruchungen.
-
Man kennt bereits Maschinen dieser Art, mittels deren auf den Probestab
Drehschwingungen übertragen werden, und zwar entweder durch eine Kraft, die an den
beiden eingespannten Enden des Probestabes wirkt, oder durch eine Kraft, die an
einem Ende des Probestabes angreift, während lediglich das andere Ende eingespannt
ist.
-
Man kennt auch schon Maschinen, die den Probestab Wechselbiegungen
unterwerfen, und zwar entweder durch verwickelte Biegungen, die auf mehrfache, wie
Federelemente einer Kupplungsmuffe, verwendete Probestäbe zur Einwirkung gebracht
werden oder durch einfache Biegungen von konstanter Länge und veränderlicher Frequenz,
wobei die Schwingungen durch einen Antrieb aufrechterhalten werden, der ähnlich
demjenigen von elektrischen Klingeln ist.
-
Diese bekannten Maschinen weisen eine Anzahl Nachteile auf. In erster
Linie benötigen sie alle eine lange Reihe von Versuchen, die bis zum vollständigen
Bruch des Probe stabes durchgeführt werden müssen. Die Maschinen mit umlaufenden
Biegungen messen ferner ein Charakteristikum, welches nur in besonderen Fällen von
Interesse ist und dessen Verhältnis zu dem Widerstand bei der Ermüdung unter einfachen
Wechselbiegungen man nicht kennt. Diese gleichen Maschinen erfordern außerdem fabrikatorisch
hergestellte Probestäbe von manchmal große rem Durchmesser, was die Verwendung gewisser
üblicher Materialien (z. B. Bleche, federharten Metalls) bei diesen Maschinen ausschließt
oder
wenigstens verhindert, daß der Versuch an Rohblech in semem-Verwendungszustand
gemacht wird, was sehr wichtig ist. Die zur Zeit bekannten Måschinen mit Wechselbiegungen
haben ferner den Nachteil, daß nicht bestimmbare oder unbestimmbare Beanspruchungen
in dem Falle, wo die zusammengefaßten Probestäbe Kupplungsorgane bilden, eingeführt
werden und daß mit Frequenzen gearbeitet wird, die mit den Stärkenabmessungen sich
ändern und schlecht definierbare Momente, beispielsweise elektrische Kontakte, erfordern.
-
Die Erfindung, die vor allem den Zweck hat, diese Nachteile zu beheben,
besteht im wesentlichen darin, Wechselbiegungen auf den Probestab durch eine magnetische
oder elektromagnetische Wirkung auf-.zudrücken, die periodisch den Probestab in
einer Richtung senkrecht zu seiner Fläche beaufschlagt, wobei zur Erzielung einer
Höchstamplitude die natürliche Frequenz der Schwingungen - dieses Probestabes in
Synchronismus mit der wechselnden Frequenz der magnetischen oder elektromagnetischen
Wirkung geregelt wird.
-
Die vorliegende Erfindung bezweckt ferner eine Maschine, die es gestattet,
entsprechend &em-Widerstand bei den Wechselbeanspruchungen eine Ubereinstimmung
mit den obenerwähnten Verfahren vorzusehen. Diese Maschine besteht im wesentlichen
aus einer feststehenden Einspannstelle, in welche der Probestab an seinem einen
Ende eingespannt wird, ferner aus einer beweglichen Einspannstelle, die sich längs
des Probestabes zwischen seinem freien Ende und der festen Einspannstelle verschieben
kann, und deren Einstellung es gestattet, die wirklich verwendete Länge des Probestabes
(nachstehend mit Synchronismuslänge bezeichnet) zu bestimmen, und schließlich aus
einem mit Wechselstrom gespeisten Elektromagneten (oder einem ähnlichen Organ),
der periodisch das freie Ende des Probestabes in einer Richtung senkrecht zu seiner
Flächenebene beaufschlagt und auf diese Weise dem Probestab eine Schwingbewegung
erteilt.
-
Die bewegliche Einspannstelle wird in die Stellung übergeführt, für
welche die natürliche Schwingfrequenz der nutzbaren Länge des Probestabes synchron
mit der Frequenz des magnetischen Erregerfeldes ist oder ein Mehrfaches dieser Frequenz
beträgt; Die Stellung des Elektromagneten kann mit Bezug auf das Ende des Probestabes
verändert werden, um die Amplitude der Schwingungen zündern zu können.
-
Sollte der Probestab aus einem nichtmagnetischen Stoff sein, so wird
auf sein Ende ein magnetischer Teil aufgesetzt, auf den dann der Elektromagnet einwirkt.
-
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform unterwirft inan
den Probestab, sobald sich dieser in der richtigen Stellung befindet und so eingestellt
worden ist, daß seine eigene Frequenz derjenigen der auf- ihn aufgedrückten Wechselkräfte
entspricht, einer bestimmten und vorzugsweise nach Belieben änderbaren Wirkung,
die eine neue Regelung zu ergeben vermag, die, ganz verschieden vom vollkommenen
Synchronismus, diesem jedoch so nahe liegen kann, wie es erwünscht ist. Eine solche
Anordnung führt zu einer besonders hohen Empfindlidikeit für die Messungen.
-
Andere Anordnungen sind in der nachstehenden Beschreibung mit Bezug
auf die Zeichnungen dargelegt, wobei Beschreibung und Zeichnungen selbstverständlich
nur als ErLäuterungsbeispiele zu werten sind.
-
In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 und 2 in Ansicht bzw. in Draufsicht
schematisch eine Maschine zur Durchführung der Verfahren gemäß der Erfindung, wobei
die Maschine selbst gemäß der Erfindung ausgebildet ist, Fig. 3 schematisch eine
an diese Maschine gemäß der Erfindung anbringbare Meßvorrichtung, Fig. 4 bis 9 in
einer Teilansicht bzw. in Draufsicht (Teile sind geschnitten) bzw. in einem Schnitt
nach der Linie VI-VI der Fig. 4 bzw. in einer Endansicht bzw. in einem Schnitt nach
der Linie VIII-VIII der Fig. 5 und in einer Draufsicht nach der Linie IS-IX der
Fig: 4 eine nach einer anderen Durchführungsart der Erfindung hergestellte Maschine
zur Durchführung von Versuchen mit Wechselbeanspruchungen, Fig. 10 ein Schema eines
Relais, das an dieser Maschine angebracht und gemäß der Erfindung ausgeführt ist,
Fig. II bis 13 zeigen im vergrößerten Maßstab einen senkrechten Schnitt bzw. einen
Querschnitt nach der Linie XII-XII der Fig. ii bzw. eine Draufsicht auf eine Amplitudenmeßeinrichtung,
die an der Maschine angebracht und gemäß der Erfindung ausgebildet ist, Fig; I4
und I5 schließlich zeigen in Draufsicht bzw. im Schnitt nach der Linie XV-XV der
Fig. 14 verschiedene Elemente dieser Vorrichtung.
-
Gemäß der Erfindung und insbesondere gemäß denjenigen Anwendungsarten
sowie denjenigen Durchführungsformen ihrer verschiedenen Teile, denen scheinbar
der Vorzug zu geben ist, geht man zur Durchführung von Versuchen über Ermüdung bei
Wechselbeanspruchungen in folgender oder ähnlicher Weise vor: Man bringt die Wechselbeanspruchungen
auf einen freien Teil des Probestabes, der beispielsweise von Kluppen oder anderen
geeigneten Einspannwerkzeugen getragen wird, mittels eines elektromagnetischen Wechselstromfeldes
zur Einwirkung, dessen Frequenz im wesentlichen in Resonanz mit derjenigen des erwähnten
Probestabes gebracht wird, wobei man beispielsweise eine wie nachstehend beschriebene
Maschine verwendet.
-
Eine solche Maschine besteht im wesentlichen aus einem Gestell ist,
auf welchem eine feststehende Einspaunkluppe 200 und eine bewegliche Einspannkluppe
300 sich befinden, von denen die letztere in Längsrichtung verschoben werden kann,
um sich der festen Einspannkluppe 200 zu nähern oder den Abstand von dieser zu vergrößern.
-
Die bewegliche Einspannkluppe 300 wird auf festen Stangen 400 geführt,
die sich einerseits auf dem festen Einspannteil 200 und andererseits auf
einer
festen Querleiste 500 abstützen. Der beispielsweise aus einem Band aus Versuchsmaterial
gebildete Probestreifen 70 wird an einem seiner Enden fest in die Kluppe oder in
den Schraubstock 200 eingespannt. Der Probestreifen liegt andererseits mit schwacher
Reibung in der beweglichen Kluppe 300 und ragt über diese Kluppe 300 hinweg um eine
Länge 1 vor, die man aus später erkenntlich werden den Gründen die Svnchronismusllänge
bezeichnen kann.
-
An seinem freien Ende wird dieser Probestreifen der Wirkung eines
mit Wechselstrom versorgten Elektromagneten So unterworfen. Dieser Elektromagnet
so drückt auf den Versuchsstab eine Schwingliewegung in einer senkrecht zu seiner
Flachseite verlaufenden Richtung auf, wie dies aus den Strichelungen der Fig. 2
erkenntlich ist. Die Frequenz dieser Schwingbewegung ist gleich der Frequenz des
Erregerwecbselstromes oder ein Mehrfaches dieser Frequenz.
-
Wie erkenntlich, erfolgt die Anziehung, die der Elektromagnet auf
den Streifen ausübt, durch Änderung des umgebenden Feldes. Besteht der Probestab
70 aus unmagnetischem Stoff, so bringt man auf seinem freien Ende eine Masse go
aus magnetischem Material an. Vorzugsweise ist der Erregerstrom des Elektromagneten
ziemlich schwach, so daß die Maschine von einer Lichtleitung abgezweigt werden kann.
-
Die Verwendung dieser Maschine geschieht in folgender Weise: Nachdem
der Probestab 70 eingelegt und an einem Ende in die feste Einspannstelle 200 eingespannt
ist, führt man ein leichtes Klemmen der beweglichen Kluppe 300 herbei, so daß diese
sich jedoch noch längs des Probestabes 70 frei verschieben kann. Der Elektromagnet
80 wird nur schwach erregt oder in großer Entfernung eingestellt, und es wird für
die bewegliche Kluppe 300 eine Stellung gesucht, die eine große Amplitude ergibt.
Hierbei wird erkenntlich, daß die Amplitude für gewisse Stellungen durch ein Maximum
hindurchgeht. An diesem Zeitpunkt schwingt das Versuchsblatt in Synchronismus mit
seiner natürlichen Schwingfrequenz und der Frequenz des Wechselstromes. Es gibt
mehrere deutliche Synchronstellungen, die beispielsweise bei einer Erregung mit
6000 Frequenzen pro Minute (was einem Wechselstrom von 50 Perioden entspricht) Vibrationen
des Versuchsblattes mit der Frequenz I500, 3000, 6000, I2 000 entsprechen.
-
Die Erfahrung zeigt, daß bei dem vorstehenden Beispiel bei der Schwingungsfrequenz
6000 die Schwingungsamplitude des Versuchsstabes ihr Maximum erreicht. Es ist leicht,
diese Schwingungsfrequenz mittels eines Stroboskopes zu bestimmen.
-
Die Länge 1 des Probestabes, die diejenige Länge ist, bei welcher
der Stab in Synchronismus mit der Frequenz des Erregerstromes schwingt, kann man
mit Synchronismuslänge bezeichnen.
-
Diese Synchronismuslänge gestattet, den Elastizitätsmodul des Versuchsstoffes
zu messen oder ihn in einem beliebige Zeitpunkt abzulesen und zu überwachen. Dies
ist ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung.
-
Nach dieser Einstellung der Lage der beweglichen Kluppe 300 kann
man durch Verschiebung des Elektromagneten so solche Schwingungsamplituden erhalten,
so daß das Material in wenigen Minuten bricht. Man wird deshalb die Amplitudenregelung
so vornehmen, daß ein Beginn einer Rißbildung in vernünftigen Zeiten eintritt. Diese
Regelung der Lage des Elektromagneten So ist dadurch möglich, daß sein Gestell 100
auf Gleitführungen 110 und I30 mittels beispielsweise Schrauben 120 und I40 verstellt
werden kann.
-
Sobald der Probestab einen wenn auch nur ganz minimalen, sichtbaren
Riß aufweist, vergrößert sich seine Amplitude. Infolgedessen erfolgt sofort eine
Ankündigung über den Beginn einer Rißbildung, wobei der Riß, sobald die Amplitude
sich vergrößert, sich sehr schnell und zunehmend vergrößert.
-
Der nur an seinem Maximum genaue Synchronismus bleibt während einer
gewissen Zeit bestehen, so daß sich die Amplitude immer mehr vergrößern kann. An
einem bestimmten Zeitpunkt hört dann die Vibration plötzlich auf oder nimmt wenigstens
einen sehr kleinen Wert an. Wenn man nun eine Vorrichtung vorsieht, die die Amplitude
in geeigneter Weise mißt (beispielsweise mittels Federtaste oder mittels optischer
Verfahren), so kann man schnell beurteilen, ob der Versuchsstab brechen will oder
nicht. Eine Amplitudenaufzeichnungsvorrichtung kann übrigens der erwähnten Vorrichtung
leicht zugefügt werden. Im Laufe zahlreicher Versuche wurde übrigens festgestellt,
daß ein Riß, dessen Ursache in dem Herstellungsverfahren zu sehen oder- auf einen
wahrnehmbaren Fehler zurückzuführen ist, sich schnell vergrößert, wenn die Ermüdungsgrenze
auch nur um ein ganz kleines Maß überschritten wird. Gemäß einem Gesetz geht die
Rißvergrößerung am Beginn um so langsamer vor sich, je weniger die aufgedrückte
Kraft die Elastizitätsgrenze überschreitet. Dann tritt eine sehr schnelle Rißvergrößerung
ein.
-
Gemäß der Erfindung kann man also mit sehr einfachen Amplitudenmeßmitteln
Versuche durchführen, deren Dauer 2 Stunden nicht überschreitet.
-
Was die Beziehungen zwischen den verschiedenen in Frage kommenden
Eigenschaften des Versuchsstabes (Dicke, Länge, Dichte, Elastizitätsmodul, Biegungskurve
und Ermüdungsgrenze) anbetrifft, so ergeben sie sich aus in Übereinstimmung mit
der Erfahrung gemachten Berechnungen, die mit Hilfe eines einfachen Rechenschiebers
durchzuführen sind, der schnell die gewünschten Resultate anzeigt.
-
Aber auch ohne diesen zu benutzen, kann man Reihen von Vergleichsmessungen
durchführen, wobei die Arbeit proportional dem Ausdruck ist Elastizitätsmodul X
Stärke X Amplitude Quadrat der Länge In dem dargestellten Beispiel ist angenommen
worden, daß der Probestab durch einen festen, von einem Wechselstrom erregten Elektromagneten
beaufschlagt wird. Ein ähnliches Resultat könnte
erhalten werden
durch Dauermagneten, die durch einen Synchronmotor in Umlauf gesetzt werden. Es
ist übrigens auch selbstverständlich, daß die verschiedenen Elemente der Maschine
auf die verscììiedensten Arten geändert werden können.
-
Man kann die hauptsächlichsten Vorteile der Erfindung wie nachstehend
kurz zusammenfassen: 1. Die Erfindung gestattet direkte Versuche an Blechen so wie
sie zur Lieferung gelangen, einschließlich federharter Bleche, und zwar ohne Rücksicht
auf den Zustand ihrer Oberfläche.
-
2. Da die Versuchsdauer etwa 2 Stunden beträgt, kann man die Maschine
gemäß der Erfindung zur -Durchführung von Materialabnahmen verwenden und den Emüdungsversuch
als fortlaufenden Versuch durchführen.
-
3. Die Erfindung gestattet nebenbei das sehr schnelle Messen des
Elastizitätsmoduls.
-
Wie bereits oben erwähnt, kann man noch folgende Anordnungen verwenden,
die ganz besonders vorteilhaft erscheinen.
-
Man kann die oben beschriebene Maschine durch eine Vorrichtung ergänzen,
die das Messen der Amplitude und das selbsttätige Anzeigen eines Rißbeginns gestattet.
-
Eine erste schematische Ausführung einer solchen Anordnung wird nachstehend
mit Bezug auf Fig. 3 gegeben, wobei man' aber selbstverständlich auchlvorteilhafter
dieAusführungsform wählen kann, wie sie später mit Bezug auf die Fig. 9, II und
I3 beschrie ben ist.
-
Gemäß der in, Fig.. 3 schematisch dargestellten Ausführungsform verwendet
man vorzugsweise auf jeder Seite des Probestabes eine Vorrichtung, welche die halbe
Amplitude mißt und die beispielsweise einen Messingdraht F von 0,5 mm Stärke auf--weist,
der eine sehr schwache Feder bildet. Dieser Draht F ist mittels einer Schraube V
an einem Kontaktträger S befestigt, auf welchem der feine DrahtF bei B - sehr genau
anliegt. Der Kontaktträger S besitzt an seinem Fuße eine Verbreiterung, auf welcher
ein Zeiger oder eine Marke eingeritzt ist..Diese Verbreiterung kann sich mit Bezug
auf einen graduierten Steg R verschieben, der gleich--zeitig Träger und Führung
bildet. Der Steg R selbst kann auf einem Träger gleiten, der auf dem Tisch der Maschine
festsitzt.
-
Die Gleitbewegungen des KontaktträgersS mit Bezug auf den Steg R
und die Gleitbewegungen des -Gesamtaufbaues RS mit Bezug auf den Tisch werden beispielsweise
mittels geriefter Knöpfe M I und M2 gehalten.
-
Die selbsttätige Ankündigung des Rißbeginns wird durch einen elektrischen
Stromkreis erzielt, der mit gering gespanntem Strom von einem kleinen Transformator
T aus versorgt wird und in welchem eine Schutzlampe A -(beispielsweise eine Taschenlampe)
eingeschaltet ist. Sobald der Draht F bei B an dem Kgntaktträger S anliegt, ist
der elektrische Stromkreis geschlossen und die Lampe erleuchtet. Wenn dagegen der
Probestab auf den Draht F auftrifft, ist der Kontakt unterbrochen, und die Lampe
A erlischt.
-
Die Einstellung wird in folgender Weise ausgeführt: I. Durch Einwirkung
auf den Knopf stellt man den Zeiger der Verbreiterung S vor die Null des Steges.
-
2. Durch Einwirkung auf den Knopf M2 wird der Gesamtaufbau aus Steg
R und Kontaktträger S in eine solche Stellung gebracht, daß der DrahtF gerade den
Probestab berührt.
-
3. Durch Einwirkung auf den Knopf zieht man den Drahts aus dem voraussichtlichen
Anschlagbereich des Probestabes zurück.
-
4. Man setzt den Probestab in Schwingungen und sucht durch Drehen
am Knopf MI den genauen Kontakt zwischen dem Probestab und dem Draht F herzustellen.
Man stellt dann den Draht F etwas weiter von dieser Berührung ein.
-
Von diesem Zeitpunkt an ruft die geringste Vergrößerung der Amplitude
des Probestabes das Erlöschen der Lampe A hervor.
-
Gemäß einer anderen Anordnung kann man dem Stellrad-des beweglichen
Schraubstockes oder der beweglichen Kluppe eine Begrenzungsvorrichtung der Festklemmvorrichtung
zufügen, die beispielsweise aus einem Stern oder einer Scheibe gebildet wird, die
mit der Achse des Stellrades verbunden ist, wobei dieses Rad den Stern oder die
Scheibe nur durch Zwischenschaltung von elastischen Teilen (Federn oder Federscheiben)
antreibt, die es nicht zulassen, daß die übertragene Kraft einen bestimmten Wert
überschréitet. Diese Zusatzeinrichtung vereinfacht die Handhabung und verbessert
die Genauigkeit der Ablesung, da der Einschluß unabhängig von dem die Maschine Bedienenden
gemacht wird.
-
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung bringt man, wie
vorstehend erläutert, die Wechselbeanspruchungen auf den freien Teil des Probestabes
zur Einwirkung und stellt zuerst das Ganze so ein, daß die Frequenz in Synchronismus
mit der Frequenz der erwähnten Kraft sich befindet.
-
Dann führt man eine gering abweichende, d. h. kürzere Einstellung
aus, indem man beispielsweise die Länge des erwähnten Teiles oder die Festklemmung
der Kluppe ändert, die an dem. freien Teil anliegt, oder auf irgendeine andere beliebige
Art und Weise.
-
Die Vorrichtung ist dann zur Durchführung eines Versuches fertig.
-
Ein solches Verfahren hat eine äußerst auffällige Überempfindlichkeit
zur Folge, die es gestattet, die Versuche in weniger als I Stunde auszuführen, wobei
man ebenso genau Resultate erhält wie bei den den anderen Verfahren eigenen betnächtlich
längeren Zeiten.
-
Es ist bekannt, daß die Kurve der Amplituden eines Versuchsblattes
als Funktion der freien Schwingungslänge für die Längen, die die Frequenz der Erzeugung
und ihrer Harmonischen bilden, Maxima in Form von sehr spitzen Glocken darstellen.
-
Wenn man also eine Einstellung wählt, die etwas kürzer als diejenige
ist, welche genau dem gewählten Maximum entspricht, wobei man jedoch ganz
nahe
an diesem bleibt, d. h. eine Einstellung wählt, die einem seitlichen Teil der glockenförmigen
Kurve entspricht, so wird jede Ursache, die darauf hinzielt, das Ganze im Sinne
der Durchführung des Maximums zu ändern, eine schnelle Vergrößerung der Amplitude
hervorrufen; dies ist genau das, was vor sich geht, wenn, angenommen, daß eine zu
kurze Einstellung gewählt ist, ein Riß in dem Metall auftritt, der in Wirkung gleichwertig
ist mit einer Längenvergrößerung.
-
Es folgt daraus, daß das erste Auftreten einer dauernden Deformation
des Metalls sofort aufgedeckt wird, was, wie vorstehend angedeutet, die Versuchszeit
auf ein Minimum zurückführt.
-
Eine solche Durchführung erfordert, daß man zu Beginn des Versuches
sich in ganz bestimmter Weise auf denjenigen Seitenteil einstellen kann, der dem
glockenförmigen Kurventeil entspricht; mit anderen Worten: Die Verstellung gegenüber
der Einstellung, die der Spitze dieses Kurventeiles entspricht, muß mit großer Genauigkeit
erhalten werden können.
-
Zu diesem Zweck sieht man gemäß einer anderen Anordnung der Erfindung
eine besondere Vorrichtung vor, die es dem die Maschine Bedienenden gestattet, genau,
und zwar vorzugsweise regelbar, die zu intervenierende Wirkung abzustimmen, um die
erste Einstellung in dem gewünschten Sinne zu verändern.
-
Es sei beispielsweise angenommen, daß diese Wirkung in einer Änderung
des Einspanndruckes besteht, der durch die Einspannkluppe ausgeübt wird, die neben
dem freien Teil des Probestabes liegt. Um dieses Mittel oder diese Vorrichtung zu
bilden, wird wenigstens ein elastisches System verwendet, welches, sobald gewünscht,
zu wirken vermag, um einen vorbestimmten Druck auf die Klemmelemente dieser Einspannkluppe
(oder auf andere Elemente) auszuüben oder um diesen Druck demjenigen Druck zuzufügen,
der bereits von Anfang an vorhanden ist.
-
Gemäß einer der durchführbaren Ausführungsformen läßt man beispielsweise
eine Feder mit einem der Backen der Einspannkluppe in solcher Weise zusammenwirken,
daß diese Feder mit Bezug auf diese Baden nach Belieben außer Arbeit gesetzt werden
kann oder aber im Gegensatz hierzu die Backe beaufschlagt, und zwar mit einer bestimmten
und vorzugsweise regelbaren Kraft.
-
Man erreicht dies vorteilhafterweise dadurch, daß man die Wirkung
der Feder durch einfache Berührung mittels eines Zwischenstückes überträgt, welches
entweder von der Backe beispielsweise mittels einer geeigneten Antriebsvorrichtung,
die die Feder bei deren Außerbetriebsetzung spannt, auf Abstand gesetzt wird oder
welches nach der Backe hin durch in entgegengesetzter Richtung erfolgende Eetätigung
der erwähnten Vorrichtung oder gegebenenfalls unter Verwendung von Ausklinkmitteln
freigegeben wird. Das Ganze wird durch eine Vorrichtung komplettiert, die es ermöglicht,
die Kraft zu regeln, die auf die Backe ausgeübt wird, sobald die Feder einmal freigegeben
ist.
-
Durch in geeigneter Weise erfolgende Einwirkung auf die Antriebs-
und Einstellvorrichtungen hat man mit Hilfe der obenerwähnten Vorrichtung die Möglichkeit,
die Differenz, die zwischen dem für die Einstellung auf die Höchstamplitude gewählten
Einspanndruck und dem für die für den Versuch bestimmte definitive Einstellung gewählten
Einspanndruck besteht, auf jeden gewünschten Wert einzustellen.
-
In den Fig. 4 bis 15 ist als Darstellungsbeispiel eine Maschine dargestellt,
welche die vorerwähnten Merkmale durchzuführen gestattet, wobei bei dieser Maschine
noch angenommen wird, daß die Kraft der Schwingungen in der gleichen Weise, wie
vorstehend erwähnt, mit Hilfe eines Elektromagneten erzielt wird und das erste Suchen
der Synchronismusstellungen durch Verschiebung der Einspannkluppe erfolgt, die neben
dem freien Teil des Probestabes liegt, der fest eingespannt ist.
-
Diese Maschine besteht aus einem Gestell I, auf welchem ein fester
Schraubstock 2 mit Klemmbacken 3 und ein beweglicher Schraubstock 4 mit Klemmbacken
5 vorgesehen ist, von denen der Schraubstock 4 mit Hilfe einer bei 7 angetriebenen
Spindel 6 unter Einstellung durch einen graduierten Maßstab 30 und Nonius 3I verschiebbar
ist. Ein Probestab in Form eines Blattes ist bei 8 sichtbar.
-
Der Elektromagnetg, dessen PoleIo, II So angeordnet sind, daß sie
zu beiden Seiten des Probestabes liegen, wird von einem Doppelschlitten 12, 13 getragen,
der im Raum mit Hilfe von Spindeln I6, I7,die bei I8, 19 angetrieben werden, verstellt
werden kann; Von der Stellung der Pole hängt für eine bestimmte Stellung des Probestabes
die Amplitude der Schwingungen ab, wobei der Elektromagnet durch Felderregung wirkt.
In den Zeichnungen ist angenommen, daß diese Schwingungen parallel zur Fläche der
Fig. 5 erfolgen.
-
Die Feder, die dazu bestimmt ist, ihren Druck auf die Backe 5 der
beweglichen Einspannvorrichtung auszuüben, ist bei 20 dargestellt. Sie stützt sich
mit dem einen Ende auf das Zwischenstück 2I, welches in Berührung mit der erwähnten
Backe zu treten oder davon auf Abstand eingestellt zu werden vermag, und mit dem
anderen Ende auf einen beweglichen Anschlag 22.
-
Die Vorrichtung, um die Feder in oder außer Wirksamkeit zun bringen,
besteht beispielsweise aus einer durch ein Handrad 24 bewegbaren Spindel 23, die
in einen Gewindeteil 25 endet, der sich in einem Muttergewinde des Zwischenstückes
21 verschraubt, das an einer Drehung gehindert wird. Durch Drehen des Handrades
in der einen Richtung entfernt man das Zwischenstück 2I von der Backe 5, wobei die
Feder gespannt wird. Durch Bewegen in entgegengesetzter Richtung führt man zuerst
die Berührung mit einem Druck herbei, der der Kraft entspricht, die durch die Feder
ausgeübt wird oder in der Feder aufgespeichert ist. Der die Maschine Bedienende
merkt die Berührung daran, daß das Handrad dann ohne Anstrengung betätigt werden
kann (etwas Spiel ist vorgesehen, damit die Spindel 23 axiale Verschiebungen ausführen
kann).
-
Die Vorrichtung zur Regelung der Spannung der Feder wird durch einen
mit Muttergewinde ver-
sehenen Ring 26 gebildet, der auf einem Gewinde
z7 des Anschlages 22 sitzt, der die Form einer Buchse hat, die auf der Spindel 23
zu gleiten vermag, deren Drehung jedoch durch einen Stift 28. gehindert wird, der
in eine Nut 29 eingreift. Der Ring 26 ist von außen her durch beliebig geeignete
Mittel bewegbar und besitzt eine graduierte Skala 32- und einen Zeiger 33.
-
Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende: Um einen Probestab
einem Versuch zu unterwerfen, klemmt man ihn zuerst zwischen die Backen des festen
Schraubstockes und setzt ihn dann zwischen~den Backen des beweglichen Schraubstockes
einem bestimmten, verhältnismäßig geringen Druck aus, der einer bestimmten Stellung
des Ringes 26 entspricht. Man erregt dann den Elektromagneten durch Wechselstrom,
wodurch dem freien Endteil des Probestabes Schwingungen erteilt werden.
-
Man verschiebt alsdann den beweglichen Schraubstock- so weit, bis
eine Stellung bestimmt worden ist (gegebenenfalls mit einer später noch beschriebenen
Fühlervorrichtung), bei welcher die Amplitude der Schwingungen durch ein Maximum
geht. Diese Stellung entspricht dem Synchronismus zwischen der eigenen Frequenz
des erwähnten Stabes und der erregenden Frequenz. Dann verschiebt man den Ring 26
um einen bestimmten Winkel, um die Einstellung des Ganzen in der gewünschten Richtung,
d. h. in Richtung einer kürzeren Einstellung, zu ändern, so daß die Einstellung
etwas von derjenigen, die dem Synchronismus entspricht, abweicht. Es bleibt nur
noch übrig, den Elektromagneten zu verschieben oder seine Erregung zu ändern, bis
man die Amplitude erreicht hat, bei der man den Versuch durchzuführen wünscht.
-
Anstatt die Einstellung durch die Klemmwirkung des b.eweglithen Schraubstockes
zu bewirken, kann man selbstverständlich auch direkt auf die Stellung dieses Schraubstockes
mit Hilfe des Rades 7 unter Benutzung des Nonins 31 oder beliebiger anderer Mittel,
die die Einstellung in bestimmter Weise und nach Belieben regelbar zu ändern gestatten,
einwirken.
-
Es sei bemerkt, daß man in den beiden vorerw.ähnten Fällen nicht
allein auf diese Weise ein vom die Maschine Bedienenden vollkommen unabhängiges
Arbeiten erzielt, sondern daß man noch die Mögkeit hat, dieses Arbeiten in gleicher
Weise unabhängig von dem Querschnitt des Probestabes zu machen, so daß ein und dieselbe
Anfangseinstellung bei Probestäben von verschiedenen Querschnitten zusagend sein
kann.
-
Wird angenommen, daß eine Grundeinstellung bei einem Probestab von
bestimmter Stärke ausgeführt wordeft ist, so ist erkenntlich, daß die Einführung
eines Probestabes von etwas größerer Stärke zur Folge hat, daß. die Feder mehr gespannt
wird, so daß der Stab einem höheren Druck unterworfen wird: Die Praxis-zeigt nun,
daß die Erhöhung der Starrheit, die von dieser Stärkenerhöhung herrührt, dem Arbeiten
einer höheren Klemm-.oder Einspannwirkung genau entspricht.
-
Der dargestellte Aufbau sichert eine lineare Erhöhung des Druckes
als Funktion der Stärke des Probestabes, jedoch können gemäß der Erfindung beliebige
Mittel vorgesehen werden, um diese Erhöhung nach geeigneten Gesetzen, und zwar auch
anders als linear, sowie in Übereinstimmung mit dem gesuchten Endziel durchzuführen.
Solche Mittel sind beispielsweise die Übertragung der Wirkung der Feder mittels
Antriebsmitteln, wie Nocken, Hebeln usw.
-
Dank der selbsttätigen Erhöhung der Klemmwirkung kann man die Maschine
unter vielen Umständen und ohne Rücksicht auf die Stärke der Probestäbe benutzen,
ohne die Lage der Grundeinstellung des Sockels des beweglichen Schraubstockes ändern
zu müssen.
-
Eine andere Anordnung gemäß der Erfindung betrifft die zusätzliche
Vorrichtung zum Messen von Amplituden, die im wesentlichen durch eine in ihrer Stellung
regelbare Taste oder einen Fühler gebildet wird.
-
Es ist wichtig, daß diese Taste außerordentlich empfindlich ist und
daß sie bei der geringsten Berührung zurückweicht, damit sie nicht auf den Probestab
wirkt (um den Rückprall zu vermeiden).
-
Es ist außerdem wichtig, daß die Taste oder der Fühler kräftig ist,
d. h. daß dieses Glied Stöße aus zuhalten vermag, die gelegentlich durch starke
Probestäbe bei falscher Handhabung verursacht werden können.
-
Zu diesem Zweck bildet man den Fühler, wie Fig. in bis 15 erkennen
lassen, aus einem sehr leichten Element 34, beispielsweise aus besonders dünnem
Blech, das um eine Uhrenwelle 35 schwingt und durch eine leichte Feder 36 in Ruhestellung
gehalten zu werden vermag. Das Ganze liegt vorzugsweise im Innern einer Schutzhaube
37, in welche die Taste sich zurückziehen kann, sobald ein Stoß auf sie ausgeübt
wird.
-
Die erwähnte Taste wird von einem geeigneten Träger getragen, der
vorteilhaft auf zwei verschiedene Arten verstellt werden kann, nämlich einmal, um
eine Nullstellung einzunehmen, die der Stärke des Versuchs stabes entspricht, und
dann zum zweiten, um von dieser Nullstellung aus die Einstellstellung zu erhalten,
die der zu messenden Amplitude entspricht.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung verwendet man zu diesem
Zwecke einen Träger mit zwei teleskopartigen Gliedern 38, 39, die durch Ringe oder
Scheiben40, 41 einstellbar sind, die ebenfalls koaxial liegen.
-
Das erste Glied38 ist in einem Träger 42 mit Hilfe des Knopfes 40
verschiebbar, der sich in dem Träger verschraubt. Das Glied 38 weist eine mit Skala
versehene Ö-ffnung 43 auf, in welcher eine Graduierung oder ein Nonius44 sichtbar
ist, der auf dem zweiten Glied 39 vorgesehen ist. Dieses im ersten Glied 38 liegende
zweite Glied 39 wird durch ,den Knopf 41 mittels der Schraube 52 betätigt und trägt
an seinem Ende den Fühler 34 und sein Schutzgehäse 37.
-
Nachdem man zur Durchführung eines Versuches auf dem Index 44 mit
Hilfe des Knopfes 41
Null eingestellt hat, dreht man zuerst den
Knopf 40, um den Fiihler 34 in Berührung mit dem Probestab zu bringen. Hierbei ist
der Elektromagnet noch nicht unter Strom gesetzt. Dann setzt man den Fühler entslprechend
der Größe der zu messenden Amplitude zurück, indem man am Knopf 41 dreht und den
Index 44 im Ausschnitt 43 beachtet.
-
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung wird eine Vorrichtung vorgesehen,
um die Schwingungen anzuhalten, sobald im Laufe des Versuches die Amplitude den
gewählten Wert überschreitet, was praktisch das Ende des Versuches bedeutet, sobald
ein Riß auftritt, auf Grund dessen die Amplitude sich sprunghaft erhöht.
-
In dem Falle, wo auf dicke Probestäbe eingewirkt wird oder wenn man
auf diese Probestäbe ziemlich schwere Ansätze aufgebracht hat, können sehr kräftige
Stöße des Probestabes auf den Fühler ausgeübt werden, denn, wie aus den obigen Ausführungen
erkenntlich, geht die der Bildung des Risses sich anschließende Amplitudenvergrößerung
sehr schnell vor sich und wird schnell größer. Die obenerwähnten Mittel gestatten
es, die Nachteile zu beheben, die von diesen Stößen herrühren können.
-
Zum Aufbau -der entsprechenden Vorrichtung verwendet man beispielsweise
ein Relais, welches durch die Wirkung eines Unterbrechers eingeschaltet wird, dessen
Steuerung von der Taste 34 aus erfolgt. Dieser Unterbrecher kann auch durch die
Taste oder den Fühler selbst gebildet werden, wie dies bei der Ausführung nach den
Fig. II bis 15 angenommen ist.
-
Was das Relais (Fig. IO) anbetrifft, so kann es auf zahlreiche Art
und Weise ausgeführt werden.
-
Nach der dargestellten Durchführungsform besteht es aus zwei Kontakten
45, 46, einer Wicklung47, einer Kontrollampe 48 und einem Schalter 4'9. Der Erregerstrom
der Wicklung 47 wird durch einen Transformator 50 über den Unterbrecher, der durch
den Fühler 34 gebildet wird, geliefert.
-
Sobald man auf den Knopf 49 drückt, wird, bei Annahme, daß der Unterbrecher
34 geschlossen ist, die Wicklung 47 erregt, so daß die Kontakte45, 46 sich schließen
und der Elektromagnet 9 mit Strom versorgt wird. Wird dagegen der Fühler durch den
Probestab verlagert, so öffnet sich der Kontakt 34, der durch den Fühler gebildet
wird, und infolgedessen heben sich die Kontakte45, 46 ab, wodurch selbsttätig die
Erregung des Elektromagneten unterbrochen wird. Man vermeidet auf diese Weise vollständig,
daß die Amplitude bei fortschreitendem Riß im Metall übermäßig große Werte annimmt.
-
Die Stromquelle ist bei 53 dargestellt. Eine Kontrollampe ist bei
54 vorgesehen. Sie benachrichtigt den Bedienenden von dem Ende des Versuches, da
sie erlischt (oder mit Brennen beginnt), sobald sich die Amplitude sprunghaft erhöht.
-
Schließlich kann noch ein Umschalter 55 eingebaut werden, um das
Relais gewünschtenfalls außer Betrieb zu setzen.
-
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden Mittel vorgesehen,
um die Antriebskraft der Schwingungen auf einem vollkommen konstanten Wert zu halten.
-
Wegen der Hypersensibilität des Verfahrens muß man auf jeden Fall
jede störende Ursache vermeiden, die von seiten der Erregung auftreten könnte.
-
Man bildet die eben erwiähnte Vorrichtung oder das Mittel beispielsweise
dadurch, daß man den Elektromagneten 9 mit Hilfe einer kleinen Gruppe von Synchronwechselstrommotoren
mit vollkommen konstanter Spannung oder mit Hilfe eines selbsttätigen Feldreglers,
der in geeigneter Weise wirkt, versorgt. Diese Vorrichtung kann durch ein sensibles
Organ gebildet werden, welches in dem Feld des Elektromagneten liegt und auf die
Stromversorgung des letzteren durch ein Elektronenrelais oder eine andere trägheitslose
Einrichtung einwirkt.
-
Man erhält also bei jeder gewählten Ausführungsform einen Gesamtaufbau,
dessen Arbeiten aus dem vorstehenden genügend klar ist, so daß es unnötig erscheint,
noch weiter darauf einzugehen, und der gegenüber den bereits schon bestehenden Verfahren
zahlreiche Vorteile, insbesondere die nachstehenden, aufweist: Dank der Hypersensibilität
kann die Versuchszeit sehr abgekürzt werden, da der Versuch beendet ist, sobald
der erste sehr leichte Riß entsteht, dessen Auftreten sofort durch eine Amplitudenvergrößerung
angezeigt wird; die Arbeitsweise ist vollständig unabhängig von dem die Maschine
Bedienenden, und es wird jede Sicherheit geboten.
-
Es sei bemerkt, daß dieses Verfahren unter anderem das fast sofortige
Messen des Elastizitätsmoduls von Materialien aus Blech aller Dicken gestattet.
Es genügt dazu, die an der Maschine gemessene Synchronismuslänge in eine geeignete
Formel einzusetzen.
-
Ganz allgemein gestattet die Maschine, die verschiedensten Ermüdungsverfahren
durchzuführen, von denen hier beispielsweise eine bestimmte Anzahl aufgeführt sind:
a) Wechselbiegungen auf Blechen unter Verwen dung eines gewöhnlichen Probestabes,
der bei nichtmagnetischen Materialien mit einem Ansatz versehen wird; b) wechselndes
Einschneiden oder Eindrücken bei Verbindungselementen (wie Bolzen, Nieten, Punkt-,
Naht- oder Autogenschweißungen). Es genügt, diesen Versuch mit zwei Probestäben
zu machen, die an dem vibrierenden Ende durch das Verbindungselement verbunden sind,
welches man zu prüfen wünscht. Das zwischen den beiden Probestäben durch die Biegung
erzeugte Gleiten erzeugt die Einschneid- oder Eindrückwirkung. Man erhält auf diese
Weise direkt absolute Resultate unter der einzigen Bedingung, daß man den Elastizitätsmodul
der benutzten Probestäbe mißt, was sehr leicht ist; c) Längseinschneiden oder -drücken
von Schweißnähten. Man verwendet die gleiche Vorrichtung mit zwei Probestäben, wobei
die Schweißnaht auf den beiden Rändern am vihnerenden Ende sich befindet; d) Zug-Druck-Wirkung
auf irgendein Material oder eine Schweißstelle. Es genügt, den zu erproben-
den
Teil bei dem gleichen System mit zwei Probestäben auf einem der vorgeschnittenen
Probestäbe einzuschließen. Diese Einschließung muß nahe dem vibrierenden Ende (Krümmung
fast Null) liegen; e) Wechselbiegungen ohne Einspannwirkung (anwendbar bei allen
Probestäben, insbesondere aber bei Lõt- oder Schweißstellen). Man stellt zuerst
die Synchronismuslänge des Bleches ein. Dann nimmt man einen Probestab, der ein
Übermaß an Länge an der Lagerungsstelle hat. Dieses Übermaß an Länge muß mit dem
vibrierenden Teil durch eine geeignete Vorrichtung abgestimmt werden, die die Einspannwirkung
auf einen sehr kleinen Wert herabsetzt; f)- Wechselbiegungen bei Röhren und Rundmaterial
mittels Kluppen von geeigneter Form. Die zu verwendenden Ansätze werden auf Grund
von Erfahrungen bestimmt; g) Wechseltorsionen. Zu diesem Zweck wird eine Art Scharnier
hergestellt, dessen Achse der zu er-Xrobende Stoff ist Einer der Teile des Scharniers
wird in. der beweglichen Kluppe festgeklemmt, während der andere Teil eine in eine
Eisenplatte endigende Stange trägt, die zwischen den Polen des Elektromagneten schwingt.
Jeder Teil des Scharniere ist auf der gemeinsamen Achse befestigt, die dann auf
Torsion beansprucht wird.
-
Es ist selbstverständlich, daß diese Aufzählung der hauptsächlichsten
möglichen Probedurchführungen rein andeutend ist und keinen begrenzenden Charakter
hat.
-
In-bestimmten Fällen kann man vorteilhaft der auf- den Probestab
einwirkenden Wechselbeanspruchung eine konstante Kraftwirkung zufügen, die beispielsweise
durch einen Pol eines Dauermagneten, der in regelbarer Entfernung liegt, erzeugt
wird.
-
Wie es selbstverständlich ist und wie dies übrigens auch schon aus
dem vorstehenden. hervorgeht, beschränkt sich die Erfindung keineswegs auf diewenigen
Anwendungsarten noch' auf diejenigen Durchführungsformen ihrer verschiedenen Teile,
eie näher dargelegt sind. Die Erfindung umfaßt vielmehr ~ alle möglichen- Abänderungen.