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Verfahren und Vorrichtung zum Hervorrufen eines Dauerbruchs an stabförmigem
Werkstoff Es ist bekannt, zum Prüfen der Festigkeit von Werkstoffen einen Probestab
einer Dauerbeanspruchung bis zum Bruch auszusetzen. Man benutzte dazu Stäbe, die
in der Nähe ihrer beiden Enden eingespannt und in manchen Fällen mit einer Rille
oder Kerbe etwa in der Mitte zwischen den Einspannstellen versehen waren. Die Lage
dieser Rille oder Kerbe und die sonstigen Abmessungen des Stabes waren festgelegt,
um vergleichbare Messungen verschiedener Stoffe zu erhalten, hatten aber mit der
späteren Verwendung der Bruchstücke nichts zu tun. Diese wurden, da sie ihre Aufgabe
erfüllt hatten, meist weggeworfen, höchstens zu Vergleichszwecken aufbewahrt.
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Beim Abtrennen von kleinen Teilstücken von Stangen, Rohren u. dgl.,
insbesondere aus Metall, durch zerspanende Trennverfahren entstehen immer Stoffverluste
entsprechend der Breite des Trennwerkzeuges. Beim spanlosen Abscheren treten andere
Nachteile auf, z. B. erhält man beim freien Abscheren Trennflächen, die weder rechtwinklig
zur Stangenachse noch ebenflächig sind, beim Abscheren mit eingespanntem Werkstück
Riefen und Kaltschweißungen an der Scherfläche und eine einseitige Einschnürung
am Angriffspunkt der Scherkraft.
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Diese Nachteile werden nach der Erfindung dadurch vermieden, daß
das oben geschilderte Verfahren zum Abtrennen von Werkstoffstücken in von deren
Weiterverwendung bestimmter Länge und benötigter Stückzahl verwendet wird, wobei
insbesondere der abzutrennende Teil einer vor
allein an der festgelegten
Stelle wirkenden Dauerwechselbeanspruchung unterworfen, der andere Teil des Werkstoffstabes
dagegen fest eingespannt wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß
der Erfindung und einer Vorrichtung zu dessen Durchführung schematisch dargestellt.
und zwar für den Fall einer bei umlaufendem Belastungswerkzeug ausgeübten Biegebelastung.
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Von der Stange I soll an der Trennstelle 2 das Teilstück 3 abgetrennt
werden. Zu diesem Zweck ist die Stange 3 durch eine feststehende Spannzange, die
in einem festen Block 5 gehalten ist, festgespannt, und zwar so, daß der vordere
Stirnrand der Spannzange nahe der Trennstelle 2 liegt.
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An dieser Trennstelle ist durch ein in der Zeichnung nicht dargestelltes
umlaufendes Werkzeug eine Kerbe rund um die Stange eingeritzt oder eingedrückt worden.
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Das V\Terkzeug zum Ausüben der Belastung ist wie folgt aufgebaut:
Ein Rohr 6 greift mit seinem einen Ende mit Hilfe dort auf der Innenseite angebrachter
balliger Backen 7 an dem abzutrennenden Stück 3 an. Das Rohr 6 ist an seinem anderen
Ende in einem Lager 8 längs beweglich geführt, das seinerseits mit seiner kugeligen
Außenfläche allseitig verschwenkbar in einem Bock g untergebracht ist. Diese Lagerung
gestattet, das rnit den Backen 7 versehene Rohrende aus der durch die Lagermitte
des Lagers 8 hindurchgehenden Mittelachse der Stange 1 heraus zu verschwenken und
in ausgeschwenkter Lage um die Stangenachse herumlaufen zu lassen, so daß die Rohrachse
auf einem Kegelmantel umläuft, dessen Spitze im Mittelpunkt der Kugelfläche des
Lagers 8 liegt. Bei diesem Umlauf zwingt das Rohr 6 mit den Backen 7 das abzutrennende
Stück 3 der Stange I zu einer gleichartigen Umlaufbewegung, wobei die SIittelachse
des Stückes 3 auf dem Mantel eines Kegels umläuft, dessen Spitze in der Trennstelle
2 liegt.
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Diese Bewegung des Rohres 6 und des Stückes 3 wird auf folgende Weise
erzeugt: Das Rohrende mit den balligen Backen 7 ist über Kugeln 10 in einem Lagerring
I I drehbar, aber gegen Längsverschiebung gesichert. gelagert. Die Lagerbohrung
des Ringes II liegt ausmittig zu seiner Außenfläche.
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Diese Außenfläche ist in der Innenfläche der ebenfalls ausmittig zur
Umfangsfläche liegenden Lagerbohrung eines weiteren Lagerringes I2 verdrehbar und
längs beweglich geführt, wobei aber Drehung und Längsbewegung durch Schraubenrippen
15 auf dem Umfang des Ringes In und entsprechende Schraubennuten I6 in der Innenfläche
des Ringes 12 zwangsläufig miteinander gekuppelt sind. Der Ring 12 ist seinerseits
wiederum, und zwar über Kugeln I3 in einer zur Achse der Stange I gleichachsig liegenden
Lagerfläche, eines Lagerbockes 14 gelagert. Die Lagerfläche dieses Lagerbockes ist
kugelig ausgeführt und gestattet bis zu einem gewissen Winkel eine Verschwenkung
des Ringes 12 in bezug auf die Lagerachse des Bockes 14. Die Ausmittigkeit der Lagerbohrungen
in den Ringen II und 12 ist gleich groß. Durch Verdrehen des Ringes II im Ring 12
kann die Ausmittigkeit der Lagerbohrung des Ringes I I in bezug auf den Bock 14
zwischen Null und einem Höchstwert verstellt werden. Die Verdrehung kann über die
Schraubennuten und -rippen 16 und 15 durch einfaches Längsverstellen des Ringes
1 1 und dieses wieder infolge der nicht längs verschieblichen Lagerung des Endes
dieses Rohres 6 im Ring II durch Längsverschieben des Rohres 6 erzeugt werden, Für
diese Längslverstellung des Rohres 6 ist ein durch das Rohr hindurchgreifender Schwenkhebel
17 vorgesehen.
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Auf dem Ring I2 ist im Ausführungsbeispiel außerdem noch eine mit
ihm aus einem Stück geformte Seilrolle IS für den Antrieb dieses Ringes und damit
auch des Ringes 1 1 vorgesehen. Bei einer Einstellung des Ringes 1 1 auf diejenige
Stellung, in der die Mittelachse seiner Lagerbohrung mit derjenigen der Lagerhohrung
des Blockes 14 zusammenfällt (gezeichnete Stellung) übt die Umlaufbewegung des Ringes
12 keinerlei Einfluß auf das gelagerte Ende des Rohres 6 und damit auf das Werkstück
3 aus. Sobald aber durch eine Längsverschiebung des Rohres 6 eine Ausmittigkeit
der Mittelachse der Bohrung des Lagerringes II in bezug auf die Bohrung des Lagerbockes
14 erzeugt wird, zwingt die Umlaufbewegung des Ringes II das darin gelagerte Ende
des Rohres 6 zu der die Achse der Stange I umlaufenden Bewegung und damit auch das
Stück 3 zu der gleichartigen Bewegung.
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Je stärker die Ausmittigkeit eingestellt wird, desto größer wird
die Winkelabreichung der Achse des abzutrennenden Stückes von derjenigen des eingespannten
Stangenstückes I und damit auch die Biegebelastung an der Trennstelle 2.
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Ein in einen Ausschnitt des Rohres 6 hineinragender Anschlag 19 gewährleistet
schnelle Einstellung der Länge der abzutrennenden Stücke.
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Auch in einfacherer Anordnung läßt sich solche Biegebeanspruchung
ausüben, wenn man z. B. auf einer Drehbank bei umlaufender Stange eine auf einem
Quersupport angebrachte Doppelrolle nach Art eines RänKdelwerkzeugs gegen den aus
der Einspannung herausragenden Stangenabschnitt drückt.
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Wegen der Unmöglichkeit, eine lange Stange allzu schnell umlaufen
zu lassen, benötigt man dann aber eine längere Zeit bis zur Erreichung der erforderlichen
Lastwechselzahl.
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In Abweichung von dem beschriebenen Bei, spiel kann die Erfindung
noch in den verschiedensten Variationen verwertet werden.
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So kann die dauerbruchbegünstigende Behandlung der Trennstelle außer
durch Einritzen oder Einstechen einer Kerbe oder durch deren Eindrücken mit einer
die Stange umlaufenden spitzen Profilrolle auch durch eine örtliche Oberflächenerwärmung
an der Trennstelle ausgeübt und durch schroffes Abkühlen noch verbessert werden.
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Wichtig ist eben das Entstehen von Spannungen im Werkstück, die bei
der nachfolgenden Wechselbeanspruchung zum Anriß führen.
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Bei der Anwendung der Dauerxvechsellxlastung ist es grundsätzlich
gleich, ob die Beanspruchung auf Biegung, Verdrehung oder Abscheren erfolgt.
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Es sind auch zusammengesetzte Beanspruchungen denkbar.
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Die Anzahl der Lastwechsel, die notwendig ist, um den Bruch herbeizuführen,
ist überraschend klein. Sie ist um so kleiner, je größer die Kraft ist, die zur
Erzeugung der Spannungen im Trennquerschnitt aufgewendet wird.
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Bei Anwendung kleiner Kräfte und einer hohen Anzahl von Lastwechseln
zeigt die Bruchfläche ein sehr feinkörniges Gefüge. Wird dagegen durch Anwendung
größerer Kräfte die Anzahl der Lastwechsel und d damit die Stückzeit für das Trennen
klein gehalten, so erhält der Bruch eine grobkörnigere Oberfläche.
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Soll der zu trennende Querschnitt auf Verdrehung beansprucht werden,
dann ist es zweckmäßig, sowohl die Stange als auch den Stangenabschnitt einzuspannen.
Die den Stangenabschnitt haltende Vorrichtung wird in geeigneter Weise, z. B. durch
umlaufende Nocken, in Drehschwingungen versetzt.
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Ferner besteht die Möglichkeit, die im Trennquerschnitt notwendigen
Belastungen durch magnetische Kräfte zu erzeugen, indem z. B. der Stangenabschnitt
einem D rehfeld mit wechselnder Drehrichtung oder in den Feldern von Elektromagneten
Anziehungskräften wechselnder Richtung ausgesetzt wird.
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Die Anwendbarkeit des neuen Verfahrens ist sehr vielseitig. überall
dort, wo z. B. walzenförmige Körper, insbesondere Rohlinge für anschließendes Kaltstauchen
benötigt werden, ist es anwendbar.
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Erfolgreiche Versuche wurden mit Druckrohren durchgeführt. Die Trennfläche
wird so sauber, daß das bisher nach dem Absägen durchgeführte Planschleifen wegfallen
kann.
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Es ist bekannt, daß die Rollen für Wälzlager nach dem Abscheren von
der Stange an den Scherflächen planiert werden müssen. Dieser Arbeitsgang kann bei
dem neuen Trennverfahren wegfallen.
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Im übrigen ist das Verfahren zur Herstellung von Stangenabschuitten
in allen den Fällen, wo die Länge des Abschnittes mindestens ungefähr gleich dem
Durchmesser ist, anwendbar.
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Auch bei Stoffen geringer Härte kann das Verfahren Anwendung finden.
Die Scherfläche ist dann zwar weniger plan, bleibt aber in allen Fällen rotationssymmetrisch,
was für alle Teile, die durch Fließpressen usw. weiter bearbeitet werden sollen,
von Wichtigkeit ist.
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Das Verfahren ist in entsprechend abgewandelter Form für Profile
aller Art sowie für Bleche anwendbar.