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Vorrichtung zum Prüfen einer zum Erzeugen eines Drehmomentes dienenden
Feder Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen einer zum Erzeugen eines
Drehmomentes dienenden l eder, welche Vorrichtung ein die zu prüfende Feder aufnehmendes
Aufnahmeorgan, ein die zu prüfende Feder beanspruchendes Beanspruchungsorgan und
eine das von der beanspruchten Feder erzeugte Drehmoment aufnehmende Federwaage
aufweist.
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Zum Messen des Drehmomentes einer unter einer bestimmten Verdrehungsbeanspruchung
stehenden Feder dient üblicherweise eine Hebelwaage, auf deren Waagenarm Gewichte
aufgelegt werden, bis der unter dem Drehmoment der zu prüfenden Feder stehende N
'aagenarm seine Ausgangslage wieder eingenommen hat, was durch Zeiger und Marke
überwacht werden kann. Das Auswiegen des von einer Feder erzeugten Drehmomentes
mit Hilfe von Gewichten erfordert einen großen Zeitaufwand und kann daher nur bei
Federn angewandt werden, deren Drehmoment-Verdreh-Kennlinie genau bekannt sein muß,
oder zur Stichprobenprüfung dienen. Zum Ermitteln eines Drehmomentes ist auch schon
eine Neigungswaage od. dgl. verwendet worden. Hierbei muß das Ausweichen der Waage
bei der Feststellung des Verdrehwinkels berücksichtigt werden, was eine zusätzliche
Arbeit erfordert. Auch kann das Federende nicht gegen einen Anschlag angelegt werden,
dessen Lage eindeutig bestimmt ist. Die Ermittlung des Verdrehwinkels der Feder
ist deshalb mit Fehlern behaftet, und die Reibungsverhältnisse zwischen der Prüffeder
und dem Dorn sowie zwischen den aneinander anliegenden Abschnitten der Prüffeder
sind nicht eindeutig zu erkennen.
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Es ist aber auch bekannt, bei Federprüfgeräten Federwaagen zu verwenden.
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Die Erfindung hat eine Vorrichtung zum Ziel, mit deren Hilfe das
von einer Feder erzeugte Drehmoment und die auftretenden Reibungskräfte bei einer
bestimmte Verdrehung der Feder rasch, einfach und genau ermittelt werden können.
Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Federwaage als radförmige
Waagenfeder ausgebildet ist, deren wirksame Speichenbreite, in Achsrichtung der
Feder gesehen, einem Mehrfachen der Speichendicke. in Umfangsrichtung der Feder
gesehen. entspricht und von der mindestens Teile ihres Radkranzes und ihrer Radnabe
mit den Speichen einstückig ausgebildet sind und der Querschnitt dieser Teile ein
Vielfaches des Querschnittes der Speichen beträgt. Unter wirksamer Speichenbreite
ist hierbei auch der Abstand der Außenseiten von zwei in Achsrichtung des Rades
am weitesten voneinander entfernt liegenden Speichen zu verstehen. Die Anwendung
einer Federwaage mit
einer solchen Waagenfeder erlaubt eine rasche, dem effektiven
Drehmoment und der Reibungskraft folgende Anzeige auf einem Meßinstrument, das entsprechend
geeicht ist. Der zwischen dem Radkranz und der Radnabe durch die Feder erzeugte
Verdrehwinkel kann in einfacher Weise mit Hilfe eines Hebels in einen Verschiebeweg
verwandelt und durch Anwendung eines elektrischen, z. B. induktiven Meßgerätes vergrößert
dargestellt werden. Für das Messen eines Drehmomentes von 100 cmkp kann ein praktisch
vernachlässigbar kleiner Drehwinkel von z. B. 4 Minuten gewählt werden. Der für
die Beanspruchung der Feder maßgebende Drehwinkel wird also durch die gegenseitige
Drehbewegung von Radkranz und Radnabe praktisch nicht verfälscht. Da bei der Prüfung
von Verdrehfedern Kräfte in unterschiedlichen Richtungen wirken können, kommt es
bei der N'erwendung eines elektrischen Meßgerätes großer Empfindlichkeit darauf
an, daß die Waagenfeder nur auf eine Verdrehbeanspruchung merklich anspricht, gegen
Biegebeanspruchung und Querkräfte jedoch möglichst unempfindlich ist. Diese Erforderrisse
werden von der erfindungsgemäß ausgebildeten Feder in hohem Maße erfüllt. Durch
die besondere Ausbildung der Feder wird vermieden, daß sich ihre einzelnen Teile
unter Beanspruchung an ihren Verbndungsstellen gegenseitig verschieben können, was
ltysterese zur Folge hätte. Da eine Verschiebung der einzelnen Teile unter Beanspruchung
nicht auftritt, t die gegenseitige Drehbewegung zwischen dem Radkranz und der Nabe
ein Maß für das von der zu messenden Prüffeder bei einer bestimmten Verdrehung ausgeübte
Drehmoment. Bei sehr kleinen Verdrehwinkeln wird die Waagenfeder nur elastisch beansprucht,
und es ergibt sich deshalb ein linearer Zusammenhang zwischen dem ausgeübten Drehmoment
und dem Verdrehwinkel.
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Die Waagenfeder soll mindestens drei Speichen aufweisen. Je mehr
Speichen vorhanden sind, desto unempfindlicher ist die Feder gegen Biegebeanspruchungen
und Querkräfte, die in beliebiger Richtung zur Speiche auftreten können. Außerdem
gleichen sich Fertigungsfehler im Querschnitt der einzelnen Speichen dann eher aus,
und es bleibt der Verdrehungsmittelpunkt erhalten. Das Messen von links-und rechtsdrehenden
Momenten ist infolge der symmetrischen Gestalt der erfindungsgemäß ausgebildeten
Waagenfeder in gleicher Weise möglich. Für die Meßanzeige kann dann eine einfache
Umschaltung am Meßgerät ausreichen.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung sind der
Radkranz, die Radnabe und die Speichen einstückig ausgebildet. Bei einer solchen
Feder ist eine gegenseitige Verschiebung ihrer einzelneu Teile unter Beanspruchung
sicher vermieden.
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In Weiterbildung der Erfindung weist die Waagenfeder zwei Einzelfedern
auf, wobei, in Achsrichtung der radförmigen Waagenfeder gesehen, zwischen zwei Speichen
ein Abstand vorhanden ist. Eine solche Waagenfeder wird benützt, wenn kleine Drehmomente
zu messen sind. Bei einer derartig ausgebildeten Feder ist der Widerstand gegen
Verdrehung sehr klein, so daß schon bei geringer Verdrehbeanspruchung eine gegenseitige
Drehbewegung zwischen Rad-Kranz und Radnabe zu erreichen ist. Die Biegesteifigkeit
einer solchen Feder ist jedoch um so größer, je größer der Abstand zwischen den
beiden Speichen gewählt wird.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt Fig. 1 einen Teillängsschnitt nach Linie I-I in Fig. 2, F i g. 2 eine Ansicht
eines Teiles der Vorrichtung in Richtung des Pfeiles bei abgenommenem Dekkel und
mit einem Teilschnitt nach Linie II-II in F i g. 1 in anderem Maßstab, Fig. 3 und
4 je einen Längsschnitt durch eine Waagenfeder mit doppelten Einzelfedern in jeweils
andersartiger Ausbildung und in anderem Maßstab.
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Auf einer Grundplatte 1 ist ein als Schlitten ausgebildetes Aufnahmeorgan
2 in axialer Richtung verschiebbar gelagert. Zur Verschiebung dient ein Hebelgestänge
3, das in einem auf der Grundplatte lageveränderbar angebrachten Lagerbock 4 schwenkbar
gelagert und an dem Aufnahmeorgan 2 angelenkt ist. Ein an der Grundplatte 1 lageveränderbar
angebrachtes Anschlagglied 5 ist zum Begrenzen der Verschiebebewegung des Aufnahmeorgans
2 vorgesehen. Zum Festlegen des Aufnahmeorgans 2 an der Grundplatte 1 in einer beliebigen
Lage dient ein von einem nicht dargestellten Hebel zu betätigendes Klemmorgan 6.
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Im Aufnahmeorgan 2 ist ein Aufnahmedorn 7 zum Aufsetzen der zu prüfenden
Feder drehbar gelagert und über ein Untersetzungsgetriebe von einem Handrad 8 anzutreiben.
Der Aufnahmedorn 7 ist gegen anders ausgebildete Aufnahmedorne, ein Aufnahmegehäuse
od. dgl. leicht auszuwechseln, so daß mit der Vorrichtung unterschiedlich ausgebildete
Federn geprüft werden können.
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Auf der Grundplattel ist ein Waagengehäuse 9 befestigt, das auf seiner
vom Aufnahmedorn7 abgewandten Seite durch eine Deckplatte 10 abgedeckt ist. An einem
Rahmenteil 11 des Gehäuses ist mit Hilfe von Schrauben 12 eine Waagenfeder mit ihrem
Radkranz
13 befestigt. Dieser Kranz steht über Speichen 14 in Verbindung mit einer Radnabe
15. Radkranz, Speichen und Radnabe sind einstückig ausgebildet, wozu in eine entsprechende
Scheibe Ausnehmungen 16 etwa doppel-T-förmigen Querschnitts geschnitten werden.
Zum Herstellen der Ausnehmungen 16 kann ein Fräser dienen. Die Breite der Speichen
14 beträgt, in Achsrichtung gesehen, ein Mehrfaches von deren Dicke in Umfangsrichtung
der Waagenfeder13 bis 15 gesehen. Hierdurch ist die Waagenfeder empfindlich gegen
Drehbeanspruchung, jedoch unempfindlich gegenüber Biegebeanspruchungen und Querkräften.
An der Radnabe 15 ist eine Aufnahmeplatte 17 mit Hilfe von Schrauben 18 auswechselbar
angebracht. Die Ausbildung der Aufnahmeplatte richtet sich genauso wie die Ausbildung
des Aufnahmedorns 7 nach der Art der zu prüfenden Feder, Die Aufnahmeplatte 17 kann
einen Stift zur Aufnahme eines Schenkels der zu prüfenden Feder oder eine Bohrung
zur Aufnahme eines Endes der Feder aufweisen.
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An dem Radkranz 13 ist ein Hebel 18 befestigt, der in einer Hülse
19 unter Zwischenlage von nichtmagnetischen Teilen 20 bis 22 ein Spulensystem 23
trägt, das mit Hilfe eines Kunststoffes in den Teil 21 cingebettet ist, wobei die
Teile 20 bis 22 durch den Kunststoff ebenfalls zusammengehalten werden.
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An der Radnabe 15 ist ein Hebel 24 befestigt, der auf einem Dorn
25 aus nichtmagnetischem Werkstoff einen Kern 26 aus magnetischem Werkstoff trägt.
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Die Spulen-Kern-Anordnung 23 bis 26 als induktiver Geber ist über
eine entsprechende Meßschaltung mit einem nicht dargestellten Meßgerät verbunden,
welches den Grad der axialen Verschiebung zwischen Spule 23 und Kern 26 anzeigt.
Die maximale Verschiebung beträgt etwa 0,1 mm bei einer Länge des Hebels 24 von
100mm, was einem Verdrehwinkel zwischen der Nabe 15 und dem Kranz 13 von etwa 4
Minuten entspricht. An Stelle eines induktiven Gebers kann auch ein kapazitiver
Geber gewählt werden.
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Zum Messen einer nicht dargestellten, ein Drehmoment erzeugenden
Feder wird diese auf den Aufnahmedorn 7 aufgesteckt, so daß sich ihr an einem am
Dorn angebrachten Stift anliegendes Ende gegenüber dem Aufnahmedorn 7 nicht verdrehen
kann.
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Dann wird das Aufnahmeorgan 2 durch Betätigen des Hebelgestänges 3
bei gelöstem Klemmorgan 6 an die Aufnahmeplattel7 angestellt, wobei das Aufnahmeorgan
2 am Anschlagglied 5 anschlägt. Die Aufnahmeplatte 17 ist so ausgebildet, daß sie
das vom Aufnahmeorgan 2 abgewandte Ende der auf dem Aufnahmedorn 7 sitzenden Feder
aufnimmt.
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Mit Hilfe des Handrades 8 wird nun die Feder um einen bestimmten Winkel
verdreht, und an dem nicht dargestellten Anzeigeorgan wird das von der zu prüfenden
Feder auf die Waagenfederl3 bis 15 ausgeübte Drehmoment gemessen, da sich die Radnabe
15 gegenüber dem Radkranz 13 entsprechend dem auf sie ausgeübten Drehmoment verdreht.
Mit Hilfe des Handrades 8 können die beiden Enden der Feder in bestimmten Grenzen
beliebig gegenseitig verdreht werden, wobei in einfacher Weise ein Verdrehwinkel-Momenten-Diagramm
aufzunehmen ist. Da der der Waagenfeder 13 bis 15 benachbarte Anschlag praktisch
nicht ausweicht, kann auf Anschlag geprüft werden. Nach Beendigung des Meßvorganges
wird das Klemmorgan 6 gelöst, und das Aufnahmeorgan 2 kann mit Hilfe des Hebelgestänges
3 in seine Ausgangslage
zurückgefahren werden, wo die gemessene
Feder vom Aufnahmedorn 7 abgenommen und eine entsprechende noch zu messende Feder
aufgesetzt werden kann.
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Zum Messen einer gegen Verdrehbeanspruchung sehr weichen Feder kann
die Waagenfeder 13 bis 15 entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 aus
zwei Einzelfedern 31 und 31' bestehen, wobei eine Feder so ausgebildet ist, daß
sich Speichen 32 und 32' jeweils nur an einer Seite eines Radkranzes 33, 33' und
einer Radnabe 34, 34' befinden. Die beiden Federn 31 und 31' sind so zusammengesetzt.
daß die Speichen 32 und 32' jeweils an den Außenseiten liegen und somit zwischen
den Speichen ein Abstand vorhanden ist. Bei durch Schrauben 35 und/oder durch Kleben
fest miteinander verbundenen Einzelfedern 31, 31' ist die radförmige Waagenfeder
wegen der an den Außenseiten liegenden Speiehen 32, 32' sehr biegesteif. Da jedoch
die Speichen verhältnismäßig dünn und schmal sind, ist die Waagenfeder aber auch
sehr verdrehweich.
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Die Waagenfeder kann auch entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach
F i g. 4 ausgebildet sein.
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Die hier mit 38 bezeichneten Speichen weisen an ihren Enden jeweils
einen Einsatzteil 39 oder 40 auf.
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Der Durchmesser beider Einsatzteile beträgt ein Mehrfaches des Durchmessers
der Speichen 38, z. B. das 15fache. Die Einsatzteile 39 und 40 sind durch Kleben
u. dgl. in einem radkranzartigen Teil 41 und in einem radnabenartigen Teil 42 befestigt.
Die Beiestigung muß so ausgebildet sein, daß sich die Einsatzteile 39 und 40 in
den Teilen 41 und 42 nicht bewegen und sich an den Verbindungsstellen nicht gegenseitig
verschieben können.