Titel: | Neuzeitliche Gußeisen-Prüfmaschinen. |
Autor: | H. Kalpers |
Fundstelle: | Band 341, Jahrgang 1926, S. 241 |
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Neuzeitliche Gußeisen-Prüfmaschinen.
Von Dr.-Ing. H. Kalpers.
KALPERS, Neuzeitliche Gußeisen-Prüfmaschinen.
Die Verwendung des Gußeisens in seiner Eigenschaft als Werkstoff hängt lediglich
von seinen Eigenschaften ab; diese kann man nicht allein auf Grund seiner chemischen
Zusammensetzung beurteilen, vielmehr spielen der Gefügeaufbau und die physikalischen
Eigenschaften eine zum mindesten ebenso große Rolle wie die Analyse. Nachdem man in
den letzten Jahren mit Erfolg hochwertiges Gußeisen – namentlich in Deutschland –
mit erhöhten Festigkeitseigenschaften herzustellen angefangen hat, ist damit Hand in
Hand die Bedeutung der Maschinen zur Prüfung der mechanischen Eigenschaften
gestiegen, und zwar kommen bei der Untersuchung von Gußeisen hauptsächlich die
Zerreißmaschine, die Härteprüfmaschine, das Pendelschlagwerk, das Dauerschlagwerk
und die Biegemaschine in Frage.
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Abb. 1.
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Abb. 2.
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Abb. 3.
Durch den Zerreißversuch stellt man die Zerreißfestigkeit, die Dehnung,
Elastizitätsgrenze und die Querschnittsverminderung fest. Die hierfür in Gebrauch
befindlichen Maschinen können auch als sogenannte Universalmaschinen gebaut
werden, die dann außerdem auch noch zur Bestimmung der Biegefestigkeit und der
Kugeldruckhärte dienen. Bei den von den deutschen Lieferwerken vertretenen
Maschinensystemen (Losenhausenwerk, Düsseldorf, A. Spieß, Siegen, Mohr &
Federhaff, Mannheim, Schopper, Leipzig, Abb. 1, 2 u. 3) werden die
Prüfergebnisse bei der Kraftmessung durch Laufgewichtswage, Meßdose oder
Skalascheibe oder gleichzeitig durch Laufgewichtswage und Meßdose bzw.
Laufgewichtswage und Skalascheibe abgelesen. Die doppelte Kraftmessung erscheint
besonders geeignet für wissenschaftliche Arbeiten.
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Abb. 4.
Bei einer einfachen Bedienung und schnellen Ausführbarkeit der
Versuche besitzen diese Maschinen einen ziemlich hohen Genauigkeitsgrad. Ihr Antrieb
richtet sich nach der betreffenden Leistungsfähigkeit; bis zu 5000 kg Kraftleistung
wird man mit Handantrieb auskommen, darüber hinaus bis zu 12000 kg wird man
Riemenantrieb oder einen Elektromotor und über 12000 kg hinaus hydraulischen Druck
wählen. Von dem Kraftverbrauch ist zu sagen, daß beispielsweise bei einer
Spies-Maschine von 50000 kg ein Motor von nur 3 PS erforderlich ist. Die
Einspannköpfe zum Einspannen der Versuchsstäbe sind dabei so ausgeführt, daß sie
ganz aneinander gebracht werden können, um auch kurze Probestäbe untersuchen zu können. Für
Probestäbe ohne Kopf hat sich eine Schnelleinspannung bewährt, bei der die an den
Einspannköpfen sitzenden Hebel die Einspannkeile betätigen, wodurch ein schnelles
Einspannen der Proben ermöglicht wird. Nach Vornahme des Versuches und nach
erfolgtem Bruch werden die Bruchstücke der Probe einfach durch einen Druck auf die
Hebel aus den Einspannkeilen entfernt. Hinsichtlich der Theorie des Zerreißversuches
und seiner Bedeutung für die Untersuchung von Gußeisen sei auf das einschlägige
Schrifttum hingewiesen.
Die Berechnung der Härte auf Grund des Kugeldruckversuches nach Brinell erfolgt
bekanntlich nach der Formel
H=\frac{P}{\frac{\pi\,D^2}{2}-\frac{\pi\,D}{2}\,\sqrt{D^2-d^2}}
wobei P die angewendete Druckkraft in kg, D den Durchmesser
der Eindruckkugel in mm und d den Durchmesser des Kugeleindruckes in mm bedeutet. Es
würde natürlich zu weit führen, wollte man nach jedem Versuch die genannte
Berechnungsart durchführen. Man hat daher Tabellen aufgestellt, mit deren Hilfe man
die jeweilige Härte auf Grund des Eindruckdurchmessers ohne weiteres ablesen kann.
Zur Messung des Eindruckdurchmessers dient eine Mikrometerlupe. Es ist aber auch
möglich, mit Hilfe einer Meßlupe die Härtezahl unmittelbar abzulesen. Die
Schopper-Härtemeßlupe (D. R. P. von Louis Schopper, Leipzig) besitzt eine feine
Lupe, eine Grundplatte mit Taster und Zeiger und eine Skala. Der Ausschnitt der
Grundplatte unterhalb der Lupe wird über den Kugeleindruck gebracht, dieser mit dem
festen Taster und dem beweglichen Tasterhebel genau umfaßt, wobei sich der lange Arm
des Tasterhebels über die Skala bewegt und die Härtezahl angibt. Es lassen sich
dabei Genauigkeitswerte von 5/100 mm messen.
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Abb. 5.
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Abb. 6.
Einige der bekanntesten Härteprüfmaschinen sind folgende: Bei der Schoppermaschine
dient ein zwischen den Seitenwänden des Gestellkopfes liegender Belastungsbalken als
Druckgeber. Die mittlere Schneide des Balkens drückt auf den Druckstempel, auf
dessen unteres Ende die auswechselbaren Kugelfassungen mit 5 oder 10 mm Druckkugel
gesteckt werden. Der Spindelbock vorne ist mit verstellbarer Spindel, Gegenmutter
und mit Auflegeplatte und Kugelplatte zur Aufnahme des Probestabes ausgerüstet,
während auf der hinteren Seite des Balkens das Gehänge mit dem Belastungsgewicht
sitzt. Durch Drehen an der Kurbel wird der Druckbalken freigelegt und der statische
Druck auf das Probestück ausgeübt. Bei dieser Maschine sind durch entsprechendes
Aufsetzen von Gewichten sechs Belastungen möglich, nämlich von 250, 500, 750, 1000,
2000 und von 3000 kg.
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Abb. 7.
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Abb. 8.
Bei der Brinellpresse KW 3 von Mohr & Federhaff mit Hebelwage dienen ebenfalls
Anhängegewichte zur Kraftmessung. Zwecks schneller Kontrolle der
Uebersetzungsverhältnisse der Wage ist der Gegengewichtshebel der Wage als
Kontrollhebel ausgebildet, so daß man in der Lage ist, durch Anhängen von
Kontrollgewichten sowohl am Druckstempel und dem Gegengewichtshebel als auch am
Gegengewichtshebel und am eigentlichen Wagbalken die gesamte Uebersetzung zwischen
Druckstempel und Belastungsgewicht zu prüfen. Von Interesse ist auch die fahrbare
Brinellpresse (Mohr & Federhaff), die vor allem auf dem Materiallagerplatz oder
im Betrieb mit Erfolg Anwendung finden kann. Die Prüfkraft wird hier am
Flüssigkeitsdruck im Arbeitszylinder gemessen, indem sich der vom Versuchsstück auf
den Kolben ausgeübte Druck in hydraulische Pressung ohne Flüssigkeitsverlust und
Reibungwiderstände umsetzt. Die Maschine kann leicht von Hand gefahren oder durch
einen Kran überallhin gefördert werden, wobei der Handgriff der Leitstange als
Einhängeöse für den Kran benutzt wird.
Bei der Losenhausen-Kugeldruckprüfmaschine mit Kraftmessung durch Laufgewichtswage
wird das Laufgewicht auf die für den Kugeldruck in Frage kommende Laststufe
eingestellt, der Drucktisch in die erforderliche Prüfhöhe gebracht und festgestellt
und schließlich das Versuchsstück zwischen Druckstempel und Druckkugel eingeschoben.
Durch wenige Umdrehungen an der Handkurbel wird der eingestellte Druck erreicht. Bei
dem Handkugeldruckapparat von Losenhausen handelt es sich um einen kleinen tragbaren
Apparat, der in die linke Hand genommen und durch Drehen der Gewindespindel mit der
rechten Hand an das Prüfstück angeklemmt wird. Die Druckerzeugung erfolgt durch ein
Handrädchen, durch dessen Drehen solange Druck gegeben wird, bis die Meßuhr die
gewünschte Belastung anzeigt. Größere Stücke, die sich nicht oder nur schwierig
wegfördern lassen, können durch diese Handmaschine gleich an Ort und Stelle geprüft
werden.
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Abb. 9.
Eine neuartige Härte-Prüfmaschine stellt der Losenhausen-Fallhärteprüfer (D. R. P.,
Bauart Wüst und Bardenheuer, Abb. 4) dar, bei dem
ein Fallkörper mit Stahlkugel von bestimmtem Arbeitsinhalt durch freien Fall in der
Probe einen Kugeleindruck erzeugt, dessen Abmessungen zur Härteberechnung
dienen. Diesem neuen Härteprüfer werden folgende Vorzüge nachgerühmt: einfachere und
leichtere Ausführung gegenüber der Presse, bessere Kennzeichnung der
Widerstandsfähigkeit des Probestückes gegen dynamische Beanspruchung durch diesen
dynamischen Härteversuch als durch den statischen, Möglichkeit der Prüfung bei hohen
Temperaturen, besonders schnelle Ausführbarkeit des Versuches.
Die Pendelschlagwerke (Abb. 5) der verschiedenen
Lieferfirmen werden nach den Vorschriften des Deutschen Verbandes für die
Materialprüfung der Technik hergestellt und zeigen in ihrer Ausführung keine
grundsätzlichen Unterschiede. Sie dienen zur Feststellung der spezifischen
Schlagarbeit, der Kerbzähigkeit, d.h. des Verhaltens gegen Stoßbeanspruchung. Die
Hauptteile für derartige Pendelschlagwerke sind: das Gestell, der Pendelhammer
und der in 0–160° Winkelgrade eingeteilte Skalabogen. Durch Auffallenlassen des
Pendels von 10 mkg Arbeitsinhalt auf den Probestab nach Auslösen der Klinke wird der
Stab durchgeschlagen, an der Skala der Ausschlagwinkel, die Steighöhe, abgelesen,
dann die verbrauchte Schlagarbeit ermittelt (in der Praxis aus Tabellen entnommen)
und die spezifische Schlagarbeit in mkg/cm2
errechnet (S=\frac{V}{Q}, wobei V die verbrauchte Schlagkraft und
Q den Querschnitt des Probekörpers bedeutet). Beträgt z.B. der Ausschlagwinkel 18°
und der Querschnitt des Probekörpers 0,8 cm2, so
ist die verbrauchte Schlagarbeit (nach der Tabelle von Schopper) V = 9,746 und die
spezifische Schlagarbeit S=\frac{9,746}{0,8}=12,18\mbox{
mkg/cm}^2.
Für die Prüfung von Sonderguß eignet sich auch das Dauerschlagwerk (System Krupp,
Hersteller Mohr & Federhaff). Es ist dies eine neuartige Maschine, bei der der
Probestab von dem Fallbären getroffen und nach jedem Schlag um 180° selbsttätig
gedreht wird, so daß die Schlagrichtung jedesmal sich ändert. Ein Zählwerk zeigt die
Schlagzahl an. Mit dieser Maschine ist man in der Lage, sich einen guten
Anhaltspunkt über die Schlagbiegefestigkeit des Gusses im Vergleich zu anderen
Sorten zu verschaffen, namentlich bei einem Vergleich von hochwertigem mit
gewöhnlichem Guß.
Eine in der Eisengießerei sehr übliche Versuchsmaschine ist die zur Ausübung des
Biegeversuches, bei der man eine Kraft die Mitte eines auf Stützen gelegten
Probestabes angreifen läßt. Die zur Herbeiführung des Bruches erforderliche
Belastung (in kg) ist der Maßstab für die Errechnung der Biegefestigkeit. Wohl eine
der ältesten Maschinen auf diesem Gebiete ist die
„Bruchfestigkeits-Prüfungswage“ von Kircheis, Aue i. S. (Abb. 6), bei der die Druckregulierung während der
Belastung des Versuchsstückes stattfindet, also ohne Unterbrechung des Versuches und
ohne Erschütterungen. Sowohl die Bruchbelastung kann direkt abgelesen als auch die
Durchbiegung mit Hilfe eines auf einem Zifferblatt beweglichen Zeigers ermittelt
werden. Die Maschine ist genau so einfach wie zweckmäßig. Eine neuartige
Gußstabbiegemaschine (Bauart Mohr & Federhaff), ist ebenfalls mit
Laufgewichtswage ausgerüstet. (Abb. 7 u. 8.) Vermittels Handkurbel wird die Belastungswage
gesenkt und so der Druck auf die Mitte des Probestabes ausgeübt. Bei der
Losenhausen-Biegemaschine (Abb. 9) erfolgt die
Kraftmessung durch hydraulische Meßdose und Manometer.