Titel: Fairbanks' elektrischer Dehnungszeichner für Festigkeitsmaschinen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1885, Band 255 (S. 65–69)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj255/ar255027

Fairbanks' Maschine zur Prüfung der Metalle auf Zugfestigkeit mit elektrischem Dehnungszeichner.

Mit Abbildung auf Tafel 6.

An einer Maschine zur Prüfung der Metalle auf Zugfestigkeit haben Fairbanks und Comp. in New-York nach dem Portefeuille économique des machines, 1884 S. 143 eine Einrichtung getroffen, vermöge deren die Dehnungen des Versuchsstückes zugleich mit den entsprechenden Belastungen durch elektrische Registrirwerke aufgezeichnet werden. Der zu prüfende Stab wird in bekannter Weise zwischen zwei starken Querstücken eingespannt, von denen das obere festliegt, während das untere durch 2 Schrauben herabgezogen wird. Der dabei auf das Prüfungsstück ausgeübte Zug kann bis 90t betragen und wird durch eine mit der Maschine in geeigneter Weise verbundene Schnellwage gemessen (vgl. 1878 228 * 217). Der Betrieb der Maschine erfolgt unter Zuhilfenahme einer festen und losen Scheibe von der Transmission aus durch einen Riemen. Die Aufzeichnungen bewirkt der Strom einer galvanischen Batterie, in deren Stromkreis der zu prüfende Stab selbst mit eingeschaltet wird. Dazu ist der eine Batteriepol an den vom Maschinengestelle isolirten oberen Querbalken geführt, die Weiterleitung des Stromes aber und die schlieſsliche Rückführung zum zweiten Pole der Batterie geht von dem gleichfalls gegen die Maschine isolirten unteren Ende des Stabes bezieh. dem unteren Querbalken aus. Von hier aus geht ein Stromzweig zunächst bloſs durch zwei Elektromagnete M und M1 zum zweiten Pole zurück (Fig. 9 Taf. 6). Der erste Elektromagnet M hat die Aufgabe, beim Zerreiſsen des zu prüfenden Stabes den Riemen der Maschine von der Festscheibe auf die Losscheibe zu legen. Dazu ist an seinem Anker ein Häkchen angebracht, in das ein Stahldraht eingehängt ist, welcher nach der Riemenführung läuft und hinter derselben von einem Gewichte gespannt gehalten wird; sobald der Stab zerreifst und somit der Strom unterbrochen wird, läſst M seinen Anker abfallen, der Stahldraht hakt aus und das Spanngewicht schiebt durch die Gabel der Riemenführung den Riemen auf die Losscheibe, die Maschine bleibt stehen.

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Der zweite Elektromagnet M1 ist am unteren Ende des zu prüfenden Stabes angeschraubt; von seinem Anker läuft ein biegsamer Stahldraht entlang dem Stabe empor und über eine an das obere Ende des Stabes angeschraubte kleine Rolle, dann aber über ein Paar andere Rollen nach dem Schlitten, welcher den Schreibstift oder die Zeichenfeder trägt; vom anderen Ende des Schlittens führt ein Draht oder eine Schnur weiter über eine Rolle nach einem Gegengewichte, das den Stahldraht gespannt erhält. Da der Stahldraht selbst einen groſsen Durchmesser im Vergleiche zu der Reibung des Schlittens und der Rollen besitzt, so ist der Draht einer nur unbedeutend wechselnden Spannung unterworfen und vermag daher die Dehnungen und Zusammenziehungen des Probestabes sehr getreu auf den Zeichenstift zu übertragen. Man kann annehmen, daſs die Bewegungen des Stiftes bis auf 0mm,25 genau den Dehnungen des Stabes entsprechen und dies genügt für einen gewöhnlichen Versuch. Unter dem Zeichenstifte liegt eine mit dem linirten Papierblatte überzogene Metall walze, so daſs der Stift bei seinen Bewegungen in einer Erzeugenden der Cylinderfläche hin und her geht.

Auſser den Dehnungen müssen nun aber auch gleichzeitig noch die Kräfte aufgezeichnet werden, durch welche die Dehnungen hervorgebracht wurden. Dies geschieht durch Drehung der mit dem Papierblatte bespannten Metallwalze, deren Achse mit der Achse Q durch ein Schneckengetriebe in Verbindung steht; wird Q vorwärts oder rückwärts gedreht, so geschieht dies auch mit dem Papiercylinder. Die Achse Q aber soll von der Achse eines Triebwerkes aus gedreht werden und zwar nur, wenn die angewendete, auf den Probestab wirkende Zugkraft gröſser oder kleiner wird; in dem einen Falle jedoch muſs die Drehung von Q im entgegengesetzten Sinne erfolgen wie im anderen. Die Bewegung wird daher von der Triebwerksachse aus durch zwei magnetische Kuppelungen auf die Achse Q übertragen, von der einen Kuppelung aus mittels eines offenen, von der anderen aus mittels eines gekreuzten Riemens. Für jeden der beiden Riemen ist eine besondere Riemenscheibe lose auf die Achse des Triebwerkes aufgesteckt, von denen die eine bei der Vergröſserung, die andere bei der Verkleinerung der auf das Prüfungsstück wirkenden Zugkraft durch eine elektromagnetische Kuppelung selbstthätig mit der Achse gekuppelt wird.

Die hierzu nöthigen Stromschlieſsungen vermittelt der Balken der den Zug messenden Schnell wage. Dieser Balken besteht aus zwei parallel über einander liegenden Stäben mit Laufgewicht und mit Theilung. Die jeweilige Stellung des Balkens zu beurtheilen, gestattet bequem ein am freien Ende des oberen Stabes angebrachter Zeiger. Das Laufgewicht W auf dem oberen Arme ist 10mal so schwer als das W1 auf dem unteren Stabe; das letztere muſs deshalb um ein 10mal so groſses Stück verschoben werden als das erstere W, wenn es dieselbe Wirkung hervorbringen soll wie das erste. Die ganze mögliche Verschiebung des |67| kleinen Gewichtes entspricht 4500k, während die des groſsen 90000k gleichkommt. Am freien Ende des unteren Stabes ist ein Contactstift, am oberen ein Quecksilbernäpfchen angebracht; bei Senkung des Balkens taucht der Contactstift in ein zweites festes Quecksilbernäpfchen, bei Hebung des Balkens dagegen taucht in das erste Quecksilbernäpfchen ein zweiter, festliegender Contactstift ein; in der normalen Mittellage, bei welcher die beiden Laufgewichte mit der eben auf den zu prüfenden Stab ausgeübten Zugkraft genau im Gleichgewichte stehen, kommt keiner der beiden Contactstifte in das Quecksilber. Von dem einen Pole der Batterie ist nun weiter ein Draht an den Wagebalken geführt und deshalb kann bei Herstellung entsprechender Weiterleitung der Strom geschlossen werden, so oft und so lange die beiden Laufgewichte W und W1 mit dem ausgeübten Zuge nicht im Gleichgewichte stehen, wogegen bei vorhandenem Gleichgewichte der Strom weg am Balken unterbrochen ist; überdies wird der Strom, wenn die Gegengewichte zu leicht sind, in einem anderen Wege weiter geleitet werden können, als wenn sie zu schwer sind. Von dem Quecksilbernäpfchen, welches dem Contactstifte am unteren Stabe des Wagebalkens gegenüber steht, wird der dem Balken vom zweiten Batteriepole aus zugeführte Strom stets durch die Spule desjenigen Elektromagnetes M2 hindurchgeschickt, welcher die Riemenscheibe für den offenen Riemen mit der Achse Q kuppelt, und geht dann zum unteren Querbalken, zu dem Probestabe und zum ersten Pole der Batterie zurück. Indem aber dieser Elektromagnet die Drehung der Achse Q und somit auch der Papierwalze im entsprechenden Sinne veranlaſst, soll derselbe zugleich auch das gestörte Gleichgewicht des Schnellwagenhebels wieder herstellen, wozu erforderlich ist, daſs das (kleinere) Laufgewicht auf dem unteren Stabe des Balkens von dessen freiem Ende nach dem Aufhängungspunkte hin bewegt werde. Deshalb ist auf die Achse Q noch eine dritte Scheibe für einen Stahldraht ohne Ende aufgesteckt, welcher ohne Kreuzung zwischen den beiden Stäben des Wagebalkens hin nach einer anderen Scheibe läuft und an den das kleinere Laufgewicht W1 angehängt ist. Dieses Laufgewicht W1 wird daher während der Wirkung des Elektromagnetes M2 gegen den Aufhängungspunkt des Balkens hinbewegt, bis das Moment von W1 um jenen Betrag verkleinert ist, um welchen das Moment der Zugkraft sich vermindert hat.

Wenn dagegen zufolge der Vergröſserung der Zugkraft sich der Balken hebt und der Quecksilberspiegel in dem Näpfchen an seinem oberen Stabe den festliegenden Contactstift berührt, muſs das Triebwerk eine Vergröſserung des Momentes der Laufgewichte bewirken. Dies kann durch Verschiebung des kleinen Laufgewichtes W1 allein geschehen, sofern dieses nicht bereits in seine äuſserste Stellung am freien Ende des unteren Stabes gelangt ist und deshalb die Vergröſserung des Momentes durch Verschiebung des groſsen Laufgewichtes W auf dem oberen Stabe |68| bewirkt werden muſs. In diesen beiden Fällen ist eine verschiedene Stromführung erforderlich und deshalb wird von dem festliegenden Contactstifte aus zunächst nur ein Draht an einen in lothrechter Lage hängenden Umschalthebel geführt. Für gewöhnlich, so lange also das Laufgewicht W1 noch nicht in der äuſsersten Stellung eingetroffen ist, liegt der Contacthebel an einer Contactschraube an, von welcher ein Draht nach dem Elektromagnete M3 der Kuppelung mit gekreuztem Riemen und dann nach dem unteren Querbalken, dem Probestabe und dem ersten Batteriepole weiter führt; in diesem Falle wird also der wiederum vom zweiten Batteriepole bis zum Balken und über die festliegenden Contactstifte bis zum Umschalthebel gekommene Strom einfach durch den Elektromagnet M3 geführt und veranlagst also eine Verschiebung von W1 nach dem freien Ende des unteren Stabes hin. Wenn dagegen das Laufgewicht W1 durch den Stahldraht ohne Ende in seine äuſserste Stellung gebracht wird, entfernt es zugleich den Umschalthebel von der bisher berührten Contactschraube und legt denselben an eine zweite Schraube, von welcher aus ein Draht einen Stromweg durch einen fünften Elektromagnet M4 nach dem ersten Batteriepole eröffnet. An dem Ankerhebel dieses Elektromagnetes M4 sitzt aber eine Bremsfeder, welche sich bei nicht angezogenem Anker bremsend auf die eine der beiden Scheiben legt, über welche der das groſse Laufgewicht W bewegende, ebenfalls nicht gekreuzte Stahldraht gelegt ist. Dieses Laufgewicht soll jedoch bloſs nach dem freien Ende seines Stabes und zwar stets um ein Stück bewegt werden, welches einer Bewegung des kleinen Laufgewichtes W1 über die ganze Länge seiner Theilungsskala entspricht; daher wird W1 nicht ebenfalls von der Achse Q, sondern von einem besonderen Triebwerke bewegt, welches in Gang kommt, wenn der durch M4 geführte Strom die Bremse lüftet. Unmittelbar aber nach der Verschiebung des Laufgewichtes W besitzen W und W1 das Uebergewicht: deshalb senkt sich der Wagebalken, schlieſst den Strom durch das untere Näpfchen und befördert das kleine Laufgewicht wieder nach dem Aufhängepunkte des Balkens hin.

Hiernach ist die Bewegung der Laufgewichte und der ebenfalls von der Achse Q aus bewirkten Drehung der Papierwalze unbedingt an das Steigen und Fallen des Balkens gebunden. Die Bewegungen des Balkens wiederum sind ganz von den Aenderungen der auf den zu prüfenden Stab ausgeübten Zugkraft abhängig. Daher markirt der Schreibstift auf dem Papierblatte, während derselbe durch seine Achsialverschiebung die eintretenden Dehnungen und Zusammenziehungen verzeichnet, zufolge der Drehungen der Walze durch seinen relativen Umlauf auf der Walze zugleich die Zugkraft, welche jede Dehnung veranlaſste. Da nämlich die Verschiebungen der Laufgewichte sowohl, wie die Drehungen der Walze von der Dauer der einzelnen Ströme abhängig sind, so werden die Drehungen der Walze den Verschiebungen der Gewichte und damit |69| den Aenderungen der Zugkraft proportional. Beim Zerreiſsen des Stabes wird in diesem zugleich der Stromweg nach M2, M3 und M4 bleibend unterbrochen; die Verschiebung der Gewichte und die Drehung der Walze hört jetzt auf, der Zeichenstift bleibt ruhig stehen.

Die Ganghöhe der Schnecke, welche die Papierwalze betreibt, ist so gewählt, daſs 0m,01 des Umfanges der Walze einer bestimmten Zahl von Kilogramm in der Prüfungsmaschine entspricht. Man kann daher leicht auf dem Papierblatte die Gröſse des angewendeten Zuges ablesen.

Unsere Quelle gibt die erhaltenen Diagramme für Bessemerstahl, für Kesselblech und für gewöhnliches Puddeleisen. Die geprüften Stäbe waren 305mm lang; in der Zeichnung erscheinen die Dehnungen in natürlicher Gröſse, während in der anderen Richtung eine Länge von 1cm einer Kraft von 1800k entspricht. Die Diagramme für Kesselblech und Puddeleisen lassen die Unregelmäſsigkeiten erkennen, welche durch die Ungleichmäſsigkeiten im Eisen verursacht werden. Mehrere mit Bessemerstahl angestellte Versuche stimmen gut überein. Die Curve verläuft erst als Gerade, bis die Elasticitätsgrenze erreicht ist, dann geht sie mit zweimaliger Inflexion in eine Parabel dritten Grades über. (Vgl. die registrirenden Festigkeitsmaschinen von Pohlmeyer, Mohr u.a. 1882 245 * 16.)

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