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Werkstoffprüfgerät
Bei der Durchführung von Zerreißversuchen an Werkstoffen,
die keine oder keine ausgeprägte Streckgrenze zeigen, erfordert die Bestimmung der
Dehngrenze, d. h. die Spannung, bei der nach dem Entlasten eine bestimmte größere
Dehnung (der deutschen Norm gemäß 0, 2%) zurückbleibt, einen sehr erheblichen Zeitaufwand.
Daher wird in der Praxis vielfach von einer exakten Bestimmung dieser Grenze bei
der Abniahmeprüfung abgesehen und die o, 2-Grenze aus dem Maschinendiagramm abgegriffen.
Diese Maßnahme ist aber bei der üblichen Durchführung sehr ungenau, da das Rutschen
des Probestabes in den Einspannköpfen nicht richtig berücksichtigt werden kann.
Ein Abschätzen der Streckgrenze aus dem Gang der Prüfmachine, das bei Maschinen
mit Neigungswaage oder Pendelmanometer gelegentlich durchgeführt wird, führt ebenfalls
nicht zum Ziel, da bei diesen Maschinen durch die Schwingung des Pendels nur eine
scheinbare Streckgrenze vorgetäuscht wird.
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Um eine rasche und annähernd genaue Bestimmung der Dehngrenze zu
erzielen, wird erfindungsgemäß von der bekannten Tatsache ausgegangen, daß die unter
Belastung gemessene Dehhnung praktisch bei allen metallischen Werkstoffen aus der
der Hookeschen Geraden folgenden elastischen Dehnung und der bleibenden Dehnung
zusammengesetzt ist, d. h. der Dehnungsrückgang beim Ent-
lasten
entspricht praktisch genau der elastischen Spannung Dehnung =#. Die Dehngrenze kann
Dlastizitätsmaß daher mit genügender Genauigkeit ohne Zwischenentla. stung festgestellt
werden.
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Gemäß der Erfindung besteht das Werkstoffprüfgerät zur Bestimmung
der Dehngrenze aus einer solchen Verbindung eines Spannungsmessers und eines Dehnungsmessers
bekannter Bauart mit einem Differenzmeßwerk, daß die Überschreitung der elastischen
Dehnung um 0,2% zur Anzeige gebracht wird. Das DiHerenzmeßwerk bringt die bei Überschreitung
der elastischen Dehnung von 0,2% vorhandene Spannung zur Anzeige.
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Das Difberenzmeßwerk enthält einen elektrischen.
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Kontaktgeber, dessen einer Konta, kt einerseits durch den Spannungsmesser
und anderersei. t's senkrecht dazu nach Maßgabe der Dehnung des s Prüflings bewegt
wird. Der Gegenkontakt besteht aus einer um einen Drehpunkt schwenkbaren Kontaktbahn
die von dem ersten Kontakt derart gesteuert wird, daß sie sich entsprechend dem
Anfangsverlauf des Spannungsdehnungsdiagramms parallel zur anfänglichen Bewagunigsrichtung
des ersten Kontaktes einstellt.
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Die Kontaktbahn ist nach der Eifindung an einem schwenkbaren Führungslineal
in einem der Überschreitung der elastischen Dehnung um o, 2% entsprechenden Abstand
und parallel zu dem Lineal liegend befestigt. Die Kontaktbahn wird durch Verschwenken,
des Lineals mittels des als Kontaktstift ausgebiMetenGegenkontakteseingestellt.
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Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, daß das Differelnzmeßwerk
einen elektrischen Kontaktgeber enthält, dessen einer Kontakt nach Maßgabe der Dehnung
das Prfobestabas auf den. Gegenkontakt zu bewegt wird. während sein Gegenkontakt
in einem der Maschinenkrart proportionalen, der elastischen ; Dehnung entsprechenden
Maß zurückbewegt wird. Die Rückbewegung des Gegenkontaktes erfolgt durch eine von
der Maschinenkraft gedehnte Meßfader, z. B. einen Kontrollzugstab.
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Weiterist nach der r Erfinung vorgesehen, einen elektrischen Widerstands-oder
elektroinduktiven KraftmesserundDehnungsmesserzurBestimmung der Dehnungsdifferenz
von 0.2% durch eine Brücken- oder Kompensationsschaltung zu verwenden.
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In der Zeichnung ist der Ernndungsgegenstand. in einigen Ausführungsbeispielen
dargestellt, es zeigt Abb.1 eine Spannungs-Delnungs-Kurve, Abb.2 die Ausführung
eines Meßgerätes mit zwei Bewegungsrichtungen dies Kontaktstiftes, Abb. 3 eine Ausführung
mit einer Bewegungsrichtung des Kontaktstiftes und Abb. eine Ausführung aus zwei
miteinander gekuppelten Dehnungsmessern.
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Die Dehngrenze = o, 2-Grenze der Spannungsehnungs-Kurve a ist durch
den dargestellten Abstand von der elastischen Geraden b gegeben.
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Die Spannung, bei der dieser Abstand erreicht wird, soll von dem Prüfgerät
angegeben werden.
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Die Kurve a würde von einem Stift c beschrieben werden, der in waagerechter
Richtung vom Dehnungsmesser und in. senkrechter Richtung vom Kraftmesser der Prüfmaschine
usgelenkt wird.
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Das Ausfühfungsbeispiel in Abb. 2 zeigt die grundsätzliche Ausführung
eines Meßgerätes. Hier wird ein in waagerechter Richtung vom Dehnungsmesser und
in senkrechter Richtung vom Kraftmesser der Prüfmaschine bewegter Kontaktstift d
verwendet, der eine Kontaktfeder so steuert, daß sie sich im Abstand von 0,% der
Dehnung von der Spannungs-Dehnungs-Geraden befindet. Dies wird d. urch ein Führungslineal
e erreicht, da, s um die Anfangslage des Kontaktstiftes d schwenkbar bei g-angeordnet
ist. Dieses Lineal e trägt im 0,2% Abstand auf einem Isolierstück h die Kontaktfeder
f.
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Bei Versuchsbeginn ist dieses Führungslineal e auf die Dehnungskoordinate
heruntergeschwenkt.
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Die Arbeitsweise des Gerätes ist daher folgende : Würde an Stelle
eines Kontaktstiftes d ein Schreibstift verwendet werden,, so würde dieser auf einer
festen Unterlage einte Spannungs-Dehnungs-Linie entsprechend Abb. i aufschreiben.
Bei seiner Bewegung wird nun der Stift das LIneal e aufrichten, d. h. es in eine
Lage drehen, die dem Anfangsverlauf der Spannungs-Dehnungs-Linie, also der elastischen
Geraden, entspricht. Bei der weiteren Bewegung weicht der Stift d von dem Linial
e nach rechts ab, denn die Dehnung wird großer als die eilastische.
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Das Lineal e wird infolge seiner Reibung in seiner Lage verharren,
und Stift d wird bei der weiteren : Bewegung den Zwischenraum zwischen Lineal e
und KOntaktfeder f durcheilen und beim Erreichen einer überelastischen Dehnung von
0,2% die Kontaktfeder f berühren. Der Kontakt wird hierdurch geschlossen, und ein
hierdurch herbeigafüh.T'terStromschluß wird dazu verwendet, um die in diesem Augenblick
vom Kraftzeiger der Prüfmaschine angegebene Last festzulegen. Für die Festlegung
der Last bestehen eine Reihe bekannter Möglichkeiten, die z. B. bei Waagen mit Druckwerk
angewendet werden.
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Eine ganz gleichwertige Anordnung ergibt sich selbstverständlich,
wenn der Kontaktstift d nicht zwei Bewegungs. richtungen ausführt, sondern z. B.
mur in der Kraftrichtung k bewegt wird, während der Drehpunkt g des Richtungslineals
e mit der Kontakt. feder f in der Dehnungsrichtung i abgelenkt wird (s. Abb. 3).
Die Führung für den Kontaktstift d ist mit in und die Führung für die Schwenkachse
g des Steuerlineals e mit H bezeichnet.
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In den meisten Fällen wird bei der Prüfung das Elastizitätsmaß des
geprüften Werkstoffes bekannt sein, da das Elastizitätsmaß sich beim gleichen Metall
mit den Werkstofteigenschaften nur wenig ändert. In diesem Fall ist dann die federnde
Dehnung durch das Verhältnis Spannung : Elastizitätsmaß bestimmt ; sie ist bei bekannter
Probastababmessung und bekanntem Elastizitätsmaß nur von der Maschinenkraft abhängig.
Dies ermöglicht eine andere Ausführung gemäß der Erfindung. Hierzu wird von dem
vom Dehmmgsmesser angezeigten
Dehnungsweg ein der Maschinenkraftanzeige
pro" portionaler, die elastische Dehnung darstellender Betrag abgezogen. Dies ist
beispielswiese dadurch zu erreichen, daß der Dehnungsmesser einen Kontaktstift auf
einen Gegenkontakt zu bewegt, während der Gegenkontakt um einen der Maschinenkra,
ft entsprechenden Betrag vor dem Kontakt zurückweicht. Diesels der Maschinenkraft
entsprechende Rückbewegung kann z. B. über eine entsprechende Zwischenühersetzung
vom Kraftzeiger der Prüfmachine a, usgeführt werden.
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Be : i einer anderen Ausführung kann statt des Kraftemessers der
Maschine hierfür ein Feindehnungsmesser p an einem Kontrollzugstab o dienen, dessen
Dehnungen selbstverständlich rein elastisch bleiben müssen. Die Rückbewegung des
Gegenkontaktes s entsprechend dem elastischen Verhalten, wurde in diesem Fall bei
gleichem Material einfach dadurch erzielt, daß die Dehnungsdifferenz zwischen zwei
Stäben o, q geimessen wird', von denem, der eine sich noch nicht überelastisch verformt.
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Dies läßt sich z. B. dadurch erreichen, daß der Vergleichsstab o einen
entsprechend größeren Querschnitt bekommt, so daß er bei gleicher Last entsprechend
niedriger beansprucht wird. Der erforderliche Dehnungsweg des Vergleichsstabes o
läßt sich dann entweder durch größere Meßlänge odeur ein entsprechendgrößeresÜbersetzungsverhältnisdesDehnungsmesserserzielen.Diese
Ausführung würde also z B. aus zwei miteinander gekuppelten Dehnungsmessern p, r
bestehen, von denen der eine, p, fest an einem mit der Maschine verbundenen Kontrollzugkörper
o angeordnet ist, während der andere an den zu untersuchenden Probestab ? angelegt
wird (s. Abb.4).
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Da sich elektrische Kontakte sehr genau durch Schraubenmjkrometer
einstellen lassen, kann von einer mechanischen Übersetzung der Dehnung bei einer
ähnlichen Anordnung in manchen Fällen überhaupt abgesehen werden.
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Die Differenzbildung zwischen der Gesamtdehnung und der der Spannung
proportionalen elastischen Dehnung kann. auch auf elektrischem Wege erMgen, indem
z. B. ein Dehnungsmeßgerät vernvendet wird, dessen Widerstand sich der Dehnung entsprechend
ändert und durch den Kraftzeiger der Prüfmaschine ebenfalls ein Widerstand verändert
wird. Zu dem einen dieser Widerstände wird ein einer Dehnung von 0,2% entsprechender
Zusatzwidcrstand zugeschaltet. Mit Hilfe einer BrückenschaJtungwirddannder Punkt
festgestellt, in dem das Widerstandsgleichgewicht nicht mehr vorhanden ist.