DE525777C - Einrichtung zum Pruefen von Materialien - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Prüfen von Materialien Materialprüfverfahren, bei welchen das zu prüfende Material raschen Belastungsschwankungen ausgesetzt wird, sind bereits bekannt. Man hat z. B. einen aus dem zu prüfenden Material hergestellten Stab als elastisches Glied in einem schwingenden System verwandt und dadurch raschen Belastungsschwankungen unterworfen. Ferner hat man einen elastischen Stab an einem Ende eingespannt und am anderen Ende mit einer Masse versehen und das so hergestellte Schwingungsgebilde zu Schwingungen angeregt. Durch die bekannten Verfahren läßt sich aber nicht viel mehr als Zerreißfestigkeit einwandfrei feststellen. Es ist auch bekannt, einen Körper in transversale Schwingungen zu versetzen. Dieses Verfahren besitzt jedoch den Nachteil, daß der Querschnitt des Prüfkörpers nicht gleichartig belastet wird.
• Die Erfindung beruht demgegenüber auf denn Gedanken, die Festigkeit und Festigkeitsänderung von Materialien durch Erregung eines Prüfkörpers zu longitudinalen Schwingungen zu bestimmen. Vorrichtungen, welche longitudinale Schwingungen eines Prüfkörpers erzeugen, sind an und für sich bekannt. Der Prüfkörper wurde dabei finit zusätzlichen Massen versehen, die mit ihm zusammen ein schwingungsfähiges Gebilde darstellten. Es ist ferner bekannt geworden, daß man den Elastizitätsmodul von Materialien dadurch ermitteln kann, daß man einen Prüfstab ohne Anwendung zusätzlicher Schwingmassen an einer Stelle einspannt und ihn zu longitudinalen Schwingungen erregt. Das für diese physikalische Messung notwendige Erregen des Stabes erfolgt mechanisch, insbesondere durch Reiben des Stabes. Für die Messung genügt eine einmalige kurzzeitige Erregung.
• Dieses Prinzip wird nun erfindungsgemäß zur Ausbildung einer Prüfvorrichtung verwendet, die nicht nur für die Bestimmung des Elastizitätsmoduls; sondern auch für Dauerversuche geeignet ist, d. h. zur Feststellung der Gefüge bzw. Festigkeitsänderungen oder Ermüdungser$cheinungen, die sich unter dem Einfluß häufig wiederkehrender Belastungen ergeben.
• Zu diesem Zweck ist an einem Ende des Prüfkörpers, der an einer Stelle, insbesondere in der Mitte, fest eingespannt und an den Enden unter Vermeidung von zusätzlichen Schwingmassen longitudinal frei beweglich ist, eine Vorrichtung zur elektromagnetischen oder elektrodynamischen Erregung des Stabes angeordnet. Die Erregung erfolgt ungefähr im Takte der Eigenfrequenz des Prüfkörpers. Diese Frequenz ist wegen der Vermeidung zu. sätzlicher Schwingmassen ziemlich hoch, so daß die Belastungswechsel schneller erfolgen als bei Einrichtungen, bei denen der Prüfkörper nur das elastische Glied eines mit zusätzlichen Schwingmassen versehenen schwingungsfähigen Gebildes darstellt.
• Gibt man dem Prüfkörper eine einfache Form (Stab oder Rohr), so läßt sich durch das Aufnehmen der Resonanzkurve und aus den :4bmessungen des Prüfkörpers in sehr einfacher Weise der Elastizitätskoeffizient berechnen. Da sich aus der Resonanzkurve a uc 'h die Dämpfung t> leicht feststellen läßt, so kann man die in dem Material auftretende Formänderungsarbeit bestimmen. Da diese erst beim Überschreiten der Elastizitätsgrenze und bei Ermüdungserscheinungen des Materials größere Werte annimmt, so kann man durch Feststellung der Dämpfung über diese Verhältnisse wertvolle Anhaltspunkte gewinnen. Die jeweilige Belastung wird aus der Amplitude der Schwingungen errechnet. Das Verfahren gemäß der Erfindung besitzt noch den besonderen Vorteil. daß man sehr rasche Belastungsänderungen, wie sie in der Praxis oft eintreten, anwenden kann.
• In den Abb. i bis 3 sind Anordnungen dargestellt, durch welche Prüfkörper in longitudinale Schwingungen versetzt werden können. In Abb. i ist mit i ein Stab bezeichnet, der aus dem zu prüfenden Material hergestellt ist. Bei 2 ist er fest eingespannt. Mit 3 ist ein mit Wechselstrom gespeister Elektromagnet bezeichnet, der den Stab i zu Iongitudinalen Schwingungen anregt.
• Abb.2 zeigt eine Vorrichtung, die sich zum Anregen von Schwingungen in leitenden, nicht magnetischen Materialien besonders eignet. Bei ihr wird das zu prüfende Material in Form eines Rohres oder eines Stabes, der wenigstens an einem Ende mit einer Bohrung versehen ist, verwendet. Mit q. ist dieses Rohr bezeichnet, das bei 5 fest eingespannt ist. Das eine Ende dieses Rohres taucht in das magnetische Feld des Topfmagneten 6. Durch die Spule 7 werden Wechselströme geleitet, die durch induktive Wirkung in dem Rohre ebenfalls Wechselströme hervorrufen. Durch Wechselwirkung des magnetischen Feldes des Topfmagneten und der im Rohre q. fließenden Ströme wird das Rohr in Schwingungen versetzt.
• Um metallische, nicht magnetische Materialien zu Schwingungen anzuregen, kann man aber auch einen Stab aus dem zu prüfenden Material in einer von Wechselströmen durchflossenen Spule anordnen. Durch die gegenseitige Wirkung zwischen den in dem zu prüfenden Material entstehenden Strömen und den in der Spule fließenden Strömen kann ebenfalls das Material zu Schwingungen angeregt werden.
• Zum Anregen von Schwingungen von nicht metallischen Materialien eignet sich die in Abb.3 dargestellte Vorrichtung. Mit 8 ist der zu prüfende Stab bezeichnet. In der Mitte ist er auf den Schneiden 9 und i o gelagert, die an den Polen eines hufeisenförmigen Elektromagneten angebracht sind. Wird der Magnet init Wechselstrom erregt, so ziehen sich die Pole an und werden sich dadurch abwechselnd nähern und entfernen. Die dabei entstehende Bewegung wird auf den Stab 8 übertragen, so daß dieser in Schwingungen gerät.
• Um die Amplituden der Schwingungen des zu prüfenden Materials zu bestimmen, macht man weiter erfindungsgemäß eine Fläche des zu prüfenden Körpers zu der einen Belegung eines elektrischen Kondensators. Bei nichtleitenden Materialien wird an diesem Ende eine leitende Schicht aufgebracht. Die zweite Belegung des Kondensators besteht aus einer . Platte, deren Abstand von dem zu prüfenden Material zweckmäßig verschieden eingestellt werden kann.
• In Abb. q. ist eine Schaltung dargestellt, die sich wegen ihrer hohen Empfindlichkeit besonders zum Messen der Amplituden eignet. Mit 13 und 14 sind zwei Hochfrequenzgeneratoren bezeichnet, deren Spannungsänderung in den Windungen 16, 17 überlagert werden. Die Kapazität 15 des Hochfrequenzgenerators 13 wird durch die Kapazität zwischen den Enden des zu prüfenden Stabes und der feststehenden Platte dargestellt. Ändert sich diese Kapazität, so ändert sich die Frequenz der vom Hochfrequenzgenerator erzeugten Schwingungen, und somit ändert sich auch die Frequenz der Schwebung. Der in den Windungen 16, 17 fließende Strom wird durch die Röhre 17 gleichgerichtet, so daß in den Windungen ig ein Strom fließt, der die Schwebungsfrequenz besitzt. Die Windungen i g wirken auf den nahezu auf die Schwebungsfrequenz abgestimmten Schwingungskreis 2o. Die Amplitude der Schwingungen in diesem Schwingungskreise verändert sich dann entsprechend den Frequenzänderungen der Schwebungsfrequenz, ist also von der jeweiligen Größe der Kapazität 15 abhängig. Die im Schwingungskreise 2o fließenden Ströme werden dann in der Röhre 21 gleichgerichtet. In der Primärwicklung des Transformators 22 !ließt dann ein Strom, dessen Spannungsänderung der Größe der Kapazitätsänderung entspricht. Die Spannungsänderung kann mit Hilfe eines in die Sekundärseite des Transformators 22 eingeschalteten Meßinstrumentes 23 gemessen werden.

Claims (1)

1. PATENT ANSL'R GCHL: i. Einrichtung, insbesondere für Dauerversuche, zum Prüfen von Materialien durch Erregung eines Prüfkörpers zu longitudinalen Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß sich an einem Ende des Prüfkörpers, der an einer Stelle, insbesondere in der Mitte, fest eingespannt und an den Enden unter Vermeidung von zusätzlichen Schwingmassen longitudinal frei beweglich ist, eine elektromagnetische oder elektrodynamische Erregungsvorrichtung befindet. z. Einrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch einen mit Wechselstrom gespeisten Elektromagneten, der !in Prüfkörper auf induktivem Wege Wechselströme erzeugt, die mit den erregenden Strömen in Wechselwirkung treten und dadurch den Körper zu Longitudinalschwingungen anregen. 3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkörper in einem konstanten magnetischen Felde angeordnet ist, dem durch eine Wechselstromwicklung ein pulsierendes Magnetfeld übergelagert ist. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkörper wenigstens an einem Ende mit einer Bohrung versehen ist, in die der eine Pol eines Topfmagneten eingeführt ist.