Zugfestigkeitspriifeinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zugfestigkeitsprüfeinrichtung mit einer elektrischen Steuervorrichtung.
Das Bestimmen der Zugfestigkeitseigenschaften länglicher Gegenstände, wie Garn, Fäden Zwirn, Draht oder dergleichen, nachstehend unter der Bezeichnung Faden zusammengefasst, erfolgt gewöhnlich durch Strecken des. Fadens zwischen einer festen und einer verschiebbaren Klammer. Die feste Klammer ist mit einer Druckmessdose zum Bestimmen der auf den Faden einwirkenden Zugkraft ausgerüstet, während dieser bis zum Zerreissen durch die Bewegung der verschiebbaren Klammer gestreckt wird.
Um vergleichbare und nachprüfbare Testresultate zu erzielen, ist es notwendig, den Faden mit einer bestimmten Geschwindigkeit zu strecken, die jeweils den Eigenschaften der verschiedenen Fadentypen angepasst ist. Es wird jedoch nicht möglich sein, in jedem Fall bei gleicher, zwischen die Klammern einzuspannender Fadenlänge zu prüfen. Daraus ergeben sich insbesondere dort Schwierigkeiten, wo die Fäden zur Vermeidung von Beschädigungen zuerst lose zwischen den Klammern zu verlegen sind. In solchen Fällen führt die Anwendung einer konstanten Geschwindigkeit für die bewegliche Klammer während allen Prüfungen zu einem variierenden Dehnungsverhältnis.
Die erfindungsgemässe Zugfestigkeitsprüfvorrichtung mit einer elektrischen Steuerungsvorrichtung zum Festlegen der Bewegung der verschiebbaren Klammer, ist gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erzeugen einer ersten elektrischen Spannung, die proportional ist zur Entfernung zwischen der verschiebbaren und einer festen Klammer, Mittel zur Erzeugung einer weitern, sich im Laufe der Zeit ändernden Spannung, deren zeitliche Ableitung proportional zur ersten Spannung ist, und von der weiteren Spannung abhängige Mittel zum Bewegen der verschiebbaren Klammer.
Die Einrichtung zum Erzeugen der ersten Spannung ist vorzugsweise ein Potentiometer, dessen Schleifkontakt sich entsprechend der Längenveränderung des Fadens während des Versuches bewegt.
Eine Einrichtung zum Erzeugen der weiteren, sich im Laufe der Zeit ändernden Spannung kann eine Integrierschaltung sein, die vorzugsweise gemäss der in der Patentschrift Nr. 49 69 95 (Gesuch Nr. 17 215/67) eingehend beschriebenen Weise aufgebaut ist. Diese Schaltung liefert ein Signal mit einer sich verändernden Spannung, wobei kein Spannungssprung auftritt, wie dies beim Spannungsverlauf der meisten konventionellen Integrierschaltungen der Fall ist. Dies ermöglicht, dass der Ausgang einer solchen Integrierschaltung zum Steuern der Lage einer verschiebbaren Klammer benützt werden kann. Konventionelle Integrierschaltungen können normalerweise hiefür nicht eingesetzt werden, weil die verschiebbare Klammer nicht plötzlich einen grösseren Schritt ausführen darf.
Das zeitabhängige Verhältnis der Spannungsänderung des Ausgangssignals ist vorzugsweise proportional der an die Integrierschaltung angelegten Spannung, welche von der die erste Spannung erzeugenden Einrichtung abgezweigt werden kann.
Das Signal der Integrierschaltung kann zum Steuern der Lage der verschiebbaren Klammer benutzt werden, indem dieses einer Vergleichsschaltung zugeführt wird, die ständig die erste Spannung mit der Signalspannung vergleicht. Es kann vorgesehen werden, dass wenn die beiden Spannungen dasselbe Potential aufweisen, die verschiebbare Klammer stillgesetzt wird, beim Auftreten ungleicher Potentiale jedoch sich die Klammer in jener Richtung bewegt, in der die Bewegung eine Verminderung der Differenz zwischen den Potentialen zur Folge hat. Auf diese Weise sind die Mittel zum Bewegen der Klammer von der Signalspannung abhängig.
Solange die erste Spannung am Mittel zum Erzeugen des Signals mit sich verändernder Spannung, üblicherweise eine Integrierschaltung angelegt ist, steigt das Spannungs-Zeit-Verhältnis selbsttätig an, sofern die erste Spannung im Verlaufe des Prüftestes ansteigt.
Die Steigerung des Änderungsverhältnisses der Spannung bewirkt eine Beschleunigung der verschiebbaren Klammer während des Prüftestes. Sofern erwünscht, kann die Einrichtung zum Erzeugen der ersten Spannung nach dem Start des Prüftestes vom signalerzeugenden Mittel abgeschaltet werden, so dass sich die verschiebbare Klammer mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt. In diesem Falle ist es selbstverständlich notwendig, die erste Spannung am Eingang der signalerzeugenden Mittel, beispielsweise durch einen Speicher-Kondensator, zu halten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben, in welcher die einzige Figur ein Schaltschema darstellt.
Ein in der Zeichnung mit RV1 bezeichnetes Drehpotentiometer besitzt einen Schleifkontakt 1 und eine Wicklung 2, deren eines Ende geerdet ist, während am andern ein negatives Potential El liegt. Das Potential E2 am Schleifkontakt ist proportional der Winkellage des Kontaktes in bezug auf die Potentiometerwicklung.
Die Lage des Schleifkontaktes 1 wird über eine mechanische Kupplung 3 durch einen Motor 4 ge steuert, welcher auch die Bewegung der (nicht gezeigten) verschiebbaren Klammer an einer eingangs erwähnten Zugfestigkeitsprüfeinrichtung steuert. Die Motorwelle ist mit der verschiebbaren Klammer und dem Schleifkontakt 1 derart verbunden, dass das Ausmass der Drehbewegung des Schleifkontaktes proportional zur linearen Bewegung der Klammer ist.
Das Arbeiten des Motors 4 ist von über eine Leitung 5 diesem zugeführten Signalen abhängig, wobei die Leitung 5 mit dem Ausgang eines verlustfreien Trennverstärkers Al mit hoher Eingangsimpedanz verbunden ist, dessen Eingang mit einem Punkt 6 zwischen zwei Widerständen R1 und R2 in Verbindung steht. Die Widerstände R1 und R2 weisen gleiche Werte auf. Das andere Ende des Widerstandes R1 ist mit dem Ausgang eines zweiten verlustfreien Trennverstärkers A2 mit hoher Eingangsimpedanz verbunden, dessen Eingang vom Schleifkontakt 1 abgegriffen ist.
Das andere Ende des Widerstandes R2 ist mit dem Schwenkkontakt eines zweipoligen Umschalters S1 verbunden.
Der Ausgang des Verstärkers A2 ist auch mit dem einen Ende der Wicklung 7 eines zweiten Potentiometers RV2 verbunden, dessen anderes Ende geerdet ist.
Die Stellung des Schleifkontaktes 8 des Potentiometers RV2 ist, entsprechend des bei verschiedenen Prüfstükken abweichenden Streckverhältnisses von Hand einstellbar. Das Potential E3 am Schleifkontakt 8 ist ein festgelegter Teilwert des Potentials E2, der sich aus der gewählten Stellung des Schleifkontaktes ergibt.
Der Schleifkontakt 8 steht mit dem Betätigungsarm eines Ausschalters S2 in Verbindung, dessen fester Kontakt mit einem dritten verlustfreien Trennverstärker A3 mit hoher Eingangsimpedanz, sowie der einen Seite eines Kondensators C1 verbunden ist. Die andere Seite des Kondensators C1 ist geerdet, während der Ausgang des Verstärkers A3 mit einem festen Kontakt eines zweiten zweipoligen Umschalters S3 verbunden ist. Der andere feste Kontakt des Umschalters S3 ist an Erde gelegt, und der Schwenkkontakt des Schalters ist über einen Widerstand R3 mit einem ersten Eingang eines verlustfreien Differentialverstärkers A4 mit hoher Eingangsimpedanz verbunden.
Der gleiche Eingang des Verstärkers A4 ist sowohl mit dem Schwenkkontakt eines weitern Ausschalters S4, dessen fester Kontakt über einen Widerstand R4 geerdet ist, als auch mit der einen Seite eines Kondensators C2 verbunden. Die andere Seite des letzteren ist mit dem Ausgang des Verstärkers A4 verbunden. Das Potential des Ausgangs dieses Verstärkers ist mit E4 bezeichnet.
Der zweite Eingang des Verstärkers A4 ist mit der einen Seite eines Kondensators C3, dessen andere Seite geerdet ist, und mit dem festen Kontakt eines weitern Ausschalters S5 verbunden. Der schwenkbare Kontakt von S5 ist mit dem Ausgang eines weitern verlustfreien Differentialverstärkers A5 mit hoher Eingangsimpe; danz verbunden, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers A4 in Verbindung steht. Der andere Eingang ist mit einem festen Kontakt des Umschalters S1 und dem Schleifkontakt 9 eines weitern Potentiometers RV3 verbunden. Der andere feste Kontakt des Umschalters S1 steht mit dem Ausgang des Verstärkers A4 in Verbindung.
Die Wicklung 10 des Potentiometers RV3 ist am einen Ende geerdet, während am andern Ende ein positives Potential E5 angelegt ist. Die Stellung des Schleifkontaktes ist von Hand wählbar und das Potential E6 stellt einen Teil des Potentials E5 dar.
Ein Teil der Schaltung ist durch eine strichlierte Linie 11 eingerahmt. Dieser Teil ist eine Integrierschaltung, deren Arbeitsweise ausführlich in der Patentschrift Nr. 49 69 95 (Ges. Nr. 17 215/67) beschrieben ist.
Im Schema ist der Zustand gezeigt, bei dem durch die Stellungen der Schalter die Spannung E4 konstant, d. h. im Ruhe -Zustand gehalten wird. Der Eingang 12 des Verstärkers A4 ist über den niederohmigen Widerstand R4 und den Kontakt S4 bei 19 an Erde gelegt. Damit ist ein selbstkompensierender geschlossener Stromkreis über die Verbindungen zwischen den Verstärkern A4 und A5 erstellt. Die Spannungen in diesem geschlossenen Stromkreis sind, abgesehen von kleinen Differenzen zwischen den Spannungen an den Eingängen 12 und 15, bzw. 13 und 16 der bezüglichen Verstärker A4 bzw. A5, konstant. Die Spannung am Ausgang 14 des Verstärkers A5 entspricht praktisch dem Erdpotential, während die Spannung am Ausgang 12 des Verstärkers A4 praktisch dem Potential E6 entspricht.
Durch die Verbindung des Ausgangs 14 des Verstärkers A5 über den Kondensator C3 wird Erde bei 20 und der zusätzlichen Verbindung zwischen dem Ausgang 14 und dem Eingang 15 des Verstärkers A4, wird der Kondensator C3 auf eine mit E7 bezeichnete Spannung aufgeladen. Der Wert der Spannung E7 ist so, dass sich die gewünschte Differenz der Spannungen der Eingänge 12 und 15 am Verstärker A4 ergibt, um die Spannung E4, zusammen mit allfälligen, in der Praxis im Verstärker A4 anfallenden Ausgleichsspannungen auf den Wert von E6 zu bringen.
Bei der Benützung der Zugfestigkeitsprüfvorrichtung werden die Potentiometer RV2 und RV3 von Hand eingestellt, das erstere zum Steuern des Streckverhältnisses des zu prüfenden Fadens und das letztere zum Einstellen der gegenseitigen Ausgangsentfernung der beiden Klammern. Die Schaltung zum Einstellen der gegenseitigen Entfernung der Klammern arbeitet durch Vergleichen der am Punkt 6 angelegten Potentiale. Wenn das Potential E2 am Schleifkontakt 1 gleich ist dem Potential 6 (ohne Berücksichtigung der Polarität), so ist das am Punkt 6 vorhandene; Potential ein Nullpotential, so dass dem Motor 4 über die Leitung 5 kein Signal erteilt wird.
Irgendeine Änderung des Potentials E6 bewirkt ein Potential am Punkt 6, und der Motor 4 wird zu einer Drehbewegung veranlasst, die den Schleifkontakt 1 in jener Richtung zu drehen trachtet, in der das Potential am Punkt 6 wieder auf null zurückgeführt wird. Weil die verschiebbare Klammer gleichzeitig mit dem Schleifkontakt 1 bewegt wird, steuert die Einstellung am Potentiometer auch das gegenseitige Entfernen der Klammern.
Sind die beiden Klammern auf eine passende gegenseitige Entfernung gebracht, so wird der zu prüfende Faden zwischen diese festgeklemmt. Das Strekken des Fadens beginnt, sobald die Schalter S1, S3, S4 und S5 aus der in der Zeichnung dargestellten Stellung umgeschaltet werden. Dies wird normalerweise dadurch bewirkt, indem alle Kontakte auf einem gemeinsamen Relais aufgebaut sind und dieses entsprechend umgeschaltet wird.
Vor dem Umschalten der erwähnten Kontakte ist, wie oben beschrieben das Potential E4 auf einen Wert stabilisiert, der ungefähr dem Wert von E6 entspricht.
Daher bewirkt das Umschalten der Kontakte keine plötzliche Potentialänderung am Punkt 6. Gleichzeitig wird jedoch das Potential E3 an den Eingang 12 der Integrierschaltung angelegt, so dass das Potential E4 mit einem zum Potential E3 konstanten zeitabhängigen Verhältnis zu ändern beginnt, welch letzteres dem sich durch die Einstellung von RV1 ergebenden Wert entspricht. Dies bewirkt, dass sich die durch den Motor 4 angetriebene verschiebbare Klammer zu bewegen beginnt.
Das Potential E4 am Ausgang der Integrierschaltung 11 ändert in einem durch folgende Gleichung gegebenen Verhältnis: dE4 E3 dT C2R3 worin C2 und R3 die bezüglichen Werte des Kondensators C2 und der Widerstandes R3 sind.
Dies ergibt sich aus folgenden: wenn der Schalter S5 offen ist, wird der Eingang 15 des Verstärkers A4 auf dem am Kondensator C3 liegenden Potential gehalten. Wenn nun die Spannung E3 über den Widerstand R3 an den Verstärker gelegt wird, muss die Ausgangsspannung E4 ändern, wobei zwecks Aufladung des Kondensators C2 Strom über den Widerstand R3 fliesst, um die Anderung herbeizuführen. Der durch den Widerstand R3 fliessende Strom ergibt sich aus
E3 1=
R3 Das Verhältnis der Spannungsänderung an C2 beträgt somit dVc2 I E3 dT c2 C2 zu R3 Dieses Änderungsverhältuis entspricht dem Änderungsverhältnis von E4.
Durch das Strecken des Fadens während des Prüftestes steigt das Potential E3 an, weil durch die Bewegung des Schleifkontaktes 1 das an die Wicklung 7 des Potentiometers RV2 angelgte Potential ansteigt, und auch das Potential E4 ändert sich nach Massgabe der genannten Potentialzunahmen. Dadurch wird die verschiebbare Klammer beschleunigt.
Es sei festgehalten, dass durch das Umschalten der Schalter S1, S3, S4 und S5 das Potentiometer RV3 und der Verstärker A5 von der Schaltung abgetrennt werden. Dagegen weist der Kondensator C3 eine Ladung auf, deren Potential gleich ist demjenigen am Ausgang des Verstärkers 5, bevor der Schalter 5 umgeschaltet worden ist.
Weil der Faden anfänglich lose zwischen den Klammern eingesetzt war, wird nun zuerst ein Punkt erreicht, an dem der Faden gespannt wird und eine Belastung auf die mit der festen Klammer verbundene Messdose einzuwirken beginnt. Sobald die Belastung der Messdose einen bestimmten Wert erreicht, wird der beim bisherigen Prüfungsverlauf in geschlossenem Zustand verbliebene Schalter S2 durch nicht gezeigte Mittel automatisch geöffnet. Dieser Punkt wird als Vorspann -Punkt bezeichnet und dient der Ausgangs-Längen-Bestimmung als Grundlage der nachfolgenden Dehnungsberechnung. Das Vorspannen eines Fadens ist anhand eines Beispiels in der Patentschrift Nr.
48 30 15 und die Bestimmung der Längenänderung eines Fadens in Ausdrücken seiner Ausgangslänge in der Patentschrift Nr. 48 30 17 beschrieben.
Sobald der Schalter 2 öffnet, wird das sich ändernde Potential E3 vom Verstärker A3 getrennt, obschon eine Ladung am Kondensator C1 weiter besteht, deren Potential E7 dem Potential E3 in dem Augenblick entspricht, bevor der Vorspannpunkt erreicht worden ist. Weil das Potential E7 einen konstanten Wert aufweist, beginnt die Ausgangsspannung der Integrierschaltung in einem konstanten Verhältnis zu ändern, so dass die durch den Motor 4 gesteuerte verschiebbare Klammer anschliessend mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird, welche proportional zur Länge des vorgespannten Fadens ist, bis der Faden zerreisst.
Wenn es nicht notwendig ist, den Faden lose zu verlegen, so ist es nicht nötig, diesen vorzuspannen. In diesem Fall kann der Schalter 2 mit den andern Schaltern umgeschaltet werden. Die verschiebbare Klammer bewegt sich dann vom Start weg mit konstanter Geschwindigkeit, deren Grösse vom Ausgangs-Abstand der beiden Klammern abhängt.
Daraus ergibt sich, dass bei unveränderter Einstellung des Potentiometers RV2 die Dehnungseigenschat- ten von Fäden mit verschiedenen Ausgangslängen bei gleichem Dehnungsverhältnis für alle Fäden eingehalten werden können. Dies ermöglicht ein Verbessern der Nachprüfungen von Versuchsergebnissen.
Beim Abschluss des Versuchs, wenn der Faden zerreisst, wird die Bewegung der verschiebbaren Klammern augenblicklich angehalten. Dies kann auf verschiedene Weise erfolgen, inklusive beispielsweise das Zurückschalten des Schalters S3 in seine Ausgangsstellung, wenn das Potential E2 auf dem in jenem Augenblick erreichten Wert konstant gehalten wird.
Die Schaltung kehrt durch Rückführen aller im Schema dargestellten Schalter in die gezeigte Ausgangsstellung, in ihren Ruhe-Zustand zurück. Dies bewirkt, dass die verschiebbare Klammer sich solange bewegt, bis sie die durch das Potentiometer RV3 festgelegte Distanz gegenüber der festen Klammer wieder erreicht hat.