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Verfahren zur Prüfung von Materialien. Bei der im Patent 399892 beschriebenen
Anordnung zur Materialprüfung erfolgt die für die Prüfung erforderliche Materialbeanspruchung
dadurch, daß ein den zu prüfenden Probekörper enthaltendes Gebilde in Schwingungen
von gleicher Frequenz mit dessen Eigenschwingungszahl versetzt wird. Dabei sind
aber nur diejenigen Kräfte berücksichtigt worden, die in dem Material Dehnungen
oder Kompressionen hervorrufen.
Gegenstand der Erfindung ist die
Ausdehnung dieses Materialprüfungsverfahrens auch auf die Torsions- oder Verdrehungsfestigkeit
des zu untersuchenden Materials. Bisher wurden Prüfungen dieser Art so vorgenommen,
daß auf statischem Wege eine einseitige Verdrehung der Enden eines z. B. zu untersuchenden
Stabes bis zur Fließgrenze oder bis zur Bruchgrenze erfolgte.
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Diese Methode der Untersuchung wird vielen Fällen der Praxis nicht
gerecht, insbesondere nicht denen, bei welchen in der Praxis die kritische Beanspruchung
in der Form von Schwingungen erfolgt, wie es z. B. bei der `Felle einer Maschine
(bei Anlauf, zunehmender Belastung, abnehmender Belastung usw.) vorkommt.
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Eine derartige Prüfung kann man mit bekannten Mitteln auch dadurch
vornehmen, daß man die Drehung abwechselnd nach beiden Seiten vornimmt. Dies erfordert
aber, da für eine exakte Prüfung auf dynamische Beanspruchung eine sehr häufige
Wiederholung dieses Vorgangs nötig ist, sehr lange Zeit. Demgegenüber ermöglicht
eine nach der Erfindung durchkonstruierte Materialprüfungsmaschine eine weit schnellere
und der Wirklichkeit mehr angepaßte Prüfung von Materialien in dieser Hinsicht.
Die Erfindung besteht nämlich darin, daß das zu prüfende Material in der Weise Torsionskräften
unterworfen wird, daß der aus ihm bestehende Probekörper als elastisches Glied eines
Schwingungsgebildes Torsionsschwingungen in der gleichen Frequenz der Eigenschwingungszahl
dieses Gebildes unterworfen wird.
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Diese Methode hat gegenüber der bekannten zahlreiche Vorteile. Die
Messung der Höhe der Beanspruchung des :Materials gestaltet sich, sehr einfach,
indem sie mittels bekannter Ablesemethoden der zu messenden Größen (Amplituden usw.)
aus den Konstanten des Systems mit Hilfe der Schwingungsgleichungen derselben oder
mit Hilfe fertiger Tabellen ermittelt werden kann. Die Einrichtung gestattet sehr
exakte und billige Prüfungen etwa folgender Art. Einmal können aus dem zu verarbeitenden
Material Probekörper hergestellt werden, an Hand welcher durch Proben bis zur Fließgrenze
festgestellt wird, ob das Halbfabrikat die erforderlichen Eigenschaften besitzt
und welche. Entspricht das Material den Anforderungen, so werden die Fertigfabrikate
hergestellt, und diese können nun wiederum sämtlich einem ähnlichen Prüfungsvorgang
unterworfen werden, denn ein solcher erfordert nur geringe Zeit. Diese Art der dynamischen
Prüfung jedes einzelnen Werkstückes war bisher wegen der für eine wirklich. der
Praxis entsprechende Prüfung erforderlichen langen Zeitdauer und der daher hohen
Kosten nicht möglich, begegnet aber bei einer Bauart der Maschine nach der Erfindung
keinen Schwierigkeiten mehr, da das Schwingungsgebilde z. B. bei einer Frequenz
von iooo etwa 864cocco Torsionsbeanspruchungen des Materials pro Tag gestattet.
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Die Ausführung der Messungen und Prüfungen kann etwa in folgender
Weise erfolgen. Ein aus dem zu prüfenden Material hergestellter stabähnlicher Körper
wird an dem äußeren Ende fest eingespannt. Das andere Ende wird mit einer Masse
versehen, auf die in beliebiger Art eine Kraft wirkt, die eine Torsion des stabähnlichen
Körpers hervorruft. Diese Kraft kann sowohl auf elektromagnetischem wie auch mechanischem
(Reibung, Anblasen usw.) Wege erzeugt werden.
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Bei größeren und längeren zu prüfenden Fertigfabrikaten, wie z. B.
Wellen, bei denen die noch innerhalb der Belastungsgrenze liegende Verdrehung zu
große Werte ergeben würde, wodurch auch die Periodenzahl herabgesetzt werden würde,
kann man die Prüfung etwa in folgender Form vornehmen. Die zu untersuchende Welle
wird in ihrer Mitte aufgehängt oder eingespannt und an beiden Enden mit den Massen
versehen. Den Massen werden entsprechend dem früher erwähnten Verfahren Torsionskräfte
derart mitgeteilt, daß sie mit um i8o° verschobener Phase Torsio_nen ausführen.
Auf diese `'eise wird, infolge der Knotenbildung an der Aufhängestelle, bei derselben
Länge der Welle die doppelte Beansprucl!.ung auf Torsion erreicht. Wird nun die
Welle so lang, daß eine Untersuchung und Prüfung nur mit sehr großen Apparaten stattfinden
kann, so kann auch in zweckentsprechender `'eise eine Untersuchung der ganzen Welle
dadurch erreicht werden, daß diese in der Apparatgröße entsprechenden Abschnitten
nacheinander geprüft wird. Erreichen kann man dieses z. B. dadurch, daß die Massen
oder Gewichte an den Enden des zu untersuchenden Abschnittes befestigt werden und
ihnen nach oben geschildertem Verfahren Torsionskräfte mitgeteilt werden. Die in
der Praxis auftretende Torsion der Welle kann leicht durch Addierung der einzelnen
Verdrehungswinkel oder der mit einer entsprechenden Konstanten multiplizierten Amplitude
erreicht werden. Dabei ist dann jedesmal das überragende Ende der Welle der bei
der Ermittlung der Meßresultate hinsichtlich. der Wirkung seiner Masse und elastischen
Kraft zu berücksichtigen. Praktisch wird man aber in den meisten Fällen die Massen
so groß ausbilden, daß gegenüber dem Drehmoment dieser Massen das der Welle vernachlässigt
werden kann.
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In den Abb. i bis 6 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in schematischer
Form dargestellt.
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In der Abb. i bezeichnet i den zu untersuchenden Stab, der mit der
Masse 2 das Schwingungsgebilde, das an der Haube 8 befestigt ist, ergibt. Stab und
Masse sind fest miteinander verbunden. Die Masse 2 ist dem Einfluß eines zusammengesetzten
Wechselstrommagnetfeldes,
bei dem die Pole 3, 4, 3', .4' um 900 gegeneinander versetzt sind, unterworfen.
Erregt wird dieses Wechselstrommagnetfeld, das auch als polarisiertes Wechselstrommagnetfeld
ausgebildet sein könnte, durch die Spulen 5, 5' und 6, 6', die durch den Wechselstromgenerator
7 derart gespeist werden, daß zwischen den beiden Strömen zweier benachbarter Spulen
eine Phasenverschiebung von go v vorhanden ist.
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Abb. 2 ist ein Grtindriß der Abbildung mit abgenommener Haube. Die
Grundstellung der Masse 2 des Schwingungsgebildes ist stark ausgezogen gezeichnet.
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Abb. 3 stellt eine Skizze der Schaltung der Stromzweige des Wechselstromgenerators
7 mit dem Magnetfeld 3, .4, 3' und 4.' dar, in dem durch Einschaltung der Drosselspule
g und des Kondensators io eine Phasenverschiebung der beiden Stromzweige der Magneten
um go ° erreicht werden kann.
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Abb. 4 ist die schematische Darstellung der vorher erwähnten, doppelt
und entgegengesetzt wirkenden Torsionsschwingungserregung des zu untersuchenden
Materials. Die Welle i ist im Punkte ii aufgehängt. An beiden Seiten derselben sind
die. gleichen Massen 2 und 2' befestigt, die wiedexum durch ein Elektromagnetfeld
3, .1, 3', 4.' in Torsionsschwingungen entgegengesetzter Richtung, die durch entsprechende
Pfeile angedeutet ist, versetzt werden. Das Elektromagnetfeld wird z. B. in gleicher
Weise wie nach Abb. 3 erregt.
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Abb. 5 zeigt schematisch den Fall der abschnittsweise erfolgenden
Untersuchung des Materials.
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Die Welle i ist bei 12 eingespannt und bei 13 mit der '-Tasse 2 zu
einem Schwingungsgebilde vereinigt. Das letztere wird, wie oben beschrieben, zu
Torsionsschwingungen erregt.
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Abb. 6 zeigt den Fall einer mechanischen Erregung der Welle i. Diese,
bei 12 fest eingespannt, wird an gewünschter Stelle in bekannter `"eise mit der
Masse 2 zu einem Schwingungsgebilde vereinigt, das durch die Reibungskissen 13 einer
durch den Elektromotor 16 in Drehung versetzten Gabel 14 zu To_s:onsschwingungen
erregt wird. Die Gabel 14. ist bei 17 mit dem Elektromotor 16 gekoppelt.