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Dokumentenidentifikation DE19859635C1 21.09.2000
Titel Zerspanungspendel zur Nachbildung und Untersuchung von Formveränderungen an insbesondere metallischen Werkstücken im Zuge von Trennprozessen
Anmelder ISPAT Stahlwerk Ruhrort GmbH, 47137 Duisburg, DE
Erfinder Krull, Hans-Günter, Dr. Dipl.-Ing., 47506 Neukirchen-Vluyn, DE;
Herrendier, Harald, 46147 Oberhausen, DE
Vertreter Honke und Kollegen, 45127 Essen
DE-Anmeldedatum 23.12.1998
DE-Aktenzeichen 19859635
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.09.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.09.2000
IPC-Hauptklasse G01N 3/02
IPC-Nebenklasse G01N 3/04   G01N 3/58   
Zusammenfassung Es handelt sich um eine Pendelvorrichtung zur Werkstoffprüfung von insbesondere metallischen Werkstücken (1). Diese Pendelvorrichtung weist in ihrem grundsätzlichen Aufbau einen Pendelarm (2) sowie einen Probenhalter (3) für das Werkstück (1) auf. Der Pendelarm (2) dringt mit seiner Werkstückschneide (7) im Rahmen eines Pendelvorganges in das Werkstück (1) zur Ermittlung dessen Zerspanbarkeit unter Spanbildung ein. Alternativ hierzu kann das Werkstück (1) zur Beurteilung dessen Zähigkeitseigenschaften auch mittels einer an einem Hammerkopf befestigten Hammerfinne zerteilt werden, wobei Hammerkopf und Hammerfinne anstelle der Werkstückschneide (7) als Austauschaggregat am Pendelarm (2) befestigt werden. Zusätzlich ist eine durch die Bewegung des Pendelarms (2) beim Pendelvorgang auslösbare Fangvorrichtung (9) vorgesehen, welche den Pendelarm (2) nach Beendigung des Pendelvorganges festhält.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Pendelvorrichtung zur Werkstoffprüfung von insbesondere metallischen Werkstücken, mit einem Pendelarm, welcher mit seinem einen Ende um eine Schwenkachse drehbar gelagert ist und an seinem anderen Ende eine Werkstückschneide oder eine Hammerfinne aufweist, ferner mit einem Probenhalter für das Werkstück und mit einer durch die Bewegung des Pendelarms beim Pendelvorgang auslösbaren Fangvorrichtung, welche den Pendelarm nach Beendigung des Pendelvorganges festhält, wobei der Pendelarm mit der Werkstückschneide mit vorgegebener Schnittgeschwindigkeit im Rahmen eines Pendelvorganges in das Werkstück zur Ermittlung dessen Zerspanbarkeit unter Spanbildung eindringt oder das Werkstück mittels der Hammerfinne zur Beurteilung dessen Zähigkeitseigenschaften mit einstellbarer Schlaggeschwindigkeit zerteilt wird.

Derartige Pendelvorrichtungen dienen in der Regel zur Nachbildung und Untersuchung von Formveränderungen an den vorgenannten metallischen Werkstücken im Zuge von Trennprozessen. Sie, d. h. die Pendelvorrichtung, kann auch zur Beurteilung der Zähigkeitseigenschaften der Werkstücke im Zuge eines Zerteilvorganges zu Rate gezogen werden.

Bei der Zerspanung handelt es sich bekanntermaßen um einen komplexen Trennprozeß bei Werkstücken, insbesondere metallischen Werkstücken, also die Fertigung durch Ändern der Form des vorgenannten Werkstückes bzw. seines festen Körpers. Zu diesem Zweck wird der Stoffzusammenhalt örtlich aufgehoben, wobei die Endform des Werkstückes bzw. -körpers in der Ausgangsform enthalten ist.

Zur Beurteilung der Zähigkeitseigenschaften insbesondere metallischer Werkstoffe werden regelmäßig Kerbschlag-Versuche mit der angesprochenen Hammerfinne durchgeführt. Im Rahmen derartiger Prüfungen kann beispielsweise der Übergang vom Zähbruch zum Sprödbruch bei bestimmten Temperaturen ermittelt werden. Die Lage der Übergangstemperatur gilt als Vergleichsmaß für die Werkstoffzähigkeit. Beim Vergleich von beispielsweise Stählen mit verschiedenen Übergangstemperaturen erweist sich der Werkstoff mit der höchsten Übergangstemperatur als der mit Blick auf Sprödbruch gefährdeste. Jedenfalls wird mittels der Pendelvorrichtung im allgemeinen die zum Durchbruch des Werkstückes verbrauchte Schlagenergie ermittelt. Aus dieser Schlagenergie bzw. Schlagarbeit läßt sich die Kerbschlagzähigkeit als auf den eingesetzten Prüfquerschnitt bezogene verbrauchte Schlagarbeit ermitteln.

Bei der Untersuchung der Zerspanbarkeit eines Werkstoffes formiert sich der bei der Zerspanung entstehende Span durch das Eindringen der Werkstückschneide in das Werkstück, welches sich zunächst elastisch und mit fortschreitender Schnittbewegung auch plastisch verformt. Infolge des hohen Stauchdruckes vor der Schneidkante der Werkstückschneide wird die Fließspannung des Werkstoffes in der primären Zone bzw. Scherzone überschritten. Sobald das Verformungsvermögen des Werkstoffes erschöpft ist, kommt es zu der in Rede stehenden Werkstofftrennung, also zur Zerspanung. Dabei läuft der Span über eine sich bildende Spanfläche ab.

Die Zerspanbarkeit eines Werkstoffes, also sein Verhalten während des vorbeschriebenen Trennprozesses, hängt ab von seiner stofflichen Zusammensetzung, seinem Gefügeaufbau im zerspanten Bereich, der vorhergehenden Umformung/Ur-Formung sowie einer gegebenenfalls vorgenommenen Wärmebehandlung. Jedenfalls lassen sich aus Zerspanungsuntersuchungen umfangreiche Rückschlüsse auf Werkstoffeigenschaften ziehen.

Eine Pendelvorrichtung der eingangs beschriebenen Gestaltung ist durch die US 2 359 044 bekannt geworden. Hier wird eine Fangvorrichtung verfolgt, die nach Art einer Trommelbremse ausgestaltet ist. Diese Trommelbremse soll den Pendelarm im Zuge seines Zurückschwenkens festhalten.

Abgesehen davon, daß sich auf diese Weise kaum bestimmte Bremspunkte definieren lassen, ist auch die Sicherheit einer solchen Fangvorrichtung zweifelhaft. Denn es kann nicht unter allen Umständen gewährleistet werden, daß der Pendelarm beim Zurückschwenken nicht doch mit seiner Werkstückschneide oder Hammerfinne gegen den Probenhalter für das Werkstück schlägt.

Bei einer Vorrichtung zur Schlagzugprüfung von Werkstoffen, insbesondere Kunststoffen wird mit einem Pendelhammer gearbeitet, welcher mit Hilfe einer Sperrklinke gleichsam festgehalten wird. Folglich kann der bekannte Pendelhammer nicht frei durchschwingen, wobei auch in diesem Fall Fehlfunktionen der Sperrklinke nicht mit letzter Sicherheit auszuschließen sind (vgl. DE 11 50 224).

Außerdem ist es bereits bekannt, mit Hilfe eines Zerspanungspendels den Zerspanungsprozeß zu simulieren. Für die daraus resultierenden Pendelversuche sind die eingestellte Schnittgeschwindigkeit, die Spanungstiefe sowie der Spanwinkel der Werkstückschneide als Ausgangsparameter von entscheidender Bedeutung (vgl. Hans Berns, Jingrong Liu und Werner Theisen "A New Experimental Approach to Metal Cutting", Zeitschrift für Metallkunde 87 (1996) 5, S. 418 bis 423).

Folglich wird beim Stand der Technik regelmäßig so vorgegangen, daß der Pendelarm nach dem Pendelvorgang und Abheben eines Spanes manuell festgehalten wird. Dabei muß gewährleistet werden, daß die Werkstückschneide nach der eigentlichen Messung nicht vollständig zurückpendelt und die Werkstückoberfläche oder die Werkstückschneide selbst beschädigt. Wie bereits beschrieben, läßt sich dies nicht mit letzter Sicherheit gewährleisten.

Aus diesem Grund wurde darüber hinaus vorgeschlagen, an der Rückseite einer Halterung für die Werkstückschneide einen Anschlag vorzusehen (vgl. Per Wallen, Staffan Jacobsen und Sture Hogmark "An Experimental Method for Studies of Intermittent Cutting at Small Cutting Depths", Zeitschrift International Journal of Machine Tools Manufacture 28 (1988), S. 539-550). Dieser Anschlag wird auch als sogenannter "Quick-Stop" zur Untersuchung des Spanbildeprozesses verwendet. Hierbei ist der Span noch mit dem Werkstück verbunden.

Demzufolge kann die hier beschriebene Vorgehensweise bei einer vollständigen Spanabhebung nicht zum Einsatz kommen, schon weil diese Abtrennung des Spanes durch den Anschlag unterbunden wird. Auch ergibt sich hierdurch eine insgesamt asymmetrische Spanfläche. - Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Pendelvorrichtung des eingangs beschriebenen Aufbaus so weiter zu bilden, daß ein gleichsam automatisierter und insbesondere sicherer Betrieb ermöglicht wird. Außerdem sollen Beschädigungen einzelner Bestandteile zuverlässig vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung bei einer gattungsgemäßen Pendelvorrichtung zur Werkstoffprüfung von insbesondere metallischen Werkstücken vor, daß die Fangvorrichtung als Fanghaken mit stangenartigem Hakenfuß und gabelförmigem Hakenkopf ausgebildet ist, wobei der gabelförmige Hakenkopf zwei Gabelarme mit Anschlagschrägen für die in seiner Warteposition hindurch pendelnde und in seiner Fangposition hieran anliegende Werkstückschneide oder Hammerfinne aufweist. Vorzugsweise ist der Fanghaken um eine Achse schwenkbar gelagert.

Eine besonders ausgeklügelte Definition einzelner Stellungen der Fangvorrichtung läßt sich dann realisieren, wenn diese aus einem magnetisierbaren Material gefertigt ist und mittels eines Haltemagneten in einer Warteposition festgehalten und nach Auslösung der Fangvorrichtung federunterstützt in eine Fangposition verschwenkt wird. Demzufolge wird man die Fangvorrichtung üblicherweise aus Stahl fertigen und als Haltemagneten einen Elektromagneten einsetzen, welcher in Abhängigkeit von der Auslösung der Fangvorrichtung diese losläßt. Hieran anschließend wird die Fangvorrichtung mittels einer Feder in die Fangposition verschwenkt. In der Warteposition weist die Fangvorrichtung regelmäßig eine Neigung gegenüber der Vertikalen von ca. 30° bis 60°, vorzugsweise ca. 45°, auf. Zur Einstellung der vorgenannten Neigung der Fangvorrichtung kann der Haltemagnet entsprechend gestaltet werden. Hierzu dient eine üblicherweise vorgesehene Anlageschräge am Haltemagnet zur Aufnahme und Anlage der Fangvorrichtung.

Zur Begrenzung des Schwenkwinkels der Fangvorrichtung beim federunterstützten Verschwenken in die Fangposition weist diese im Bereich des Hakenfußes eine Anschlagnase auf. Für die Auslösung der Fangvorrichtung kann an einer Stütze für den Pendelarm ein Sensor angebracht werden. Bei diesem Sensor kann es sich um einen berührungsfreien Sensor, beispielsweise eine Lichtschranke oder einen magnetischen Sensor handeln. Selbstverständlich sind auch andere, durch Kontakt ausgelöste, Sensoren denkbar, beispielsweise ein über einen Ausleger betätigter Schalter. Um der gesamten Pendelvorrichtung mit Stütze und Pendelarm die erforderliche Steifigkeit zu verleihen, wird als Werkstückschneide vorteilhafterweise eine in einer Werkzeughalterung am Pendelarm verkeilte Wendeschneidplatte unter Berücksichtigung eines negativen Spanwinkels eingesetzt. Diese Wendeschneidplatte ermöglicht durch Drehen den Einsatz neuer Schneidzonen, so daß ein Komplettaustausch selten erforderlich ist. Durch die Wahl des negativen Spanwinkels wird ein häufiger Werkzeugbruch, bedingt durch schlagartige Belastung, vermieden.

Für den Fall, daß die Pendelvorrichtung zur Beurteilung der Zähigkeitseigenschaften des Werkstückes Verwendung finden soll, ist ferner bevorzugt vorgesehen, daß die Hammerfinne an einem Hammerkopf befestigt ist, welcher als Austauschaggregat (bestehend zumindest aus Hammerfinne und Hammerkopf) anstelle der Werkzeughalterung mit Wendeschneidplatte am Pendelarm angebracht werden kann. Folglich läßt sich die Pendelvorrichtung schnell und einfach praktisch von einem Zerspanungspendel in einen Kerbschlaghammer umrüsten und umgekehrt. Diesbezüglich kann beispielsweise mit Schnellkupplungen zwischen Pendelarm und Werkzeughalterung bzw. Hammerkopf gearbeitet werden.

Schließlich ist der Probenhalter im allgemeinen längs-, quer- und höhenverstellbar ausgebildet, um eine feinfühlige Ausrichtung und gegebenenfalls Nachführung des Werkstückes mit dem Probenhalter im Vergleich zur pendelnden Werkstückschneide oder zur hin- und herbewegten Hammerfinne zu gewährleisten. Dabei kommt der Höhenverstellbarkeit das Hauptgewicht zu, weil sich hierüber beispielsweise die Spantiefe variieren läßt. - Für den Fall, daß Kerbschlagversuche durchgeführt werden sollen, muß natürlich der Probenhalter gegebenenfalls modifiziert werden, und zwar überlicherweise dergestalt, daß das zu untersuchende Werkstück frei zwischen zwei Widerlagern aufgelegt wird und somit von der Hammerfinne problemlos zerteilt werden kann. Selbstverständlich wird hierbei die vorbeschriebene Verstellbarkeit in Längs-, Quer- und Höhenrichtung beibehalten.

Dadurch, daß der Pendelarm in verschiedenen Winkel gegenüber der Vertikalen fixierbar ist, lassen sich problemlos unterschiedliche Schnittgeschwindigkeiten beim Zerspanen oder wählbare Schlagenergien beim Kerbschlagen einstellen.

Im Rahmen der Erfindung wird folglich eine Pendelvorrichtung zur Werkstoffprüfung von insbesondere metallischen Werkstücken zur Verfügung gestellt, welche nach dem Pendelvorgang unter Spanabhebung am Werkstück oder Zerteilung des Werkstückes den Pendelarm praktisch automatisch festhält, so daß ein Zurückpendeln unterbunden wird. Folglich sind Beschädigungen des Werkstückes, des Probenhalters, der Werkstückschneide oder der Hammerfinne zuverlässig ausgeschlossen. Dies ist von besonderer Bedeutung, damit das Werkstück bzw. seine Oberfläche im Rahmen einer weiteren Untersuchung (z. B. für die Bestimmung der Rauhtiefe) beschädigungsfrei zur Verfügung gestellt werden kann. Im übrigen ist die Spanfläche idealerweise symmetrisch ausgeführt, weil der Pendelvorgang während des Eindringens der Werkstückschneide in das Werkstück nicht behindert wird. Die Form der Spanfläche läßt dabei Rückschlüsse auf die Steifigkeit des gesamten Zerspanungspendels zu, wie in der Figurenbeschreibung näher erläutert wird.

Weiter ist als Vorteil erwähnenswert, daß durch die gleichsam automatisch betriebene Fangvorrichtung die Sicherheit bei der Werkstückuntersuchung enorm gesteigert ist. Insbesondere kann die gesamte Pendelvorrichtung (mit durchsichtigem Kunststoff) verkleidet werden, so daß Verletzungen und/oder Fehlbedienungen praktisch ausgeschlossen sind. Immer ist durch die automatische Auslösung des Haltemagneten über den an der Stütze angebrachten Sensor gewährleistet, daß der Pendelarm nicht unkontrolliert zurückpendeln kann. Nach Beendigung des Versuches läßt sich die Fangvorrichtung bzw. der Fanghaken problemlos wieder an den Haltemagneten in seiner Warteposition anlegen, so daß das Zerspanungspendel oder der Kerbschlaghammer für einen weiteren Versuch vorbereitet werden kann. Hierin sind die wesentlichen Vorteile der Erfindung zu sehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Pendelvorrichtung in der Ausführungsform als Zerspanungspendel in schematischer Ansicht,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 bei gefangenem, d. h. in Fangposition befindlichem, Pendelarm,

Fig. 3 die Fangvorrichtung in schematischen Ansichten,

Fig. 4a die in das Werkstück eindringende Werkstückschneide beim Zerspanen,

Fig. 4b das Zerspanungspendel nach den Fig. 1 und 2 in schematischer Ansicht,

Fig. 5 eine mit dem erfindungsgemäßen Zerspanungspendel aufgenommene Meßkurve, welche die Spanenergie in J/g über dem Spangewicht in g zeigt und

Fig. 6a, 6b verschiedene ausgebildete Spanflächen.

In den Figuren ist ein Zerspanungspendel zur Nachbildung und Untersuchung von Formveränderungen an insbesondere metallischen Werkstücken 1 im Zuge von Trennprozessen gezeigt. Dieses Zerspanungspendel weist in seinem grundsätzlichen Aufbau einen Pendelarm 2, einen Probenhalter 3 für das Werkstück 1 sowie eine Stütze 4 und schließlich eine Grundplatte 5 auf. Der Pendelarm 2 ist mit seinem einen Ende um eine Schwenkachse 6 an der Stütze 4 drehbar gelagert. An seinem anderen Ende ist eine Werkstückschneide 7 vorgesehen, welche im Zuge eines Pendelvorganges in das Werkstück 1 zur Ermittlung dessen Zerspanbarkeit unter Spanbildung eindringt. Hierzu sei insbesondere auf Fig. 4a verwiesen, wo die Werkstückschneide 7 mit dem sich am Werkstück 1 bildenden Span 8 im Detail dargestellt ist. Man erkennt, daß im Rahmen der Erfindung mit einem negativen Spanwinkel γ gearbeitet wird.

Die dargestellte und als Zerspanungspendel ausgeführte Pendelvorrichtung läßt sich problemlos in ein Pendelschlagwerk bzw. einen Kerbschlaghammer umrüsten, um Prüfungen zur Kerbschlagzähigkeit der Werkstücke 1 vornehmen zu können. Zu diesem Zweck läßt sich die beschriebene Werkstückschneide 7 mit Wendeschneidplatte 7a und Werkzeughalterung 7b gegen eine nicht dargestellte Hammerfinne an einem Hammerkopf austauschen. Dieses Austauschaggregat aus Hammerfinne und Hammerkopf wird für den Fall dieses Verwendungszweckes anstelle der beiden vorgenannten Bauteile (Werkzeughalterung 7b und Wendeschneidplatte 7a) am Pendelarm 2 angebracht. Dies ist jedoch nicht weiter dargestellt, da das Ausführungsbeispiel den Einsatz der Pendelvorrichtung als Zerspanungspendel beschreibt.

Grundsätzlich ist bei beiden Varianten eine durch die Bewegung des Pendelarms 2 beim Pendelvorgang auslösbare Fangvorrichtung 9 vorgesehen, welche den Pendelarm 2 nach Beendigung des Pendelvorganges festhält, wie insbesondere die Fig. 2 deutlich macht. Anhand der vorgenannten zeichnerischen Darstellung sowie der Fig. 3 erkennt man, daß die Fangvorrichtung 9 als um eine Achse A schwenkbar gelagerter Fanghaken 9 mit stangenartigem Hakenfuß 9a und gabelförmigem Hakenkopf 9b ausgebildet ist. Dieser gabelförmige Hakenkopf 9b weist zwei Gabelarme 10 mit Anschlagschrägen 11 für die an den Gabelarmen 10 in Fangposition anliegende Werkstückschneide 7 oder die (nicht gezeigte) Hammerfinne auf.

Vorliegend bilden die beiden Gabelarme 10 eine gleichsam zylindrische Bohrung für die in Warteposition hindurch pendelnde, ebenfalls im wesentlichen zylindrisch ausgeführte, Werkstückschneide 7. Diese besteht im Detail entsprechend der Fig. 4a aus der Wendeschneidplatte 7a und der Werkzeughalterung 7b am Pendelarm 2. Dabei ist die Wendeschneidplatte 7a in der Werkzeughalterung 7b verkeilt. Im Zuge dieser Verkeilung wird der bereits angesprochene negative Spanwinkel γ eingestellt.

Die Fangvorrichtung 9 ist aus einem magnetisierbaren Material, beispielsweise Stahl, gefertigt. Auf diese Weise kann die Fangvorrichtung 9 mittels eines Haltemagneten 12 in der Warteposition festgehalten werden, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Bei dem Haltemagneten 12 handelt es sich um einen Elektromagneten, welcher die Fangvorrichtung 9 bzw. den Fanghaken 9 gezielt festhalten und loslassen kann. Nach Auslösung der Fangvorrichtung 9 wird diese federunterstützt in die Fangposition verschwenkt, wie sie in Fig. 2 zu erkennen ist. In der Warteposition gem. Fig. 1 weist die Fangvorrichtung 9 eine Neigung α gegenüber der Vertikalen V von ca. 30 bis 60° auf. Nach dem Ausführungsbeispiel beträgt α ca. 45°. Um die vorgenannte Neigung α einstellen zu können, besitzt der Haltemagnet 12 eine entsprechend gestaltete Anlageschräge 13. Diese Anlageschräge 13 ist folglich um den gleichen Winkel α = 45° gegenüber der Vertikalen V geneigt.

Im Bereich des Hakenfußes 9a ist an der Fangvorrichtung 9 eine Anschlagnase 14 zur Begrenzung des Schwenkwinkels β bei federunterstütztem Verschwenken in die Fangposition vorgesehen. Nach dem Ausführungsbeispiel entspricht die Neigung α dem Schwenkwinkel β, d. h. es gilt α = β. Diese einzelnen Winkelverhältnisse sind insbesondere in Fig. 1 zu erkennen.

Aus der Fig. 4b ergibt sich, daß der Pendelarm 2 zur Variation der Pendelgeschwindigkeit bzw. Schnittgeschwindigkeit in verschiedenen Höhen h1 (und damit mit unterschiedlichen Winkeln δ gegenüber der Vertikalen V, beispielsweise δ = 60°, 90° oder 120°) festgehalten und dann losgelassen werden kann. Nach dem Eindringen der Werkstückschneide 7 in das Werkstück 1 erreicht der Pendelarm 2 eine Höhe h2 - gemessen jeweils gegenüber der Grundplatte 5. Aus beiden vorgenannten Höhen bzw. Abständen h1 und h2 läßt sich die benötigte Schnittarbeit bzw. Spanenergie wie folgt ableiten:



ΔE = mg (h1 - h2),



mit m der Masse des Pendelarms 2 (zuzüglich gegebenenfalls zusätzlich vorgesehener Gewichte).

Für den Fall, daß die gezeigte Pendelvorrichtung nicht als Zerspanungspendel, sondern als Pendelschlagwerk eingesetzt wird, läßt sich in gleicher Weise wie zuvor beschrieben, die beim Zerteilen des Werkstückes 1 verbrauchte Schlagarbeit ΔE ermitteln. Wenn man nun noch den Prüfquerschnitt Q des Werkstückes 1 kennt, so läßt sich aus dieser Schlagarbeit ΔE und dem vorgenannten Querschnitt Q die Kerbschlagzähigkeit ak wie folgt berechnen:



ak = ΔE/Q.

Zur Auslösung der Fangvorrichtung 9 ist ein Sensor 15 vorgesehen, welcher an der Stütze 4 angebracht ist. Bei diesem Sensor 15 kann es sich um eine Lichtschranke oder um einen magnetischen Sensor handeln, welcher auf den ebenfalls aus magnetisierbarem Material, z. B. Stahl, gefertigten Pendelarm 2 reagiert. Dieser Sensor 15 ist zusammen mit nicht explizit dargestellten Drehwinkelsensoren zur Erfassung der Höhen h1, h2 insgesamt an eine ebenfalls nicht gezeigte Steuer- und Auswerteeinrichtung angeschlossen. Diese ermöglicht eine Erfassung der vorgenannten Abstände h1, h2 ebenso wie der Position des Pendelarms 2 bzw. sein Passieren des Sensors 15. Sobald dies geschieht, gibt die Steuervorrichtung einen Befehl an den Haltemagneten 12, und zwar dergestalt, daß die Fangvorrichtung 9 losgelassen wird. Durch die am Hakenfuß 9a und der Grundplatte 5 angebrachte und im wesentlichen in Richtung einer Horizontalen H wirkende Feder 16 wird die Fangvorrichtung 9 in die Fangposition verschwenkt (vgl. Fig. 2). Um eine exakte Positionierung und gegebenenfalls Nachführung des Werkstückes 1 zu erreichen, ist der Probenhalter 3 nach dem Ausführungsbeispiel sowohl in Längs-, Quer- als auch Höhenrichtung verstellbar ausgeführt. Dies kann entweder mittels manuell zu betätigender Spindeln oder automatisch mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung erfolgen.

Aus den in den Fig. 6a und 6b dargestellten Spanflächen am Werkstück 1 läßt sich ableiten, ob das dargestellte Zerspanungspendel eine ausreichende Steifigkeit besitzt. Wenn dies der Fall ist, so weist die Spanfläche die in Fig. 6a dargestellte ideale Linsenform auf. Bei nicht ausreichend versteifter Vorrichtung ergeben sich Spanflächen, wie sie beispielhaft in Fig. 6b gezeigt sind. Der jeweils abgehobene Span 8 wird nach Beendigung des Versuches gewogen und zu der zuvor ermittelten Spanenergie ΔE ins Verhältnis gesetzt. Die hieraus errechnete spezifische Spanenergie (in J/g) hängt von dem Gewicht des jeweiligen Spanes 8 bei einer Stahlsorte 9 SMn 28 in der in Fig. 5 dargestellten Art und Weise ab. Anhand dieser Darstellung läßt sich erkennen, daß die Spanarbeit bzw. die spezifische Spanenergie oberhalb eines Spangewichtes von ca. 0,04 g nur noch geringfügig abnimmt. Jedenfalls lassen sich unter Rückgriff auf Modellvorstellungen Einflüsse einzelner zugesetzter (Legierungs-)Elemente zur Verbesserung der Zerspanbarkeit aus derartigen Zusammenhängen ablesen.


Anspruch[de]
  1. 1. Pendelvorrichtung zur Werkstoffprüfung von insbesondere metallischen Werkstücken (1),
    1. - mit einem Pendelarm (2), welcher mit seinem einen Ende um eine Schwenkachse (6) drehbar gelagert ist und an seinem anderen Ende eine Werkstückschneide (7) oder eine Hammerfinne aufweist, ferner
    2. - mit einem Probenhalter (3) für das Werkstück (1), und
    3. - mit einer durch die Bewegung des Pendelarms (2) beim Pendelvorgang auslösbaren Fangvorrichtung (9), welche den Pendelarm (2) nach Beendigung des Pendelvorganges festhält,
    wobei der Pendelarm (2) mit der Werkstückschneide (7) mit vorgegebener Schnittgeschwindigkeit im Rahmen eines Pendelvorganges in das Werkstück (1) zur Ermittlung dessen Zerspanbarkeit unter Spanbildung eindringt oder das Werkstück (1) mittels der Hammerfinne zur Beurteilung dessen Zähigkeitseigenschaften mit einstellbarer Schlaggeschwindigkeit zerteilt wird,

    dadurch gekennzeichnet, daß

    die Fangvorrichtung (9) als Fanghaken (9) mit stangenartigem Hakenfuß (9a) und gabelförmigem Hakenkopf (9b) ausgebildet ist, wobei

    der gabelförmige Hakenkopf (9b) zwei Gabelarme (10) mit Anschlagschrägen (11) für die in seiner Warteposition hindurch pendelnde und in seiner Fangposition hieran anliegende Werkstückschneide (7) oder Hammerfinne aufweist.
  2. 2. Pendelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fanghaken (9) um eine Achse (A) schwenkbar gelagert ist.
  3. 3. Pendelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangvorrichtung (9) aus einem magnetisierbaren Material gefertigt ist und mittels eines Haltemagneten (12) in einer Warteposition festgehalten und nach Auslösung der Fangvorrichtung (9) federunterstützt in die Fangposition verschwenkt wird.
  4. 4. Pendelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangvorrichtung (9) in der Warteposition eine Neigung (α) gegenüber der Vertikalen (V) von ca. 30° bis 60°, vorzugsweise ca. 45°, aufweist, wobei zur Einstellung der Neigung (α) der Fangvorrichtung (9) der Haltemagnet (12) mit einer entsprechend gestalteten Anlageschräge (13) ausgerüstet ist.
  5. 5. Pendelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangvorrichtung (9) im Bereich des Hakenfußes (9a) eine Anschlagnase (14) zur Begrenzung des Schwenkwinkels (β) beim federunterstützten Verschwenken in die Fangposition aufweist.
  6. 6. Pendelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auslösung der Fangvorrichtung ein an einer Stütze (4) für den Pendelarm (2) angebrachter Sensor (15) vorgesehen ist.
  7. 7. Pendelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstückschneide (7) eine in einer Werkzeughalterung (7b) am Pendelarm (2) verkeilte Wendeschneidplatte (7a) unter Berücksichtigung eines negativen Spanwinkels (γ) eingesetzt wird.
  8. 8. Pendelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hammerfinne an einem Hammerkopf befestigt ist, welcher als Austauschaggregat anstelle der Werkzeughalterung (7b) mit Wendeschneidplatte (7a) am Pendelarm (2) angebracht werden kann.
  9. 9. Pendelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenhalter (3) längs-, quer- und höhenverstellbar ausgebildet ist.
  10. 10. Pendelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Pendelarm (2) in verschiedenen Winkeln (δ) gegenüber der Vertikalen (V) zur Einstellung unterschiedlicher Schnitt- oder Schlaggeschwindigkeiten fixierbar ist.






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