CH240830A - Gerät zur Bestimmung des Gleitmoduls von Werkstoffen. - Google Patents

Description

  
 



  Gerät   ur    Bestimmung des   Gleitmoduis    von   Werkstoffen.   



   Zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls E von Stahl, Leichtmetallen und auch Kunst stoffen ist ein von Le Rolland und Sorin entwickeltes Gerät bekannt, das nach dem Prinzip der   Doppelpendel    arbeitet. Der Elastizitätsmodul eines zu untersuchenden Prüfstabes wird bei diesem Gerät aus der Schwebungszeit der Schwingbewegungen bestimmt. Der grosse Vorteil dieses Gerätes liegt darin, dass die Auslenkungen des Prüfstabes verschwindend klein sind und plastische Verformungen, die das   Versuchsergebnis    trüben könnten, nicht auftreten. Man misst damit den Elastizitätsmodul sozusagen im spannungslosen Zustand des betreffenden Materials, und deshalb eignet sich das Gerät zur Untersuchung von   Kunststoffen,    die sich schon bei geringen Beanspruchungen plastisch verformen.



   Gegenstand der Erfindung ist ein Gerät zur Bestimmung des Gleitmoduls von Werkstoffen, das man sich durch eine einfache   Umbildung    des bekannten Gerätes entstanden denken kann. Das Gerät nach der Erfindung zeichnet sich aus durch Mittel zum Einspannen des obern Endes eines aus dem Werkstoff bestehenden, senkrecht anzuordnenden Prüfstabes, einen Balken, der am untern Ende des Prüfstabes quer zur senkrechten Achse des Prüfstabes zu befestigen ist, und zwei gleichen Pendeln an den beiden Enden des Querbalkens, die im gleichen Abstand vom Befestigungspunkt des Querbalkens am Prüfstabe mindestens in einer Betriebslage derart angebracht sind, dass sie in zur Achse des Prüfstabes parallelen Ebenen schwingen können, die senkrecht zur Längsachse des Querbalkens stehen.



   Zur Erläuterung der Erfindung soll zunächst der wesentliche Aufbau des bekannten Gerätes zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls E an Hand der Fig. 1 der Zeichnung gezeigt werden.



   Der Prüfstab 1, von dessen Werkstoff der Elastizitätsmodul bestimmt werden soll, ist  in dem Geräterahmen 2 fest eingespannt. Am untern Ende des Prüfstabes 1 ist ein Quer balken 3 befestigt, an dessen äussern Enden zwei gleiche Pendel aufgehängt sind. Diese   Pendel    bestehen aus je einer dünnen   Blatt-    feder 4, die mit einer Masse 5 belastet ist.



   Die Blattebene der Federn 4 steht zur Zeich nungsebene senkrecht, so dass die beiden Pen del in der von ihnen und dem Querbalken 3 gebildeten Ebene schwingen können.



   Hebt man zum Beispiel das rechte Pendel an und lässt es dann los, so werden im Laufe der Zeit seine   Schwingausschläge    immer klei ner, während das linke Pendel mit immer grösser werdenden Amplituden schwingt.



   Schliesslich erreicht das linke Pendel seinen    Maximalaussehlag,    während das rechte Pen del zur gleichen Zeit in Ruhe ist. Jetzt wan dert die Schwingenergie vom linken Pendel wieder zum rechten, bis schliesslich das linke
Pendel zur Ruhe gekommen ist und das rechte wieder seinen vollen Ausschlag macht.



   Diese Übertragung der Schwingungsenergie von dem einen Pendel auf das andere und um gekehrt ist dadurch möglich, dass der Prüf stab nicht vollkommen starr ist, sondern an seinem untern Ende zusammen mit dem Quer balken 3 ganz kleine Bewegungen ausführt.



   Da die Rückstellkraft des Prüfstabes sehr gross gegenüber der der Pendel ist, so bleibt die Auslenkung des Prüfstabes so gering, dass plastische Verformungen in ihm nicht statt finden.



   Bei dem Versuch wird die Schwebungs zeit, das heisst die Zeit zwischen zwei Ruhe punkten eines Pendels gemessen. Rechnerisch kann man zeigen, dass der Elastizitätsmodul des Prüfstabes direkt proportional dieser
Schwebungszeit ist. Den die beiden Grössen verbindenden Proportionalitätsfaktor kann man dadurch finden, dass man die Schwe bungszeit für ein Material mit bekanntem   
Elastizitätsmodul (z. B. zu Stahl) bestimmt.   



   Man nennt diesen Faktor die Gerätekonstante.



   Sie ist selbstverständlich nur dann eine un veränderliche Grösse, wenn die Abmessungen des Prüfstabes bei den verschiedensten Materialien immer wieder dieselben sind. Auch sind   Mittel    vorgesehen, dass die Einspannkräfte für den Prüfstab sowohl im Geräterahmen 2 als auch am Querbalken 3 die gleichen bleiben.



   Dieses bekannte Gerät wird nun derart abgewandelt, dass die beiden Pendel nicht in einer gemeinsamen, durch die Aufhängeachse des Prüfstabes gehenden Ebene, sondern in zur Aufhängeachse parallelen Ebenen schwingen können, und zwar so, dass die beiden Schwingungsebenen der Pendel zur Längsachse des Querbalkens 3 senkrecht stehen.



  Es entsteht so beispielsweise die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform des Gerätes nach der Erfindung. Wird bei diesem Gerät, ähnlich wie bei dem Gerät nach Fig. 1, zum Beispiel das rechte Pendel in der neuen Schwingrichtung, also aus der Zeichenebene heraus, angehoben und wieder losgelassen, so wird sich nicht nur infolge der Biegung, sondern auch infolge der Verdrehung des Prüfstabes 1 die Schwingungsenergie allmählich auf das linke Pendel übertragen, bis es seinen vollen Maximalausschlag hat, während das rechte Pendel zur Ruhe gekommen ist. Im Laufe der Zeit fängt das rechte Pendel wieder zu schwingen an, und das linke kommt zur Ruhe. Man erhält also genau so eine Schwebungserscheinung wie im ersten Fall, bei dem die Schwingrichtung der Pendel in Längsrichtung des Balkens 3 erfolgt.

   Nur ist jetzt die Schwebungszeit eine andere, da die   Kopplungen    der beiden Pendel in den beiden senkrecht aufeinanderstehenden Richtungen verschieden sind.



   Bezeichnet man für die Pendelbewegungen in Längsrichtung des Querbalkens 3 die Schwebungszeit mit   z,    und die Gerätkonstante mit   kl,    für die Pendelbewegungen senkrecht zur Balkenlängsachse dagegen die Schwebungszeit mit   zl    und die Gerätkonstante mit k2, so lässt sich rechnerisch zeigen, dass folgende Beziehungen gelten:
Der Elastizitätsmodul E des Prüfstabes 1 ist:    E= 1c1 ri Tt     
Das Gleitmodul G desselben Prüfstabes ist:

   und
EMI3.1     
 wobei   v1    die Eigenschwingungszahl eines der beiden Pendel senkrecht zur Balkenlängsachse ist, wenn beide Pendel in gleicher Richtung, mit gleicher Amplitude, genau gleichzeitig, zum Schwingen gebracht werden, und v2 die entstehende Eigenschwingungszahl, wenn die beiden Pendel mit gleicher Amplitude, genau gegenphasig zum Schwingen gebracht werden. Man braucht also lediglich für einen Prüfstab mit bekanntem Elastizitätsund Gleitmodul (z. B. Stahl) die Schwe  bungszeiten z,    und   r2    in den beiden senkrecht aufeinanderstehenden Pendel-Schwingrichtungen zu bestimmen, um aus den Gleichungen (1) und (2) die Gerätkonstanten kl und k2 zu ermitteln.

   Liegen die Werte für kl und k2 fest, so kann man für beliebige Stoffe den Elastizitäts- und Gleitmodul aus den Gleichungen (1) und (2) finden, unter Voraussetzung, dass die Dimensionen der Prüfstäbe und die Einspannverhältnisse immer dieselben sind.



   Um mit den üblichen Blattfederpendeln die Schwebungszeiten   zg    und   T2    bestimmen zu können, sind die beiden Pendel nicht wie bisher fest mit dem Querbalken 3 verbunden, sondern in ihm so gelagert, dass sie um ihre Längsachse um 900 gedreht werden können.



  Die Pendelmassen 5 können dann in einer Betriebslage in der Längsrichtung des Querbalkens 3 schwingen, in der andern Betriebslage senkrecht dazu. Ein Versuch zur Bestimmung der beiden Module geht dann so vor sich, dass man die beiden Pendel zunächst in Längsrichtung des Balkens 3 schwingen lässt und die Schwebungszeit   Tz    abliest.



  Darauf werden die beiden Pendel am Balken 3 um 900 verdreht, und in der neuen Schwingrichtung wird die zweite Schwebungszeit   2    ermittelt. Aus den Gleichungen (1) und (2) ergeben sich dann die beiden Module. Ihre Bestimmung erfordert also zwei Schwingungsversuche, ohne dass der Prüfstab ausgespannt oder anders gelagert zu werden braucht.



   Die bauliche Ausbildung der Halterung für die beiden Pendel im Querbalken 3 kann beispielsweise so sein, wie es die Fig. 3 bis 5 zeigen. Der Balken 3 besitzt zwei konische Aussparungen 6 zur Aufnahme der beiden Pendel (siehe Fig. 3). Die beiden Aussparungen 6 haben von der Prüfstabachse 1 die gleiche Entfernung. In die Aussparung 6 passt genau das geschlitzte   Konusstück    7 hinein; das obere Ende der dünnen Blattfeder 4 wird in den Schlitz hineingeschoben (siehe Fig. 4). Die beiden Backen des   Konusstuckes    7 werden durch die Schraube 8 angezogen, so dass die Blattfeder 4 fest im Konus sitzt.



  Fig. 5 zeigt dieselbe Anordnung, nur ist das Pendel hier um 900 verdreht, so dass es senkrecht zur Balkenlängsachse schwingen kann.



  An den Aussparungen 6 des Balkens 3 und den   Konusstücken    werden zweckmässig Marken angebracht, so dass eine genaue Einstellung der beiden Pendel in den senkrecht aufeinanderstehenden Schwingrichtungen möglich ist. Selbstverständlich kann man das beschriebene Gerät wahlweise auch nur zur Bestimmung des Elektrizitätsmoduls allein verwenden.  



      PATETANSPROII:   
Gerät zum Bestimmen des Gleitmoduls von Werkstoffen, gekennzeichnet durch   Mit-    tel zum Einspannen des obern Endes eines aus dem Werkstoff bestehenden, senkrecht anzuordnenden Prüfstabes, einen Balken, der am untern Ende des Prüfstabes quer zur senkrechten Achse des Prüfstabes zu befestigen ist, und zwei gleiche Pendel an den beiden Enden des Querbalkens, die im gleichen Abstand vom Befestigungspunkt des Querbalkens am Prüfstabe mindestens in einer Betriebslage derart angebracht sind, dass sie in zur Achse des Prüfstabes parallelen Ebenen schwingen können, die senkrecht zur Längsachse des Querbalkens stehen. 

**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.



   

Claims (1)

1. **WARNUNG** Anfang CLMS Feld konnte Ende DESC uberlappen **. Das Gleitmodul G desselben Prüfstabes ist: und EMI3.1 wobei v1 die Eigenschwingungszahl eines der beiden Pendel senkrecht zur Balkenlängsachse ist, wenn beide Pendel in gleicher Richtung, mit gleicher Amplitude, genau gleichzeitig, zum Schwingen gebracht werden, und v2 die entstehende Eigenschwingungszahl, wenn die beiden Pendel mit gleicher Amplitude, genau gegenphasig zum Schwingen gebracht werden. Man braucht also lediglich für einen Prüfstab mit bekanntem Elastizitätsund Gleitmodul (z. B. Stahl) die Schwe bungszeiten z, und r2 in den beiden senkrecht aufeinanderstehenden Pendel-Schwingrichtungen zu bestimmen, um aus den Gleichungen (1) und (2) die Gerätkonstanten kl und k2 zu ermitteln.

   Liegen die Werte für kl und k2 fest, so kann man für beliebige Stoffe den Elastizitäts- und Gleitmodul aus den Gleichungen (1) und (2) finden, unter Voraussetzung, dass die Dimensionen der Prüfstäbe und die Einspannverhältnisse immer dieselben sind.

   Um mit den üblichen Blattfederpendeln die Schwebungszeiten zg und T2 bestimmen zu können, sind die beiden Pendel nicht wie bisher fest mit dem Querbalken 3 verbunden, sondern in ihm so gelagert, dass sie um ihre Längsachse um 900 gedreht werden können.

   Die Pendelmassen 5 können dann in einer Betriebslage in der Längsrichtung des Querbalkens 3 schwingen, in der andern Betriebslage senkrecht dazu. Ein Versuch zur Bestimmung der beiden Module geht dann so vor sich, dass man die beiden Pendel zunächst in Längsrichtung des Balkens 3 schwingen lässt und die Schwebungszeit Tz abliest.

   Darauf werden die beiden Pendel am Balken 3 um 900 verdreht, und in der neuen Schwingrichtung wird die zweite Schwebungszeit 2 ermittelt. Aus den Gleichungen (1) und (2) ergeben sich dann die beiden Module. Ihre Bestimmung erfordert also zwei Schwingungsversuche, ohne dass der Prüfstab ausgespannt oder anders gelagert zu werden braucht.

   Die bauliche Ausbildung der Halterung für die beiden Pendel im Querbalken 3 kann beispielsweise so sein, wie es die Fig. 3 bis 5 zeigen. Der Balken 3 besitzt zwei konische Aussparungen 6 zur Aufnahme der beiden Pendel (siehe Fig. 3). Die beiden Aussparungen 6 haben von der Prüfstabachse 1 die gleiche Entfernung. In die Aussparung 6 passt genau das geschlitzte Konusstück 7 hinein; das obere Ende der dünnen Blattfeder 4 wird in den Schlitz hineingeschoben (siehe Fig. 4). Die beiden Backen des Konusstuckes 7 werden durch die Schraube 8 angezogen, so dass die Blattfeder 4 fest im Konus sitzt.

   Fig. 5 zeigt dieselbe Anordnung, nur ist das Pendel hier um 900 verdreht, so dass es senkrecht zur Balkenlängsachse schwingen kann.

   An den Aussparungen 6 des Balkens 3 und den Konusstücken werden zweckmässig Marken angebracht, so dass eine genaue Einstellung der beiden Pendel in den senkrecht aufeinanderstehenden Schwingrichtungen möglich ist. Selbstverständlich kann man das beschriebene Gerät wahlweise auch nur zur Bestimmung des Elektrizitätsmoduls allein verwenden.

   PATETANSPROII: Gerät zum Bestimmen des Gleitmoduls von Werkstoffen, gekennzeichnet durch Mit- tel zum Einspannen des obern Endes eines aus dem Werkstoff bestehenden, senkrecht anzuordnenden Prüfstabes, einen Balken, der am untern Ende des Prüfstabes quer zur senkrechten Achse des Prüfstabes zu befestigen ist, und zwei gleiche Pendel an den beiden Enden des Querbalkens, die im gleichen Abstand vom Befestigungspunkt des Querbalkens am Prüfstabe mindestens in einer Betriebslage derart angebracht sind, dass sie in zur Achse des Prüfstabes parallelen Ebenen schwingen können, die senkrecht zur Längsachse des Querbalkens stehen.

   UNTERBNSPRVCHE : 1. Gerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Pendel in ihren Aufhängepunkten um 900 um ihre Längsachse verdrehbar sind.

   2. Gerät nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem obern Ende eines jeden Pendels ein Konuskörper befestigt- ist, der in ein konisches Loch des Balkens eingesetzt ist.