Hydraulische Belastungsvorrichtung für Materialprüfanlagen mit Hilfskraftsteuerung
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Belastungsvorrichtung für Materialprüfanlagen, mit einer durch Hilfskraft in Abhängigkeit von einer Lastmessvorrichtung umsteuerbaren Belastungspumpe mit veränderlichem Fördervolumen. Solche Belastungsvorrichtungen können sowohl für Schwellbelastungen als auch für Wechselbelastungen benutzt werden. In bekannter Weise fördert bei Schwellbelastungen die umsteuerbare Belastungspumpe während der Belastungsphase Druckmittel in einen Prüfzylinder und läuft während der Entlastungsphase als hydraulischer Motor unter dem Einfluss des im Prüfzylinder herrschenden Überdruckes.
Bei Wechselbelastung wird durch die umsteuerbare Belastungspumpe abwechselnd Druck in zwei gegeneinander wirkenden Prüfzylindern bzw. auf beiden Seiten eines Doppelzylinders erzeugt, wobei das Druckmittel aus dem einen Prüfzylinder in den anderen umgepumpt wird.
Bekanntlich hängt die Geschwindigkeit des Lastanstieges und des Lastabfalles von dem Druckmittelvolumen ab, das von der Belastungspumpe in der Zeiteinheit im positiven oder negativen Sinne gefördert wird. Die Lastanstieg- bzw. abfall-Geschwindigkeit ist daher abhängig von der Stellung des Pumpenverstellgliedes, die die Fördermenge pro Zeiteinheit bestimmt. Wenn man für das Verstellglied der Belastungspumpe bei positiver und negativer Förderrichtung unabhängig voneinander einstellbare Anschläge vorsieht, kann man die Steilheit des Lastanstieges und des Lastabfalls unabhängig voneinander durch diese Anschläge einstellen. Man kann auf diese Weise dreieckförmige oder sägezahnförmige Belastungskurven erhalten, deren Flankenwinkel durch Einstellung der Verstellglied-Anschläge veränderbar ist.
Die Amplitude solcher Belastungskurven ist von den einstellbaren Lastgrenzen abhängig, bei deren Erreichen die Belastungspumpe jeweils umgesteuert wird. Die Lastmessvorrichtung weist dabei verstellbare Schalter auf, die auf die jeweils gewünschte obere und untere Lastgrenze eingestellt werden können.
Darüberhinaus ist bei bekannten Belastungsvorrichtungen jedoch eine Beeinflussung der Lastkurvenform nicht ohne weiteres möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer hydraulischen Belastungsvorrichtung der geschilderten Art einen weitergehenden Einfluss auf die Form der Belastungskurven zu gewinnen, um diese i. B. sinusförmig zu machen oder in anderer Weise den erforderlichen Prüfbedingungen anpassen zu können.
Erfindungsgemäss wird das dadurch erreicht, dass zur Steuerung der Belastungspumpe eine von einer Hilfspumpe gespeiste hydraulische Steuervorrichtung mit veränderbarer Charakteristik verwendet ist. Wenn die Charakteristik der hydraulischen Steuervorrichtung sich unabhängig von den von der Belastungspumpe gelieferten Drücken verändern lässt, so kann in Verbindung mit den vom Belastungsdruck abhängigen Reaktionskräften, denen das Verstellglied der Belastungspumpe unterliegt, eine beliebige Verstellcharakteristik dieses Pumpenverstellgliedes erzielt und dadurch die Lastkurvenform in weitgehendem Masse beeinflusst werden.
Die Charakteristik der Steuervorrichtung kann auf verschiedene Weise veränderbar sein. Zweckmässigerweise ist der von der Hilfspumpe erzeugte Steuerdruck durch veränderliche Drosselung eines Nebenauslasses leitung 23 eingeschaltet, die von der Steuerkammer 21 zu einem Druckmittelsumpf 24 führt.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Belastungsvorrichtung ist folgende:
Durch den von der Belastungspumpe 1 erzeugten Belastungsdruck wird der Messkolben 15 gegen die Wirkung der Zugfedern 16, 16' herausgeschoben, bis das Schaltglied 18 den Druckmittelschalter 19' betätigt. Dieser Druckmittelschalter 19' ist in Bewegungsrichtung des Schaltgliedes 18 so eingestellt, dass er beim Erreichen der gewünschten oberen Lastgrenze betätigt wird. Durch Öffnen des Druckmittelschalters 19' wird die Steuerkammer 21 des Steuerschiebers 7 drucklos, so dass die Rückstellfeder 22 den Steuerschieber 7 umschalten kann. Dadurch wird die Steuerdruckleitung 8 an den hydraulischen Stellzylinder 6' und der Stellzylinder 6 an den Auslass 9 angeschlossen.
Durch diesen Vorgang wird das Verstellglied 3 bis zum Anschlag 4' verschwenkt und die Belastungspumpe 1 umgeschaltet. Der Belastungsdruck sinkt infolgedessen und der Messkolben 15 wird durch die Zugfedern 16, 16' eingeschoben, bis das Schaltglied 18 den Druckmittelschalter 19 betätigt. Dieser ist auf die gewünschte untere Lastgrenze eingestellt. Beim Öffnen des Druckmittelschalters 19 entsteht in der Steuerkammer 21 Druck, durch den unter Überwindung der Rückstellfeder 22 der Steuerschieber 7 wieder umgeschaltet wird.
Dabei wird der Stellzylinder 6 an die Druckleitung 8 und der Stellzylinder 6' an den Auslass 9' angeschlossen und infolgedessen die Belastungspumpe 1 wieder auf positive Förderrichtung umgesteuert, so dass sich das geschilderte Belastungsspiel wiederholt.
In Fig. 3 ist zur Erläuterung der Einstellmittel eine Schwellbelastungskurve dargestellt. Setzt man voraus, dass die Stellgeschwindigkeit der Stellzylinder 6, 6' sehr gross ist, und ihre Stellkraft alle Rückstellkräfte der Belastungspumpe 1 überwindet, so erfolgt ein plötzliches und schlagartiges Umschalten der Belastungspumpe 1. Es entsteht dabei eine zickzackförmige Belastungskurve, die je nach Einstellung der Anschläge 4, 4' die Form gleichseitiger Dreiecke hat oder auch Sägezahnform annehmen kann. Die Winkel oG und G sind von der Einstellung der Anschläge 4, 4', durch welche die Fördermenge der Pumpe 1 bestimmt ist, abhängig. Die Minima und Maxima der Belastungskurve hängen von der Stellung der Druckmittelschalter 19, 19' ab.
Durch Einstellung des von der Hilfspumpe 11 erzeugten Steuerdruckes am Drosselventil 14 kann man erreichen, dass die Reaktionskräfte der Belastungspumpe 1, die ja mit wachsendem Druck zunehmen, vor dem Erreichen der oberen Lastgrenze mit der Stellkraft des Stellzylinders 6 ins Gleichgewicht kommen, so dass keine plötzliche Umsteuerung der Belastungspumpe 1 erfolgt. Die Belastungskurve erhält dadurch die bei a gestrichelt eingezeichnete Abrundung, deren Form sich nach der Abstimmung des Steuerdruckes am Drosselventil 14 richtet. Eine ebensolche Abrundung b der Belastungskurve im Bereich einstellbar. Weiterhin kann die Fördermenge der Hilfspumpe einstellbar sein. Es können auch in die Druckmittelauslassleitungen eines geeigneten Umsteuerorganes einstellbare Drosselvorrichtungen eingeschaltet sein.
Diese verschiedenen Einstellmittel der Steuervorrichtung können so aufeinander und auf die Rückstellkraft des Verstellgliedes der Belastungspumpe abgestimmt werden, dass eine beliebige Bewegungscharakteristik dieses Verstellgliedes erzielt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 der Zeichnung schematisch dargestellt. Fig. 2 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles bei Wechselbelastung. Fig. 3 stellt eine Belastungskurve dar.
Mit 1 ist eine hydraulische Belastungspumpe bezeichnet, die mittels eines hebelförmigen, bei 2 gelagerten Verstellgliedes 3 in bekannter Weise umsteuerbar ist. Bei der gezeichneten Stellung des Verstellgliedes 3, bei der es an einem einstellbaren Anschlag 4 anliegt, fördert die Belastungspumpe 1 Druckmittel in eine Druckleitung 5, die über einen nicht dargestellten Druckverteiler an einen oder mehrere Prüfzylinder angeschlossen ist, so dass in diesen ein Belastungsdruck entsteht. Liegt das Verstellglied 3 jedoch nach einer Schwenkbewegung im Uhrzeigersinne an dem verstellbaren Anschlag 4' an, so hat sich die Förderrichtung der Belastungspumpe 1 umgekehrt.
Die Pumpe 1 läuft in diesem Falle als hydraulischer Motor unter dem Einfluss des im Prüfzylinder erzeugten Überdruckes. Durch periodisches Umsteuern des Verstellgliedes 3 wird also im Prüfzylinder eine Schwellbelastung erzeugt. An dem Verstellglied 3 greifen gegensinnig zwei hydraulische Stellzylinder 6, 6' an, die über einen Steuerschieber 7 wechselweise an eine Steuerdruckleitung 8 und an Druckmittelauslässe 9, 9' anschaltbar sind. Die Druckmittelauslässe 9, 9' weisen einstellbare Drosselventile 10, 10' auf.
Die Druckmittelleitung 8 wird von einer durch einen Elektromotor 11' angetriebenen Hilfspumpe 11 gespeist, deren Fördermenge durch ein Einstellglied 12 veränderbar ist. Ein in eine Auslassleitung 13 eingeschaltetes einstellbares Drosselventil 14 gestattet eine Einstellung des von der Hilfspumpe 11 erzeugten Steuerdruckes.
An den Druckverteiler, in dem der von der Belastungspumpe 1 erzeugte Druck herrscht, ist ein Messkolben 15 angeschlossen, der an einem durch Zugfedern 16, 16' belasteten Joch 17 anliegt. Mit dem Joch 17 ist ein Schaltglied 18 verbunden, das mit zwei in einstellbarem Abstand voneinander angeordneten Druckmittelschaltern 19, 19' zusammenarbeitet. Der Druckmittelschalter 19 ist in eine an die Hilfspumpe 11 angeschlossene Druckleitung 20 eingeschaltet, die zu einer Steuerkammer 21 des Steuerschiebers 7 führt. Dem Druck in der Steuerkammer 21 wirkt eine Rückstellfeder 22 des Steuerschiebers 7 entgegen.
Der Druckmittelschalter 19' ist in eine Auslass der unteren Lastgrenze kann man durch Einstellung der Fördermenge am Stellglied 12 der Hilfspumpe 11 erreichen, wodurch sich in Verbindung mit den Auslassdrosselventilen 10, 10' die Stellgeschwindigkeit der Stellzylinder 6, 6' verändern lässt. Es besteht also die Möglichkeit, durch Abstimmen der Hilfskraft Einstellmittel 14, 12, 10, 10' auf die vorhandene Reaktionskraft des Pumpen-Verstellgliedes 3 die Form der Lastkurven in beliebiger Weise zu beeinflussen und den Prüfbedingungen anzupassen.
Bei Wechselbelastungsprüfungen sind, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist, zur Betätigung der Druckmittelschalter 19, 19' zwei getrennte Messkolben 15', 15" vorgesehen, die entsprechend der wechselnden Lastrichtung wechselweise in Tätigkeit treten.
Anstelle der hier dargestellten hydraulischenSteuerung des Steuerschiebers 7 kann diese auch z. B. durch elektrische Schalter und Magnetkraft erfolgen.