WO2000019182A1 - Magazin zum temperieren von proben und zum beschicken einer prüfmaschine für kerbschlagbiegeversuche - Google Patents

Magazin zum temperieren von proben und zum beschicken einer prüfmaschine für kerbschlagbiegeversuche Download PDF

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Bernhard Dafferner
Ralf Kunze
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    • G01N35/04—Details of the conveyor system

Definitions

  • the invention relates to a magazine for tempering samples and for loading a testing machine for impact tests.
  • Notched bar impact tests are an essential part of material testing, with them you get reliable information about specific material behavior. For this purpose, series of samples of the same material and the same geometry are used, which are exposed to the notch impact under the same conditions.
  • DE 196 14 966 proposes a testing machine for impact tests with additional devices that always sets up the same conditions before the immediate impact.
  • a sample magazine in which one test specimen is first pushed into a temperature control device and after the temperature has been reached is transported further by means of further sliding devices on the support of the notch impact device.
  • the cycle with which a test series can be run is basically determined by the temperature control. Heating or cooling is time-dominant and becomes more time-consuming as the number of samples in a series increases.
  • the invention has for its object to increase the clock rate in tests with testing machines for impact tests, so that large series can be run economically justifiable with a reasonable amount of time.
  • a magazine with temperature control device consists of a cuboid chamber with good heat-conducting walls. At the loading opening, one end of the chamber, the samples are loaded one after the other in the same position, pushed through the chamber of the magazine and selected. rend this passage tempered to the predetermined temperature by means of the temperature control device.
  • the magazine is first loaded until the very first sample arrives at the end of the chamber and is ready to be unloaded, pushed out laterally. From then on, loading and unloading takes place in one cycle until the series has been completed.
  • the material and temperature-dependent tempering time is thus an integral multiple of the cycle time for loading and unloading, the integral multiple being equal to the maximum number of samples in the magazine that can be there at the same time.
  • the magazine consists of two milled or cast plates, at least one of which is still drilled with holes that are connected to at least one channel through which the corresponding cooling or heating medium flows in order to bring the samples to the specified temperature and to hold.
  • a controllable unloading slide pushes the temperature-controlled sample along the face opposite the insertion opening from the magazine onto the support of the testing machine up to the stop.
  • a transport pipe or channel or a belt ends at the loading opening via which the sample of the series to be examined is heated and inserted one after the other via a controllable loading slide (claim 2).
  • the heating device is a high-performance electric heating coil, which bears good heat transfer on one of the two magazine halves or on both outside and is covered on the outside with an insulation layer. This layer insulates both in heat and in cold.
  • the two plates are in In the simplest case, placed on top of one another and screwed together, their recesses form the cuboid cavity and process space for tempering with a fixed geometry
  • temperature sensors are identified which sense the temperature of the samples advancing in the magazine, in particular the sample lying on the end wall before the ejection.
  • the sensors are connected to an automation device in which, for. B. computer-based local temperature signals can be included in the entire process.
  • the movement of the loading slide and the unloading slide are monitored by displacement sensors.
  • the displacement sensors are also connected to the automation device, in which your signals flow to control the process flow.
  • the magazine with temperature control device for carrying out the conductive temperature control has the advantage that the magazine is always filled to the maximum after the very first sample has reached the unloading position.
  • the warm-up time is also the cycle time of a sample through the magazine.
  • the cycle time from which the cycle frequency for loading and unloading results is an integral fraction of the tempering time, namely equal to the maximum number of samples in the magazine at the same time. It's just that Time delay due to the loading of the magazine (a kind of delay time), then the testing machine is operated in this short cycle. The delay time occurs again at the end of the running series as the emptying time of the magazine. The higher the number of magazines, the more advantageous it is for processing large series of samples.
  • the magazine is, on the one hand, a sample storage device in which a sufficiently long tempering time is achieved according to the "first-in, first-out" principle, since each sample is in the magazine with this tempering time, this time essentially due to the temperature and material parameters and the performance of the temperature control device is fixed.
  • the use of the conductive temperature control concept has the advantage that the magazine can perform two functions, namely loading and unloading and temperature control during the sample run.
  • the magazine can also be made compact for large sample quantities, which means that short loading times and short transport routes can be maintained.
  • the adaptation to different sample geometries is possible with little effort. Magazines with adjustable cavity height can be produced.
  • the base body of the magazine consists of two milled, stacked and screwed together plates made of metal (aluminum, steel> 300 ° C, copper ⁇ 300 ° C, brass) , which form the temperature control body 4, and is intended for the lined-up, simultaneous recording of more than twenty identical, rod-shaped samples.
  • the magazine is in the middle section through the cuboid conveying formed by the lying together. shown chamber.
  • the metal plate is hatched at an angle.
  • the rod-shaped samples are lined up, which are inserted one after the other into the magazine through the end face with the loading slide 2 in the direction indicated by the arrow.
  • the discharge process begins with the unloading slide 1, provided that the sample has reached the setpoint temperature through the magazine chamber.
  • the sample is then unloaded or ejected in the direction indicated by the arrow towards the support of the test facility and moved into the correct position. If the unloading slide is fully retracted again, i.e. there is no area in the cuboid cavity of the magazine, the sample in position on the forehead of the loading slide is pushed into the cavity, the sample stack in the magazine is pushed one more.
  • the plate is interspersed with holes (parallel to the image plane), which here are connected via arches to only one channel through which the cooling or heating medium flows through a pump in the reservoir.
  • this temperature control device operated in terms of flow technology and the additional heating device lying on the outside of the plate are not indicated in the figure.
  • the entire magazine is packed in the insulating layer 3 (cross hatched) for insulation against cold or heat and for thermostatting. For reasons of control technology, it is often sensible to use the heating coils constantly. H. even at temperatures that are lower than the ambient temperature.
  • the magazine is designed for temperature control in the range from - 196 ° C (liquid nitrogen) to 700 ° C (with attached electric heating coil) and can therefore be used in many different ways. Thanks to the displacement sensors on the slides and the temperature sensors in the temperature control room, the test process can be computer-controlled and therefore fully automated, an advantage for large-scale tests.

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Abstract

Ein Magazin zum Beschicken einer Prüfmaschine mit Proben für Kerbschlagbiegeversuche kann eine grosse Anzahl Proben einer Serie aufnehmen. Die Proben werden in einem vorbestimmten Takt nacheinander in das Magazin geladen und während des Durchlaufs durch das Magazin über eine Temperiereinrichtung unmittelbar an dem Magazin temperiert. Da das Magazin als Spende-Einrichtung für die Proben wirkt und gleichzeitig Temperiereinrichtung ist, wird bei verhältnismässig langer Temperierzeit eine kleine Taktzeit oder hohe Taktfrequenz für das Beschicken der Prüfmaschine erreicht.

Description

Magazin zum Temperieren von Proben und zum Beschicken einer Prüfmaschine für Kerbschlagbiegeversuche
Die Erfindung betrifft ein Magazin zum Temperieren von Proben und zum Beschicken einer Prüfmaschine für Kerbschlagbiegeversuche.
Kerbschlagbiegeversuche sind ein wesentlicher Bestandteil der Materialprüfung, mit ihnen kommt man zu zuverlässigen Aussagen über spezifisches Materialverhalten. Hierzu werden Serien an Proben gleichen Materials und gleicher Geometrie verwendet, die unter gleichen Bedingungen dem Kerbschlag ausgesetzt werden.
In der DE 196 14 966 wird eine Prüfmaschine für Kerbschlagbiegeversuche mit zusätzlichen Einrichtungen vorgeschlagen, die stets gleiche Verhältnisse vor dem unmittelbaren Kerbschlag einrichtet. Hierzu gibt es ein Probenmagazin, in dem jeweils ein Prüfling zunächst in eine Temperiereinrichtung geschoben und nach Erreichen der Temperatur über weitere Schiebeeinrichtungen posi- tionsgenau auf dem Auflager der Kerbschlageinrichtung weiter transportiert wird.
Der Takt, mit dem eine Versuchsserie gefahren werden kann, wird grundsätzlich von der Temperierung bestimmt. Erwärmen oder Abkühlen ist zeitdominant und macht sich mit zunehmender Probenzahl einer Serie entsprechend zeitraubend bemerkbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Taktrate bei Versuchen mit Prüfmaschinen für Kerbschlagbiegeversuche zu erhöhen, so daß Großserien mit erträglichem zeitlichen Aufwand wirtschaftlich vertretbar gefahren werden können.
Die Aufgabe wird durch ein Magazin mit Temperiereinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Es besteht aus einer quaderförmigen Kammer mit gut wärmeleitenden Wänden. An der Beladeöffnung, einer Stirnseite der Kammer werden die Proben nacheinander in gleicher Lage geladen, durch die Kammer des Magazins geschoben und wäh- rend dieses Durchgangs mittels der Temperiereinrichtung auf die vorgegebene Temperatur temperiert. Das Magazin wird zunächst beladen, bis die allererste Probe am Ende der Kammer ankommt und zum Entladen, dem seitlichen Ausschieben, bereit liegt. Ab dann wird in einem Takt beladen und entladen, bis die Serie durchgelaufen ist. Die rαaterial- und temperaturabhängige Temperierzeit ist somit ein ganzzahliges Vielfaches der Taktzeit für das Be- und Entladen, wobei das ganzzahlige Vielfache gleich der maximalen Anzahl an Proben in dem Magazin ist, die gleichzeitig dort sein können.
Das Magazin besteht aus zwei ausgefrästen oder gegossenen Platten, wovon mindestens eine noch von Bohrungen durchzogen ist, die zu mindestens einem Kanal miteinander verbunden sind, durch die das entsprechende Kühl- oder Wärmemedium geströmt wird, um die Proben auf die vorgegebene Temparatur zu bringen und zu halten. Zusätzlich besteht noch eine anliegende Heizeinrichtung, mit der gegebenfalls Temperaturen in den Proben über denen mit den Wärmemedium möglichen eingestellt und gehalten werden können.
Ein steuerbarer Entladeschieber schiebt die temperierte Probe entlang der der Einschiebeöffnung gegenüber liegenden Stirnseite positionsgenau aus dem Magazin auf das Auflager der Prüfmaschine bis zu dem Anschlag.
In den Unteransprüchen 2 bis 7 sind weitere nützliche, nicht triviale Merkmale des Magazins gekennzeichnet. So endet an der Beladeöffnung ein Transportrohr oder -kanal oder ein -band über das oder den die Proben der zu untersuchenden Serie untemperiert und nacheinander über einen steuerbaren Beladeschieber eingeschoben werden (Anspruch 2) .
Die Heizeinrichtung ist eine leistungsstarke elektrische Heizwendel, die mit gutem Wärmeübergang an einer der beiden Magazinhälften oder an beiden außen anliegt und nach außen hin mit einer Isolationsschicht abgedeckt ist. Diese Schicht isoliert sowohl bei Wärme als auch bei Kälte. Die beiden Platten sind im einfachsten Fall aufeinander gelegt und zusammen geschraubt und bilden durch ihre Ausnehmungen so den quaderförmigen Hohlraum und Prozeßraum für das Temperieren mit einer festen Geometrie
(Anspruch 3) oder aber die beiden Hälften fügen sich schachteiförmig ineinander, wodurch der quaderförmiger Hohlraum in seiner Höhe über Schrauben in Grenzen kontinuierlich verstellbar ist
(Anspruch 4) . Letzteres würde an einer umfassenden Heizeinrichtung ein flexibles Zwischenstück erfordern, das ist konstruktiv aufwendiger.
In Anspruch 5 sind Temperaturfühler (-sensoren) gekennzeichnet, die die Temperatur der im Magazin vorrückenden Proben, insbesondere die vor dem Ausstoß an der Stirnwand liegende Probe abtasten. Die Fühler sind mit einer Automatisierungseinrichtung verbunden, in der z. B. rechnergestützt die örtlichen Temperatursignale in den gesamten Prozeßablauf einbezogen werden.
Die Bewegung des Beladeschiebers und des Entladeschiebers werden über Wegsensoren überwacht. Die Wegsensoren sind ebenfalls mit der Automatisierungseinrichtung verbunden, in der Ihre Signale zur Steuerung des Prozeßablaufs einfließen.
Das Magazin mit Temperiereinrichtung zur Durchführung der kon- duktiven Temperierung hat den Vorzug, daß das Magazin, nachdem die allererste Probe in der Entladeposition angekommen ist, stets maximal gefüllt ist.
Die höchste zu fahrende Taktfrequenz, fmax Iakt, für den Ausstoß der Proben ergibt sich aus der notwendigen Aufwärmzeit, tmin τemPj einer Probe geteilt durch die maximale Anzahl von n Proben im Magazin, also
Imax Takt ~ H./ Lmιn Temp •
Die Aufwärmzeit ist auch die Durchlaufzeit einer Probe durch das Magazin. Die Taktzeit, aus der sich die Taktfrequenz für das Be- und Entladen ergibt ist ein ganzzahliger Bruchteil der Temperierzeit, nämlich gleich der maximalen Stückzahl gleichzeitig sich im Magazin befindlicher Proben. Es ist lediglich noch der Zeitverzug durch das Aufladen des Magazins (eine Art Verzugszeit) aufzubringen, danach wird die Prüfmaschine in diesem kurzen Takt betrieben. Die Verzugszeit tritt am Ende der durchlaufenden Serie als Entleerungszeit des Magazins nochmal auf. Je höher die Bestückungszahl des Magazins ist, um so vorteilhafter wird es für die Bearbeitung großer Probenserien. Das Magazin ist einerseits ein Probenspeicher, bei dem nach dem „first-in first- out"-Prinzip eine ausreichend lange Temperierzeit erreicht wird, jede Probe befindet sich ja mit dieser Temperierzeit in dem Magazin, wobei diese Zeit im wesentlichen durch die Temperatur und Materialparameter sowie die Leistung der Temperiereinrichtung festgelegt ist.
Die Anwendung des konduktiven Temperierkonzepts hat den Vorteil, daß das Magazin zwei Funtionen erfüllen kann, nämlich das Be- und Entladen und das Temperieren während des Probendurchlaufs. Das Magazin kann auch für große Probenmengen kompakt ausgeführt werden, wodurch kurze Beladezeiten und kurze Transportwege aufrechterhalten werden können. Die Anpassung an unterschiedliche Probengeometrien ist mit geringem Aufwand möglich. Magazine mit in Grenzen verstellbarer Hohlraumhöhe sind herstellbar.
Mit dem Magazin in seiner Doppelfunktion können mehrere hundert Proben an nur einem Tag mit einer Prüfmaschine verarbeitet werden. Es sind Kerbschlagbiegeversuche an temperierten Werkstoffen unter industriellen Bedingungen mit hoher Taktrate durchführbar, z. B. Taktzeit zweier aufeinander folgender Prüfversuche < 30 sec.
Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden anhand der Zeichnung mit ihrer einen schematischen Figur näher erläutert: Der Grundkörper des Magazins besteht aus zwei ausgefrästen, aufeinander liegenden und miteinander verschraubten Platten aus Metall (Alu, Stahl >300°C, Kupfer < 300°C, Messing), die den Temperierkörper 4 bilden, und ist für die aneinandergereihte, gleichzeige Aufnahme von mehr als zwanzig gleichen, stäbchenför- migen Proben vorgesehen. In der Figur ist das Magazin im Mittenschnitt durch die durch das Zusammenliegen gebildete quaderför- mige Kammer dargestellt. Die Metallplatte ist schräg schraffiert. In ihr sind die stäbchenförmigen Proben aneinandergereiht, die nacheinander durch die Stirnseite mit dem Beladeschieber 2 in die durch den Pfeil angezeigte Richtung in das Magazin eingeschoben werden. Hat die allererste Probe die gegenüberliegende Stirnwand erreicht, beginnt der Ausstoßvorgang mit dem Entladeschieber 1, sofern die Probe in der Durchlaufzeit durch die Magazinkammer die Solltemperatur erreicht hat. Die Probe wird dann in der angezeigten Pfeilrichtung zum Auflager der Prüfeinrichtung hin entladen oder ausgestoßen und in die richtige Position gefahren. Ist der Entladeschieber wieder völlig zurückgefahren, befindet sich also mit keinem Bereich mehr in dem quaderförmigen Hohlraum des Magazins, wird die an der Stirn des Beladeschiebers in Position liegende Probe in den Hohlraum geschoben, dabei wird der Probenstapel im Magazin um eins weitergeschoben.
Die Platte ist mit Bohrungen durchsetzt (parallel zur Bildebene) die über Bögen hier zu nur einem Kanal verbunden sind, durch den das Kühl- oder Wärmemedium über eine Pumpe im Reservoir geströmt wird. Diese strömungstechnisch betriebene Temperiereinrichtung als auch die ergänzende, an der Platte außen anliegende Heizeinrichtung sind der Übersichtlichkeit halber in der Figur nicht angedeutet. Das ganze Magazin ist zur Isolierung vor Kälte oder Wärme und zur Thermostatisierung in die Isolierschicht 3 (gekreuzt schraffiert) gepackt. Aus regelungstechnischen Gründen ist es oft sinnvoll, die Heizwendeln ständig einzusetzen, d. h. auch bei Temperaturen, die kleiner als die Umgebungstemperatur sind.
Das Magazin ist für eine Temperierung im Bereich von - 196°C (flüssiger Stickstoff) bis zu 700°C (mit anliegender elektrischer Heizwendel) ausgelegt und damit vielfältig einsetzbar. Durch die Wegsensoren an den Schiebern und die Temperaturfühler im Temperierraum kann der Prüfprozeß rechnergesteuert und damit voll automatisiert ablaufen, ein Vorteil für Großserien-Versuche . Bezugszeichenliste
1 Entladeschieber
2 Beladeschieber
3 Isolierung
4 Temperierkörper

Claims

Patentansprüche :
1. Magazin zum Temperieren von Proben und zum Beschicken einer Prüfmaschine für Kerbschlagbiegeversuche, dadurch gekennzeichnet, daß das Magazin ein quaderförmiger Hohlraum mit gut wärmeleitenden Wänden ist, der über eine Stirnseite mit einer Serie an gleichartigen Proben beladen wird, und zwar so, daß die Proben der Serie in gleicher Lage eine nach der andern in den Hohlraum eingeschoben und nach der vorgegebenen Durchlaufzeit eine nach der andern durch eine Entladeöffnung entladen werden, zwei Platten das Magazins bilden und mindestens eine neben der Ausfräsung für die Hohlraumbildung von einem Kanal durchzogen ist, durch den Kühl- oder Wärmemedium geströmt werden kann, an mindestens einer der Platten außen eine Heizeinrichtung anliegt, mit der die im Magazin durchlaufenden Proben thermo- statisierbar und auf nicht mehr mit dem Wärmemedium erreichbare Temperaturen erwärmbar ist, das Magazin unter Bildung eines Transportweges zum Auflager der Prüfmaschine an derselben anflanschbar ist.
2. Magazin nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Beladeöffnung ein Probenrohr oder -kanal oder -band endet, an dem die Proben einer Serie nacheinander, jedoch untemperiert, beladegerecht ankommen und über einen Beladeschieber in das Magazin eingeschoben werden.
3. Magazin nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung eine elektrische Heizwendel ist, die an der mit dem Strömungskanal durchsetzten Platte außen anliegt und das Magazin samt Heizwendel von einer die Wärme gar nicht oder allenfalls nurmehr schlecht leitenden Isolationsschicht umgeben ist.
4. Magazin nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Platten des Magazins aufeinander liegen und verschraubt s ind .
5. Magazin nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Platten des Magazins schachtelartig ineinander fügen, so daß die Höhe des quaderförmigen Hohlraums über Schrauben in Grenzen kontinuierlich verstellbar ist.
6. Magazin nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß Temperaturfühler im Hohlraum des Magazins die Temperatur der durchlaufenden Proben abtasten und die Temperaturfühler an eine Automatisierungseinrichtung angeschlossen sind.
7. Magazin nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß entlang des Weges des Beladungs- und Entladeschiebers Wegsensoren angebracht sind und diese an die Automatisierungseinrichtung angeschlossen sind.
8. Magazin nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Proben auf ihrem Schiebeweg in dem Hohlraum zum Ausstoß hin auf Schienen gleiten.
PCT/EP1999/006068 1998-09-25 1999-08-19 Magazin zum temperieren von proben und zum beschicken einer prüfmaschine für kerbschlagbiegeversuche WO2000019182A1 (de)

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