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Einrichtung zur Anzeige und Steuerung der Lastgrenzen bei Dauerprüfmaschinen
mit hydraulischem Antrieb unter Erfassung der Massenkräfte
Es ist bereits eine Einrichtung
zur Ermittlung und Steuerung der Lastgrenzen von Dauerschwingprüfmaschinen mit hydraulischem
Antrieb bekannt, bei welcher die obere und untere Lastgrenze mit Hilfe von Manometern
angezeigt wird, die mittels eines synchron dem Pulsatorantrieb gesteuerten Drehkolbens
in der oberen oder unteren Totpunktlage kurzzeitig mit dem Arbeitszyl, inlder der
Prüfmaschine in Verbindung gebracht werden.
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Auf diese Weise wird der an und für sich oszillierende Hydraulikdruck,
mittels dessen die Prüfkräfte erzeugt werden, gewissermaßen auf einen statischen
Zustand gebracht, so daß also der Spitzenwert bzw.
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Sattelwert des sinusförmigen Kraftveerlufes der Hydraulik als statisonärer
Anzeigewert erscheint, solange die obere und untere Lastgrenze ihren Wert hehalten.
Sinkt oder steigt die obere Lastgrenze, so wird mittels der mit Grenzkontakten versehenen
Manometer mit Hilfe eines Elektroservortriebes der Hub des Pulsatorkolbens sinngemäß
vrstellt.
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Dieses Lastgrenzenanzeige- und Steuergerät weise im wesentlichen
zwei Nachteile aud, die sich gemeinsam äußern als Anzeige- und damit Steuerungsfehler,
also als Abweichungen der von den Manometerll angezeigten Kräfte gegenüber den tatsächlich
auf die Probe einwirkenden Kräften.
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Diese Anzeigefehller sind bedingt einmal durch die Ungenauigkeiten
Ider Druckmessung der Hydraulikflüssikeit, da mit zunehmender Betriebsdauer des
Plusators durch die unvermeidlichen Verschleiß-
eigenschaften des
Drehkolbens sich größere Leckverluste einstellen.
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Eine andere Fehlerursache in der Anzeige der lastgrenzen liegt darin
begündet, daß die Manometer nur die im Hydrauliksystem wirkenden Kräfte anzeigen.
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Im vorliegenden Falle aber werden, insbesondere bei großen Schwinghüben
und bei höherer Prüffrequenz, durch die zwischen Prüfling und 3Rydrauliksystem angeordneten,
am Schwingvorgang mit beteiligten Prüfmaschinenmassen, die im wesentlichten sich
zusammensetzen aus dem Arbeitskolben, dem Querhaupt, zwei Zugstangen und der Traverse,
auf den Prüfling auch noch Massenkräfte ausgeübt.
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Die tatsächlichen, am Prüfling wirkenden Kräfte setzen sich also zusammen
aus den von dem Hydrauliksystem herrührenden hydrauLischen Kräften, die von den
Manometern angezeigt werden, und aus den Massenkräften, Idie natürlich von der Hyidraulikflüssigkeit
nicht erfaßt und dem'iufolge nicht angezeigt werden.
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Die beschriebene Erfindung vermeidet diese Nachteile, Das Meßvefahren
besteht darin, daß an Stelle das Drehkolbens ein elektromagnetisch betätigtes Ventilsystem
zur Anwendung kommt, das vermöge seines Aufbaues im Anzeigekreis keine Leckverluste
zuläßt. Die Steuerung der die Ventile betätigenden Magnete erfolgt mittels eines
synchron der Pulsatorwelle umlaufenden rotierenden Kontaktes, welcher die Verbindung
der Manometer mit dem Arbeitszylinder im geeigneten Zeitpunkt auf elektromagnetischem
Wege kurzzeitig herstellt.
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Mittels einer zusätzlichen Einrichtung, die es gestattet, die bei
der jeweiligen Prüffrequenz aus der Gräße des Schwinghubes resultierenden Massenkräfte
der schwingenden Prüfmaschinenmassen zu erfassen, wird die Anzeige der Manometer
derart sinngemäß beeinflußt, daß die Massenkräfte vollautomatisch mit erfaßt werden
bzw. zur Anzeige gelangen.
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An Hand der Erläuterungen seien das Wesen und die Einzelheiten der
Erfindung näher beschrieben: In Abb. 1 ist eine Universalprüfmaschine mit Pulsator
schematisch dargestellt. Der Pulsator besteht im wesentlichen aus einem Kurbel trieb
mit einem Schwinghebel S. Durch Verschieben der Pumpe L auf dem Rücken des Schwinghebels
S wird die Stärke des Pulses durch Kegeln der Öl menge geändert.
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Die Manometer 4 und Z können mittels der elektromagnetisch, betätigten,
Ventile V1 und V2 wahlweise mit Idem Hydrauliksystem des Pulsators bzw. der Prüfmaschine
in Verbindung gebracht werden.
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Die Ventile V1 und V2 sind durch die Federn F1 und F2 derart belastet,
daß auch bei dem größten auftretenden Pulsatordruck die Federkraft immer größer
ist als der Hydraulikdruck, sodaß ein sicherer Abschluß der Manometerzweige gewährleistet
ist, wenn die Elektromagnete nicht geschaltet sind.
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Es erfolgt die Verbindung des Manometers A mit dem Hydrauliksystem
im Augenblick der unteren Totpunktlage des Pulsatorkolbens, während die Betätigung
des Ventils V2 und damit die Verbindung des Manometers Z mit dem Hydrauliksystem
erfolgt, wenn der pulsatorkolben sich im oberen Totpunkt befindet.
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Wie aus der Anordneung ersichtlich ist, erfolgt die diesbezügliche
krzzeitige Schaltung dr Elektromagnete M1 und M2 mit Hilfe eines synchron der Pulsatorwelle
umlaufenden Steuerkontaktes K, mit dem je ein Magnetstromkreis so lauge geschlossen
wird, wie der Kontakt K unter der jeweiligen Kontaktbürste läuft.
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Zur Vermeidung von Anzeige- und Steuerungsfehlern der Prüfmaschine
wird die Massenkraft ermittelt mit Hilfe eines auf elektrischer Grundlage arbeitenden
Mas'senkraftmeßisystems.
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Dieses besteht im wesentlichen aus einem Kraftmesser, auf den die
Massenkräfte einer den Schwingbeschleunignungen des Einspannkopfes unterworfenen
Masse einwirken. Dieser Massenkraftines ser kann auf magnetoelastischer, induktiver
oder kapazitiver Grundlage arbeiten. Die Ausgangsspannung dieses Massenkraftmeßsystems
stellt eine sinusförmige Wechselspannung dar, deren Amplitude dem Maximalwert der
auf den Prüfling einwirkenden, von den am Schwingvorgans beteiligten Machinenmassen
herrührenden Massenkräften proportional ist. Der massenkraftvferlauf ist von gleicher
Frequenz wie die Pulsatorfrequenz.
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Da die mit Flüssigkeitsantrieb arbeitenden Dauerschwingprüfmaschinen
bis herab zu Frequenzen von 2 Hz betrieben werden, bereitet die Anzeige der Maximalwerte
der nach einer Sinusfunktion veränderlichen Massenkraft einige Schwiergikeiten.
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Um die bei Verwendung Ider üblichen Schaltelemente mit großer Zeitkonstante
auftretenden nachteile zu vermeiden, wird erfindfungsgemäß der mit verhältnismäßig
niedriger Frequenz ablaufende Massenkraftverlauf (Grundfrquenz) mit Hilfe bekannter,
verstärkerlos arbeitender Frequenzvervielfachung « sanordnungen in einer oder mehreren
Stufen auf ein Vielfaches der Grundfrqeunz gebracht, deren Spitzenspannung mit Hilfe
normaler Meßinstrumeute ohne besondere Dämpfungsmaßnahmen erfaßt wird.
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Bei Dauerschwingprüfmaschinen der üblichen Bauart ist infolge der
Elastizität der Spindel 5 (vgl. Abb. 2) und der daraus resultierenden DehnungenEdie
Messung der Massenkräfte der schwingenden prüfmaschinenmassen mit Hilfe eines am
oberen Spannkopf befindlichen Massenkraftmessers relativer Natur.
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Als weiteres Merkmal dr vorliegenden Erfindung wird daher die Massenkraft
der am Schwingvorgang beteilgten Prüfmaschinenamassen ermittelt mit Hilfe einer
trägerfrequenten Schwingwegmeßeinrichtung, welche die Schwingamplitude des oberen
Einspannkopfes gegenüber dem unteren Einspannkopf, also die tatsächliche Dehnung
bzw. Schwingamplitude des Prüflinge mißt. Da die Massenkraft PM = M # a # #2 ist,
wobei a die Schwingamplitde, M die am Schwingvorgang beteilige Mase und w die Winkelgeschwindigkeit
bedeuten, ist bei vorgegebener Pulsatorfrequenz PM = konstant a, d. h. die Schwingwegamplitude
a, und damit die demodu-
lierte Ausangsspannung des trägerfrequenten
Wegmessers, ist direkt proportional der Massenkraft der am Schwingvorgang beteiligten
Prüfmlaschinenmassen.
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Als Ausführungsbeispiel dieser Massenkrfatmeßeinrichtung zeigt Abb.
2 den trägerfrequenten Weggeben G, angeordnet am oberen Spannkopf, während der Steuerkern
T mit Hilfe einer Verbindungsstange V am unteren Spannkopf befestigt ist.
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Der Massenkraftspftzenwert (Amplitude) wird angezeigt vom Massenkraftanzeigegerät
K.
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Betrachten wir nun Abb. 4, welche den Hydraulikkraft- und den Massenkraftevelauf
einer Dauerschwingprüfmaschine nach der in Abb. 1 wiedergegebenen Bauart darstellt.
Die Kurve a gibt werder den Verlauf des Druckes der Preßflüssigkeit. Die Kurve b
gibt wieder den Verlauf sder Massenkraft.
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Die auf den Prüfling einwirkende Kraft setzt sich aus der Hydraulikkraft
und der Massenkraft zusamen; es ist dies Kurve c. Von den Lastgrenzenmanometern
wird angezeigt der Spitzen, wert X und der Sattelwert Y des Druckes der Preßflüssigkeit.
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Wie ersichtlich, wird also diie auf die Probe wirkende tatsächliche
Spitzenkraft, die obere Lastgrenze um den Betrag der Massenkraft zu niedrig angezeigt,
während die untere Lastgrenze um den gleichen Betrag zu hoch angezeigt wird. Um
daher den tatsächlichen Beanspruchungen der Probe Rechnung tragen zu können, müssen
die Last anzeigen der Manometer A und Z entsprechend der Anzeige des Massenkraftmessers
K korrigiert werden.
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Gemäß der Erfindung werden nun die auf den Prüfling einwirkenden,
von dem Hydrauliksystem nicht erfaßten Massenkräfte in der Weise mit zur Anzeige
und damit zur Einwirkung auf das Lastgrenzensteuergerät gebracht, daß die Skalenscheiben
einschließlich der Grenzkokontakte der Lastgrenzenanzeigemanometer mittels der üblichen
Regeleinrichtungen entsprechend der Anzeige des Massenkraftmessers sinngemäß vrstellt
werden, wodurch also die Anzeige des hydrauliiksystems um dem Betrag der jeweils
wirkenden Massenkraft korrigiert wird.
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Diese Einrichtung ist in Ahh. 3 schematisch dargestellt.
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Die obere Lastgrenze zeigt Idas Manometer A, die untere das Manometer
Z an. Die Massenkraft wird mittels des Spitzenspannungsmessers K angezeigt.
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Der Massenkraftmesser K steuert gleichzeitig eine Regelvorrichtung
R, die im wesentlichen besteht aus einem Servoantrieb, der eine der Anzeige des
Massenkraftemessers K entsprechende, zweckmäßigerweise über ein Schneckengetriebe
erfolgende Verstellung der drehbar gelagerten Skalenscheiben der Lastgrenzenmanometer
A und Z bewirkt. Mit den Skalenscheiben der Lastgrenzenmanometer werden gleichzeitig
verstellt die Grenzkontakte für die Hubverstellung des Pulsators oder die Einschaltung
der Nachfüllpumpe zur Nachregeleung der unteren Lastgrenze des Hydrauliksystems.
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PATENTANSPRtSCHE : 1. Einrichtung zur Anzeige und Steuerung der Lastgerzen
von Dauerschingprüfmaschinen mit hydraulischem Antrieb, bei welchen die Lastzustände
mittels Manometern angezeigt werden, welche nur in der oberen oder unteren Totlage
des Arbeitskolbens kurzzeitig mit dem Hydraul.iksystem in Verbindung gebracht werden,
dadurch gekennzeichnet, daß diese Verb in dung mittels elektromagnetisch gesteuerter,
federbelasteter Ventile bewerkstelligt wird, welche ihre Steuerimpulse mittels eines
synchron der Pulsatorwelle umlaufenden Kontaktstückes erhalten, wobei die Skalenscheiben
und Anschlagkontakte (für die Steuerung der Lastgrenzen) dieser Manometer vermöge
an und für sich bekannter Regeluinrichtungen entsprechend den Meßwerten eines Massenkraftemeßsystems,
welches Idie Massenkräfte der am Schwingvorgang beteiligten Prüfmaschinenmassen
erfaßt, derart sinngemäß verstellt werden, daß die Anzeigewertedes Hydrauliksystems
um die jeweils wirkende Massenkraft korrigiert werden, so daß die tatsächlich auf
die Probe einwirkenden Kräfte zur Anzeige gelangen und zur Aussteuerung der Prüfmaschine
dienen.