ÜBERBLICK ÜBER DIE GEBRÄUCHLICHSTEN FESTIGKEITS-PROBIERMASCHINEN. Von Dr.-Ing. W. Müller, Breslau. MUELLER: Überblick über die gebräuchlichsten Festigkeits-Probiermaschinen. Inhaltsübersicht. Im vorliegenden Aufsatz ist ein kurzer Ueberblick über die im Materialprüfungswesen gebräuchlichsten Maschinen gegeben. Nach einleitenden Worten über die allgemeinen Grundsätze, welche zur Beurteilung der Maschinen wichtig sind, bespricht Verfasser zuerst die Betonpressen als die relativ einfachsten Festigkeitsprobiermaschinen, um darauf zur Beschreibung der Zerreißmaschinen überzugehen, wie sie in ihrer mannigfaltigen Formen in Gestalt der Werder-, Martens-, Amsler-, Pohlmeyer- und Laufgewichtsmaschinen in den Festigkeitslaboratorien anzutreffen sind. Zum Schluß folgen noch einige wichtige Spezialprüfungsmaschinen wie Kugeldruckpresse, Torsionsmaschine und Pendelhämmer. –––––––––– Bei der in der modernen Technik immer weiter um sich greifenden Ueberzeugung von der Notwendigkeit der Materialprüfungen dürfte es von allgemeinem Interesse sein, die heutigen Tages gebräuchlichen Typen der Festigkeitsprobiermaschinen in ihrer Bauart und Wirkungsweise einem Vergleich zu unterziehen. Dieses Interesse dürfte um so mehr vorhanden sein, als jetzt wohl allgemein die Berechtigung der Materialprüfung anerkannt und in ihr nicht nur allein das notwendige Uebel gesehen wird. Das beste Zeugnis hierfür liefert das Verhalten der Firmen, welche für ihren Bedarf ausgezeichnet ausgerüstete Laboratorien einrichten, um eine ständige Kontrolle auch über die eigens erzeugten Materialien ausüben zu können, mit welcher Kontrolle Hand in Hand das Arbeiten an weiterer Verbesserung der Güte geht. Bei einer Festigkeitsprobiermaschine unterscheidet man drei Hauptteile: das Maschinengestell, den Antrieb und die Kraftmessung. a) Maschinengestell. Das Maschinengestell hat den Zweck, die Kraft von ihrer Erzeugungsstelle durch den Probekörper auf die Meßeinrichtung und von hier wieder zu ihrer Ursprungsstelle zurückzuführen. Es gilt hier also derselbe Grundsatz wie im ganzen Kraftmaschinenbau: die Kraftübertragung bildet einen geschlossenen Kreis. Andererseits muß aber auch das Gestell vor allen Dingen die z.B. beim Zerreißen von Stäben auftretenden Stöße aufnehmen und auf diese Weise ihre schädliche Wirkung verhindern. Die Maschinengestelle sind nun den jeweiligen Zwecken der betr. Maschine angepaßt. Ihrer äußeren Form nach kann man stehende und liegende Maschinen unterscheiden. Jede dieser beiden Arten hat Vor- und Nachteile für sich, und muß man sich bei der Beurteilung der Zweckmäßigkeit daher stets nach dem hauptsächlichen Gebrauch richten. Stehende Maschinen können nur eine beschränkte Bauhöhe erhalten, falls sie nicht in ihrer Bedienung zu unbequem werden soll; eine solche reicht aber kaum zur Prüfung von Seilen, Riemen und Ketten aus, weswegen sich hierfür mehr die liegende Bauart eignet. Andererseits hat eine stehende Maschine wieder den Vorteil? daß sich auf ihr die Prüfung von Stäben bei höheren Temperaturen sowie von sonstigen Proben einwandfreier durchführen läßt, welche in wagerechter Lage infolge ihres Eigengewichtes vielleicht eine den Versuch störende Durchbiegung erfahren können. Aber auch bei gewöhnlichen Zug- oder Druckversuchen kann die stehende Bauart die vorteilhaftere sein, besonders wenn es sich um Feinmessungen mit Spiegelapparaten handelt, wobei die Fernrohre unter Vermeidung der niedrig sitzenden Stellung des Versuchsausführenden bequem in Augenhöhe anzubringen sind. Als Vorteile der liegenden Maschinen läßt sich außer den oben angeführten betreffs der Prüfung von Riemen, Seilen und Ketten noch hauptsächlich die vorzügliche Uebersichtlichkeit anführen, welche besonders bei Versuchen an großen Probestücken, wo es sich oft um die Anbringung der verschiedensten Feinmeßapparate handelt, die Arbeit beträchtlich erleichtert. Die liegenden Maschinen haben jedoch den Nachteil, daß alle frei beweglichen Teile aufgehängt, gestützt oder geführt werden müssen, was immerhin die ganze Maschine komplizierter macht. Nächst dem Maschinengestell kommt als zweiter Teil b) der Antrieb in Betracht. Man unterscheidet: Schraubenantrieb von Hand oder Riemen, indirekt oder direkt elektrischen Schraubenantrieb, hydraulischen Antrieb. Der Antrieb von Hand geschieht mittels einer Kurbel, deren Drehung durch ein Schneckenrad- oder Kegelrädergetriebe auf eine Schraubenspindel übertragen wird; hierbei ist die Nabe des getriebenen Rades als Mutter für die Zugspindel ausgebildet. Dieses Verfahren der Krafterzeugung ist zwar sehr primitiv; es besitzt aber den großen Vorteil der Möglichkeit einer genauen Lasteinstellung, was für den Feinmeßversuch unbedingt erforderlich ist. Der Handantrieb eignet sich jedoch nur für kleinere Kräfte. Für große Kräfte ist ein maschineller Antrieb der Kraftschraube kaum zu umgehen. Dieser läßt sich sehr einfach durch Verwendung eines Elektromotors mit Riemenvorgelege statt der Kurbel ausführen. Um nun aber über eine genügende Anzahl Geschwindigkeitsstufen zu verfügen, schaltet man zwischen Riemenscheibe und Schnecke ein Reibrädergetriebe ein. Dieses gestattet denn auch eine bequeme Aenderung der Vorschubgeschwindigkeit der Zugspindel in den weitesten Grenzen. Statt eines immer unschön wirkenden Riemenvorgeleges wird sehr oft der Elektromotor mit dem Reibrädergetriebe gekuppelt, welche Antriebsart als indirekt elektrische bezeichnet werden möge. Manche Firmen gehen sogar noch weiter und verwerfen bei vielen Konstruktionen die Reibräder vollständig. In diesem Falle der direkten Kraftübertragung ist der Motor mit der Schneckenwelle gekuppelt. Die erforderliche Geschwindigkeitsänderung wird hierbei durch einen besonderen Anlaßwiderstand bewirkt. In allen oben geschilderten Fällen dient zur Kraftübertragung auf das Versuchsstück eine Spindel. Ihre Vorteile liegen in der großen Stetigkeit und Stoßfreiheit der Bewegung. Außerdem kann die einmal eingestellte Belastung beliebig lange auf gleicher Höhe gehalten werden, ohne daß beim Anhalten ein Spannungsabfall in der Probe (abgesehen von einem solchen, der durch das Fließen des Materials hervorgerufen wird) entsteht. Für Versuche mit langer Belastungsdauer eignen sich diese Maschinen daher vorzüglich. Als sehr vorteilhafter Antrieb muß der hydraulische gelten. Der Druckwasserbetrieb kann die Versuchsergebnisse nicht ungünstig beeinflussen, wenn auf gute Instandhaltung der Maschinen gesehen wird. Gut hergestellte Ledermanschetten bewirken ein vollständiges Dichthalten der Druchwasserzylinder. Ebenso sind die Reibungsverhältnisse bei Lederstulpendichtung nicht ungünstig. Um eine nähere Orientierung über diese wichtigen Vorgänge bei den hydraulischen Pressen zu ermöglichen, möge auf Martens „Handbuch der Materialienkunde“ sowie auf die in den vom Verein deutscher Ingenieure herausgegebenen „Mitteilungen über Forschungsarbeiten“ Heft 49, 1908 erschienene Arbeit von Martens „Die Stulpenreibung und der Genauigkeitsgrad der Kraftmessung mittels der hydraulischen Presse“ verwiesen werden. Da der hydraulische Antrieb ebenfalls eine schnelle willkürliche Aenderung der Belastungsgeschwindigkeit ohne Stoßwirkung innerhalb weiter Grenzen zuläßt, mit ihm aber vor allen Dingen höhere Kraftleistungen erzielt werden können als mit dem mechanischen Antrieb, ist ihm auch die größere Verbreitung zuteil geworden. c) Kraftmessung. Als einfachstes Verfahren zur Messung der Kräfte, das aber lediglich bei hydraulischem Antrieb verwendet werden kann, gilt die Messung des Flüssigkeitsdruckes im Preßzylinder mit Hilfe eines an den Zylinder angeschlossenen Manometers. Das Produkt aus dem spez. Druck und der Kolbenfläche ergibt dann die Maschinenkraft. Bei diesem Verfahren muß jedoch der Umstand berücksichtigt werden, daß die Kolbenreibung stets in die Rechnung eingeht. Diese läßt sich zwar durch einen Leergangversuch bestimmen, jedoch ist dabei zu beachten, daß die Reibung nicht für alle Kolbenstellungen eine konstante Kraft darstellt. Während also obige Methode nur für ein beschränktes Gebiet verwendbar ist, ist die Kraftmessung mit Hilfe einer Hebelwage für jede Maschinengattung zu benutzen. Diese Wage kann nun in verschiedener Weise ausgebildet sein, indem einmal die Hebelübersetzung konstant erhalten bleibt und dafür veränderliche Gewichte aufgesetzt werden (s. Maschinen von Martens, Werder usw.), oder indem ein konstantes Gewicht als Laufgewicht auf einem Hebelarm verschoben werden kann; hierbei ist dann der Hebelarm veränderlich (s. Maschinen von Schenck, Losenhausen usw.). Als dritter Fall verdient noch die Neigungswage angeführt zu werden, wie sie Ehrhardt bei seinen Pohlmeyer-Maschinen verwendet. Ihre Wirkungsweise gleicht der einer gewöhnlichen Briefwage. Der Ausschlag des Pendels mit dem unveränderlichen Gewicht ist proportional der Maschinenkraft. Eine weitere Art der Kraftmessung ergibt sich durch Anwendung der Meßdose, Diese besteht aus einem Gehäuse, in dem sich eine Gummi- oder Messingblechmembran befindet. Der Raum unter dieser ist mit einer Flüssigkeit, z.B. Wasser oder Glyzerin, möglichst luftleer angefüllt. An den Flüssigkeitsraum ist ein Manometer angeschlossen, während auf der Membran der Dosendeckel in Gestalt eines Kolbens ruht, auf welchen die Maschinenkraft übertragen wird. Der Druck auf den Deckel wird also in der Meßdose in einen Flüssigkeitsdruck umgesetzt. Wie die Erfahrung gelehrt hat, bedürfen die Meßdosen einer sehr sorgfältigen Behandlung. Nach Martensbahnbrechenden UntersuchungenVergl. Martens. „Die Meßdose als Kraftmesser in der Materialprüfmaschine“, Mitteil, über Forschungsarbeiten, herausgegeben vom Verein deutsch. Ing. Heft 38, 1907. und Konstruktionen müssen sie jedoch als durchaus zuverlässiges Kraftmessungsmittel angesehen werden, dessen Genauigkeitsgrenzen von ± 1 v. H., wie Martens auf Grund zahlreicher eingehender Versuche bewiesen hat, leicht innezuhalten sind. Außerdem bieten die Meßdosen infolge ihrer überaus einfachen Gestaltung beträchtliche praktische Vorteile. Im folgenden mögen die wichtigsten Maschinenarten erster deutscher Firmen kurz besprochen werden. Da unter ihnen die Betonpressen sich als die relativ einfachsten Maschinen darstellen, mögen sie hier zuerst genannt sein. Fig. 1. zeigt die Ausführung der erst seit kurzem von Martens entworfenen und von der M. A. N. auf den Markt gebrachten Zementprüfer „Bauart Martens“, die zur normengemäßen Prüfung von Zementwürfeln von 7 cm Kantenlänge dienen. Sie sind für einen Höchstdruck von 50 t ausgebildet. Die Presse selbst zeichnet sich durch eine geschlossene einfache Konstruktion aus, welche mit einer zugehörigen Spindelhandpumpe auf einem starken Brett montiert ist. Der Probekörper ruht auf dem im unteren Teil der Presse befindlichen Kolben, während als oberes Widerlager eine Kugelschale dient. Der Prüfungsdruck wird an einem Manometer abgelesen, während das andere daneben befindliche lediglich zur Kontrolle dient. Beide Manometer sind mit Absperrventilen versehen. Die Erzeugung des Druckwassers erfolgt in der Spindelpreßpumpe mittels eines Schraubenantriebes stoßfrei und gleichmäßig. Zwischen der Pumpe und dem Preßzylinder befindet sich ein Steuerkörper mit drei Ventilen, von denen das eine eine Verbindung zwischen Preßzylinder und Pumpe, das andere eine solche zwischen Preßzylinder und Wasserleitung zum schnellen Hochfahren des Arbeitskolbens ermöglicht; das dritte Ventil dient als Ausflußventil. Textabbildung Bd. 327, S. 131 Fig. 1. M. A. N.-Zementprüfer für 50 t Druckkraft, Bauart Martens. Diese Maschinen haben sich bislang infolge ihrer zweckmäßigen Konstruktion eines regen Absatzes erfreut. Ihre Eichung geschieht durch das Kgl. Materialprüfungsamt zu Groß-Lichterfelde. (Fortsetzung folgt.)