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Hydraulische Dauerschwingungs-Prüfmaschine mit Olgegenfeder
Die Erfindung
betrifft eine hydraulische Dauerschwingungs-Prüfmaschine, bei der in bekannter Weise
durch einen Pulsator wechselnde Kräfte auf einen Prüfling gegen die Wirkung einer
Ölfeder ausgeübt werden. Bisher hat man das Volumen der Ölfeder so groß bemessen,
daß man die von der Ölfeder ausgeübte Gegenkraft als eine Konstante ansehen konnte.
Andererseits ist beim Prüfen mit derartigen Maschinen vielfach die Massenkraft der
mitschwingenden Maschinenteile unberücksichtigt geblieben oder nachträglich bei
der Auswertung der Messungen berücksichtigt worden.
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Eine Dauerschwingprüfmaschine stellt mit dem eingespannten Prüfkörper
ein schwingungsfähiges System mit einem Freiheitsgrad dar. Der Prüfkörper selbst
bildet mit der parallel geschalteten Ölfeder die Federung dieses Systems. Die mitschwingenden
Maschinenteile stellen die schwingende Masse dar.
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Auf den Prüfkörper wirkt somit nicht nur die vom Pulsator erzeugte
anregende Kraft, sondern auch noch die Massenkraft der mitschwingenden Massen sowie
die Federungskraft der Ölfeder. Es gilt in bekannter Weise die Beziehung C1 a eiot=
(P,,, + M a W2 - C2 a) 5i,t Dabei bedeutet C1 Federkonstante des Prüfkörpers, a
Dehnung des Prüfkörpers = Amplitude der schwingenden Masse, w Kreisfrequenz der
Schwingung, t Zeitparameter, Pman anregende Kraft (vom Pulsator erzeugt), M schwingende
Masse, C2 Federkonstante der Ölfeder.
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Die Massenkraft addiert sich also der anregenden Kraft gleichphasig
hinzu - allerdings nur bei dem für derartige Maschinen üblichen Betriebs- -zustand
unterhalb der Resonanzfrequenz -, während die Federungskraft der Ölfeder entgegengesetztes
Vorzeichen-trägt. Da sowohl die Massenkraft als auch die Federungskraft proportional
der Schwingungsamplitude a sind, ist es möglich, daß sich diese beiden Kräfte unabhängig
von der Amplitude gegenseitig aufheben. Es muß dann die Bedingung gelten Mw2 = C2.
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Ist diese Bedingung erfüllt, so geht die obige Gleichung über in
die Form iwt ist C1 a e Xt = pmXsei d. h. also, daß auf den Prüfkörper nur noch
die von den Manometern angezeigtevom Pulsator erzeugte - anregende Kraft wirkt.
-Die anregende Kraft wird in bekannter Weise durch Erfassung des periodischen Wechseldruckes
im Zylinderraum des Kolbens 3 gemessen. Das Nullniveau der schwingenden Last dagegen
wird in ebenfalls bekannter Weise durch den mittleren Druck im Zylinderraum des
Kolbens 4 bestimmt, an den ein träges, stark gedämpftes Manometer angeschlossen
wird.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es möglich ist,
die Massenkräfte der mitschwingenden Maschinenteile zu kompensieren.
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Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die Federkonstante
der Ölfeder derart abgestimmt ist, daß durch die beim Schwingungsvorgang entstehenden
Druckschwankungen im Ölfedersystem eine der Massenkraft der am Schwingungsvorgang
mitbeteiligten Prüfmaschinenteile entsprechende und diese Massenkraft kompensierende
Gegenkraft entsteht. Das Wesentliche der Erfindung liegt also darin, daß die Gegenkraft
der Olfeder nicht mehr eine Konstante ist, sondern in der Ölfeder durch Abstimmung
des Olfedervolumens ' und damit der Federkonstante - eine den Massenkräften der
Maschinenteile bei einer bestimmten Schwingungsfrequenz entsprechende und diesen
entgegenwirkende sinusformig verlaufende Gegenkraft erzugt wird. Es ist also - um
den Erfindungsgedanken zu verwirklichen - notwendig, die Ölfederkonstante jeweils
auch auf die Schwingungsfrequenz abzustimmen.
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Das kann zweckmäßigerweise dadurch geschehen, daß die Ölfeder aus
mehreren zu- und abschaltbaren Behältern besteht, deren Volumina derartig bemessen
sind, daß sich beim Zu- oder Abschalten eines Behälters eine stufenweise Änderung
der Federkonstante der Ölfeder ergibt, und zwar in einer der an der Maschine einstellbaren
Drehzahlstufen des Schwingungserzeugers entsprechenden Abstufung. Man kann aber
auch dieses Ziel dadurch erreichen, daß der Ölfederbehälter als Zylinder mit verschiebbarem
Kolben ausgebildet ist und eine stufenlose Veränderung der Ölfederkonstante gestattet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Abbildung schematisch
dargestellt und im folgenden beschrieben.
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Die Prüfmaschine I mit dem Prüfling 2 besitzt einen Zugkolben 3 (bzw.
Zylinder) und einen Druckkolben 4 (bzw. Zylinder). Beide Kolben sind über das Querhaupt
5, die beiden Zugstangen 6 und 7 sowie den Spannkopf 8 kraftschlüssig mit dem Prüfling
2 verbunden. Die auf den Prüfling 2 einwirkende Hydrau-ldtraft ergibt sich also
als Differenzbetrag des Druckes im Zylinder 3 gegenüber dem Zylinder 4. Der untere
Zylinder 4 bildet mit dem Behälter g das Ölgegenfederhydrauliksystem. Der obere
Zylinder 3 steht mit der Pulsator pumpe II in Verbindung. Mit I5 ist eine Auffüllpumpe
bezeichnet.
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Durch den Pulsator II werden sinusförmig verlaufende Druckschwankungen
im Zylinder 3 erzeugt, durch die eine Wechselkraft auf den Prüfling 2 ausgeübt wird.
Dieser Wechselkraft wirkt der im Zylinder 4 wirksame Druck der Ölfeder 9 entgegen.
Außerdem wirken auf den Prüfling 2 die Massenkräfte der unter dem Einfluß der Wechselkraft
mitschwingenden Maschinenteile, also vorwiegend des Querhauptes 5, der Zugstangen
6, 7 und des Spannkopfes s. Das Volumen des Ausgleichsbehälters 9, durch das die
Federkonstante der Ölfeder bestimmt wird, ist nun so. gewählt bzw. eingestellt,
daß in der Olfeder unter dem Einfluß der Wechselkraft sinusförmig verlaufende Druckschwankungen
von solcher Größe entstehen, daß durch sie die Massenkräfte der mitschwingenden
Maschinenteile kompensiert werden. Diese Massenkräfte sind naturgemäß abhängig von
der Frequenz der Wechselkraft, d. h. von der Drehzahl des Pulsators II. Ist eine
stufenweise Änderung der Pulsatordrehzahl vorgesehen, so kann man die Angleichung
der Federkonstanten der Ölfeder diesen Drehzahlstufen entsprechend durch Zu- bzw.
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Abschalten Zusätzlicher, nicht dargestellter Ausgleichsbehälter g
vornehmen. Man kann aber auch das Volumen des Ausgleichsbehälters g dadurch verändern,
daß man im zylindrischen Teil desselben einen einstellbaren Kolben vorsieht.
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Zur Messung der Wechselkraft und des Druckes der Ölfeder können in
bekannter Weise Manometer in Verbindung mit einem Drehschieber angewandt werden.
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PATENTANSPRttCHE 1. Hydraulische Dauerschwingungs - Prüfmaschine
mit Ölgegenfedei, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstante der Ölfeder derart
abgestimmt ist, daß durch die beim Schwingungsvorgang entstehenden Druckschwankungen
im Ölfedersystem am Kolben des Olfedersystems eine Kraft wirksam ist, die der Massenkraft
der am Schwingungsvorgang mitbeteiligten Massen gleich ist.