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Vorrichtung zur Radialkraftmessung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Radialkraftmessung bei
einem ringförmigen Prüfling gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.
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Bei einer bekannten Vorrichtung zur Sadialkraftmessung eines Radialwellendichtringes
dieser Art (DT-GmS 6 603 136) ist die erste Dornhälfte auf einer biegesteifen Stütze
gelagert, während die zweite Dornhälfte an einer mit der Meßeinrichtung verbundenen
Blattfeder abgestützt ist. Die Blattfeder verläuft parallel mit einem der Spaltweite
zwischen den beiden Dornhälften entsprechenden Abstand zu der Stütze und ist mit
ihrem der zweiten Dornhälfte gegenüberliegenden Ende an einer Frontplatte der Vorrichtung
befestigt. Zum Messen der Radialkraft, die der Wellendichtring während des Betriebes
auf eine Welle ausübt, wird der Wellendichtring in axialer Richtung auf den Dorn
aufgeschoben, der in einem Meßbereich einen dem Wellendurchmesser entsprechenden
Durchmesser hat. Dabei wird der Wellendichtring im Bereich seiner Dichtlippe aufgeweitet,
so daß die Dichtlippe unter radialer Vorspannung am Dorn anliegt.
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Unter dieser Krafteinwirkung ändert sich die Spaltweite des Domes,
indem sich die Blattfeder verbiegt. Da das Maß der Auslenkungder Blattfeder von
deren freier Biegelänge abhängt, geht in das an der Meßeinrichtung angezeigte Meßergebnis
der Dichtkantenabstand hD ein , das ist der Abstand der Dichtkante von der Bodenfläche
des zu messenden Wellendichtringes. Diese Bodenfläche liegt auf einer zugehörigen
Abstützfläche des Dornes auf. Dadurch hängt das Meßergebnis davon ab, an welcher
Stelle die Dichtkante des Wellendichtimges am Meßbereich des Dornes anliegt. Das
an der Meßeinrichtung angezeigte Meßergebnis ist
daher nicht hD-unabhängig.
Um das tatsächliche Meßergebnis zu errechnen, muß das angezeigte Meßergebnis bei
einem Wellendichtring, dessen hD -Maß von einem bestimmten, dem Meßergebnis zugrundegelegten
Wert abweicht, mit Hilfe spezieller Eichkurven umgerechnet werden. Um ein hD-unabhängiges
Ergebnis zu erhalten kann aber auch ein entsprechender Dorn verwendet werden. Dies
erfordert eine Lagerhaltung einer Vielzahl von Dornen.Die Dorne müssen dann zur
Anpassung an die zu messenden Wellendichtringe ausgetauscht werden, wozu ein erheblicher
Arbeits- und Zeitaufwand erforderlich ist und wobei es außerdem leicht zur Verwechslung
mit einem falschen Dorn kommen kann.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
dieser Art so auszubilden, daß das in der Meßeinrichtung abzulesende Meßergebnis
von der Höhe, in der die Kraft am Dorn angreift unta§2 Dichtkantenabstand unabhängig
ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches
gelöst.
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Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung ist das Meßergebnis von der
Anlagestelle - bei Wellendichtringen vom Dichtkantenabstand hD-unabhängig. Daher
können mit einem einzigen Dorn verschiedene Serien von Prüflingen, insbesondere
Wellendichtringen gleichen Nenndurchmessers und unterschiedlicher hD Maße bzw. Prüflinge
mit Toleranzen im Dichtkantenabstand, gemessen werden, ohne daß das von der Meßeinrichtung
angezeigte Meßergebnis mit Hilfe von Eichkurven umgerechnet oder Dorne gegeneinander
ausgetauscht werden müssen. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann daher pro
Zeiteinheit eine wesentlich größere Zahl von Prüflingen, ohne Hilfsmittel,genau
gemessen werden als mit der bekannten Vorrichtung.
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Beispielsweise können Wellendichtringe mit einem hD -Maßunterschied
von 30 mm mit demselben Dorn gemessen werden, wobei die Meßeinrichtung jeweils das
tatsächliche Meßergebnis anzeigt.Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielten
Vorteile sind um so besser, je größer der Abstand zwischen den benachbarten Abstützstellen
ist.
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Der Abstand zwischen den Abstützstellen ist größerNull , vorzugsweise
liegter zwischen 80 und 250 mm.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung,
den Ansprüchen und den Zeichnungen.
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Die Erfindung wird anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter
Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung in Seitenansicht und teilweise im Längsschnitt, Fig. 2 eine zweite Ausführungsform
einer Vorrichtung nach der Erfindung in Seitenansicht, Fig. 3 eine dritte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen VorriChtung in einer Darstellung gemäß Fig. 1, Fig. 4 eine
Draufsicht auf einen Dorn zum Messen von Radialwellendichtringen, Fig. 5 einen Schnitt
längs der Linie V-V in Fig. 4,
Fig. 6 eine Draufsicht auf einen
Dorn zur Messung von außendichtenden Dichtringen und Fig. 7 einen Schnitt längs
der Linie VII-VII in Fig. 6.
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Die Vorrichtung nach Fig. 1 besteht aus einer auf Füßen ruhenden Grundplatte
1 mit rechteckigem Querschnitt, auf der eine vertikale, biegesteife Stütze 2 sowie
ein Gestell 3 befestigt sind, die eine erste und eine zweite Dornhälfte 4 und 5
tragen, auf denen zur Messung seiner radialen Anpreßkraft ein Wellendichtrin<
6 aufgeschoben ist. Die Stütze 2 ist starr mit der Grundplatte 1 bebefestigt und
weist im wesentlichen über ihre ganze Länge konstanten halbkreisförmigen Querschnitt
auf. Die freie Stirnfläche der Stütze 2 ist schulterförmig abgesetzt, so daß ein
radial äußerer, halbringförmiger Randabschnitt 11 gebildet ist. Unterhalb dieser
freien Stirnfläche weist die Stütze 2 einem radial vellaufenden flansch 8 auf, in
dem symmetrisch zur Längsmittelebene der Stütze 2 eine Bohrung 12 vorgesehen ist,
durch diezur Befestigung der ersten Dornhälfte 4 eine Schraube oder ein anderes
Befestigungsteil (nicht dargestellt) gesteckt werden kann.
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Das Gestell 3 besteht im wesentlichen aus einem ersten Längsträger
13 und.einem zweiten Llngsträger 14, die über einen Querträger 15 starr mlteinandrverbunden
sind.
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Die Längsträger bilden mit Abstand voneinander liegende Abstützstellen
der zweiten Dornhälfte 5. Beide Längsträger 13 und 14 sind durch Blattfedern mit
rechteckigem Querschnitt gebildet, deren breitere Längsseiten bei
nicht
in Meßstellung befindlichem Wellendichtring parallel zu der ebenen, geringfügig
breiteren Außenfläche 25 der Stütze 2 liegen. Der erste Längsträger 13 ist mit seinem
unteren Ende 16 unter Zwischenlage eines Distanzstückes 24 anker Stütze 2 und der
zweite Längsträger 14, entsprechend an einem auf der Grundplatte 1 angeordneten
quaderförmigen Blockteil 17 befestigt. Die Dicke des Distanzstückes 24 entspricht
der Weite eines Spaltes 22, den die beiden im Querschnitt teilkreisförmigen Dornhälften
mit ihren ebenen Außenflächen begrenzen. Die Länge des Querträgers 15 entspricht
der lichten Weite zwischen beiden Längsträgern 13 und 14, die mindestens 10 mm,
vorzugsweise jedoch 250 mm, beträgt. Der Querträger 15 ist an einem Endabschnitt
26, der eine der radialen Erstreckung der Stütze im Bereich ihres Flansches 8 entsprechende
Länge hat, teilkreisförmig verbreitert und weist ein L-förmig abgewinkeltes Ende
27 auf. Im Bereich des EndabEhittes 26 hat der Querträger 15 gleichen Umriß wie
die Stütze2tm Bereich ihres Flansches 8. Das abBewinkelte Ende 27 ist gleich ausgebildet
wie das zugehörige Ende 10 der Stütze 2. Die Stirnfläche 36 des Endabschnittes 26
des Querträgers 15 ist über ihre ganze Höhe mit der zugehörigen Außenfläche 37 des
ersten Längsträgers 13 formschlüssig, beispielsweise durch Verschraubung verbunden.
Die obere Sirnfläche 7 des erstenLängsträgers 13 bildet mit den zugehörigen Abschnitten
der Stirnflächen der Stütze 2 und des abgewinkelten Endes 27 des Querträgers 15
einen Boden einer Vertiefung 3t in die der Dorn 4,5 mit einem Steckansatz 32 ragt.
Außerhalb des abgewinkelten Endes 27 ist in dem verbreiterten Endabschnitt 26 des
Querträgers 15 eine Bohrung 34 vorgesehen, in die ein Gewindebolzen 35 zur Befestigung
der
zweiten DDrnhälfte 5 ragt. Der Querträger 15 schließt mit seiner
anderen Stirnfläche 36 an der zugehörigen Außenfläche 37'des zweiten Längsträgers
14 an undist mit diesem verschraubt.
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Die beiden Dornhälften 4 und 5 sind gleich ausgebildet und weisen
jeweils halbkreisförmigen Umriß auf. Die Meßfläche 40 des Dornes 4>5 4, 5 , an
der der Radial-Wellendichtring 6 mit seiner Dichtlippe 41 in Meßstellung anliegt,
liegt etwa in halber Höhe des Meßdornes und wird durch die Außenfläche eines zylindrischen
Abschnittes des Dornes gebildet. Nach oben schließt an die zylindrische Meßfläche
40 ein sich konisch verjüngender erster Abschnitt 42 an, der über einen zweiten
zylindrischen Abschnitt 43 in einen konisch nach oben verjüngt ausgebildeten Endabschnitt
44 übergeht. Nach unten geht die Meßfläche 40 rechtwinklig radial nach innen abgesetzt
in einen unteren Dornteil 45 über, dessen freies Ende den Steckansatz 32 bildet.
Mit Abstand oberhalb der Unterseite des Steckansatzes 32 weist der Dorn einen im
Querschnitt L-förmigen, umlaufenden Ansatz 46 auf, der in seinem radial äußeren
Bereich einen zum Steckansatz 32 koaxialen Ringbund 47 bildet. Mit dem Ringbund
47 liegt der Dorn in montiertem Zustand ganzflächig auf dem Flansch 8 der Stütze
2 und dem verbreiterten Endbereich 26 des Querträgers 15 auf. Dabei ragt, wie bereits
beschrieben, der Steckansatz 32 in die Vertiefung 31, und gleichzeitig ragt der
teilringförmige Randabschnitt 11 der Stütze 2 und der zugehörige, durch das abgewinkelte
Ende 27 gebildete, teilringförmige Randabschnitt 11 des Querträgers 15 in die -vom
Steckansatz und dem Ringbund begrenzte Ausnehmung 9.
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Der Ringbund 47 hat gleiche radiale Erstreckung wie der
Flansch
8., so daß im montierten Zustand beide Teile eine gemeinsame, teilzylindrische Außenfläche
bilden.
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Infolge der verjüngten Ausbildung des Dornes läßt sich der Radialwellendichtring
leicht auf den Dorn aufschieben. Dabei wird der Wellendichtring 6 aufgeweitet, und
seine Dichtlippe 41 liegt unter radialer Vorspannung an der zylindrischen Meßfläche
40 an. Infolge dieser radialen Vorspannung wird der erste Längsträger 13 unter Verringerung
der Weite des Spaltes 22 des Dornes elastisch verbogen. Das parallelogrammförmige
Gestell 3 wird dadurch parallel verschoben, so daß auch der zweite Längsträger 14
elastisch verbogen wird. Die gleichzeitige Auslenkung der beiden Längsträger 13
und 14 ist ein Maß für die radiale Anpreßkraft des Wellendichtringes 6. Das Meßergebnis
kann über eine Meßeinrichtung 49 abgelesen werden, die im Ausführungsbeispiel durch
vier Dehnungsmeßstreifen gebildet ist, die paarweise an dem zweiten Längsträger
14 mit Abstand übereinander angeordnet sind. Die Dehnungsmeßstreifen 50 bis 53 eines
Paares sind jeweils auf den breiten Außenflächen des Längsträgers befestigt und
können so geschaltet sein, daß der obere linke Dehnungsmeßtreifen 5O mit dem unteren
rechten Dehnungsmeßstreifen 53 und der untere rechte Dehnungsmeßstreifen mit dem
oberen rechten Dehnungsmeßstreifen 51 und der Dehnungsmeßstreifen 51 mit dem unteren
linken Dehnungsmeßstreifen 52 verbundenbind. Die Speisespannung dieser Brückenschaltung
wird an den Verbindungsstellen zwischen den Dehnunsmeßstreifen 50 und 53 sowie 51
und 52 angelegt.
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Das Meßergebnis kann auch über induktive, kapazitive, piezoelektrische
oder dgl., Meßeinrichtungen aufgezeichnet werden.
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Zur Messung der radialen Anpreßkraft von Wellendichtringen mit größerem
Nenndurchmesser werden topfförmige Dorne 4a,
5a (Fig. 4 und 5)
verwendet. Dieser Dorn besteht aus zwei gleich ausgebildeten Hälften 4a und 5a und
weist ebenfalls einen Steckansatz 32a und einen dazu koaxialen Ringbund 47 a auf.
Der Steckansatz und der Ringbund ragen nach unten über den Boden 54 der öffnung
55 des Dornes 4a, 5a, der geringere axiale Erstreckung als der Dorn nach Fig. 1
hat. Seine zylindrische Meßfläche 40a schließt nach oben an den verjüngt ausgebildeten
Endabschnitt 44a und nach unten über einenrechtwinkligen Absatz an einen zylindrischen
Zwischenabschnitt 56 an, der größeren Außendurchmesser als der Ringbund 47a und
kleineren Außendurchmesser als die Meßfläche 40a hat.
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Im Bereich zwischen dem Ringbund 47a und dem Zwischenabschnitt 56
ist der Dorn 4a, 5a mit einem Flansch 57 versehen, der in radialer Richtung über
die Meßfläche 40a ragt und auf dem der zu messende Wellendichtring (nicht dargestellt)
aufliegt.
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Zur Messung der radialen Anpreßkraft von außen dichtenden Dichtringen
wird ein in den Fig. 6 und 7 dargestellte Dorn verwendet. Dieser Dorn ist ebenfalls
topfförmig ausgebildet und weist einen Steckansatz 32 b und einen Ringbund 47b auf,
die über die Unterseite des Bodens 54b der Öffnung 55b ragen. Die öffnung 55b dient
zur Aufnahme des Dichtringes während der Messung. Die zylindrische Meßfläche 40b
ist durch einen Teil der Innenwandung der öffnung 55b gebildet und geht nach oben
in einen konisch nach außen erweiterten Endabschnitt 44b und nach unten über eine
radial nach unten verlaufende Schulterfläche 58 in einen zylindrischen Zwischenabschnitt
57 über. Im Bereich unterhalb der radial verlaufenden Schulterfläche 58
geht
die zylindrische Außenfläche 59 des oberen Dornteiles rechtwinklig abgesetzt in
eine im Außendurchmesser größere zylindrische Außenfläche eines unteren Dornteiles
60 des Dornes 4b, 5b über. Während der Messung sitzt der Dichtring 6b mit seiner
Bodenfläche auf dem Boden 54 b der Öffnung 55b auf, wobei seine Dichtlippe 41b mit
der Dichtkante im Abstand hD unter Vorspannung an der Meßfläche 40b anliegt. Infolge
dieser Vorspannung wird der Spalt 22b zwischen den beiden Dornhälften 4b und 5b
durch elastisches Verbiegen des ersten Lähgsträgers 13 bzw. durch frallelverschiebung
des Gestelles 3 vergrößert.
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Bei der Vorrichtung nach Fig. 2 ist jede Dornhälfte 4c und 5c auf
einem Gestell 3c gelagert. Die beiden Gestelle 3c sind gleich ausgebildet und entsprechen
im wesentlichen dem Gestell der Vorrichtung nach Fig. 1. Die ersten und zweiten
Längsträger 13 c und 14c der gestelle 3c sind ebenfalls durch Blattfedern gebildet.
Die ersten Längsträger 13c, die unterhalb der Dornhälften liegen, sind mit ihren
unteren Enden 16c an einem gemeinsamen, mittleren Blockteil 61 befestigt. Die beiden
Querträger 15c der Gestelle 3c haben im Bereich außerhalb ihrer verbreiterten Endabschnitte
26c gleichen rechteckigen Querschnitt. Die beiden Dornhälften 4c und 5c sind ähnlich
ausgebildet wie die Dornhälften 4a und 5a nach den Fig.4 und 5. In den verbreiterten
Endabschnitten 26c ist der Dorn an den Gestellen 3c einwandfrei zentriert und liegt
mit seinem Ringbund 47c großflächig auf den Querträgern 15c auf. Infolge dieser
Ausbildung der Gestelle und des Dornes eignet sich diese Vorrichtung besonders zum
Messen von Radialwellendichtingen mit großem Nenndurchmesser, bei denen entsprechend
große Dorne verwendet werden müssen.
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Ein solcher Dorn sich 5c' ist in Fig. 2 durch strichpunktierte Linien
dargestellt.
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Zum Messen der radialen Anpreßkraft wird ein Radialwellendichtring
über den konischen Endabschnitt 44c auf den Dorn 4c, 5c aufgeschoben, bis er mit
seiner Dichtlippe an der zylindrischen, außen liegenden Meßfläche 40c anliegt. Die
Längsträger 13c und 14c der beiden Gestelle 3c werden innige der Vorspannung des
Wellendichtringes in Wichtung zueinander elastisch gebogen und dadurch die Weite
des Spaltes 22c verringert. Diese Anderung kann entsprechend wie bei der Ausführungsform
nach Fig. 1 mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen registriert werden, die an einem oder
beiden äußeren Längsträgern 14c angebracht sind. An jedem bzw. beiden Längsträgern
sind jeweils zwei Dehnungsmeßstreifen mit Abstand zueinander angeordnet und können
entsprechend den Dehnungsmeßstreifen 50 bis 53 der Meßeinrichtung 49(Fig.l) geschaltet
sein.
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In Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung dargestellt, bei der die erste Dornhälfte 4d auf einer starr an der
Grundplatte 1d befestigten Stütze 2d und die zweite Dornhälfte 5d auf einem Gestell
3d gelagert ist. Die Längsträger 13d und 14d des Gestelles 3d sind jeweils durch
biegesteife Streben gebildet, die über einen entsprechend ausgebildeten Querträger
15 d gelenkig miteinander verbunden sind. Die Dornhälften 4d und 5d sind entsprechend
den zuvoVbeschriebenen Dornhälften ausFebildet. Die Stütze 2d ist an ihrem oberen
Ende 18 im Längsschnitt L-förmig abgewnkelt und bildetitit der Oberseite ihres radial
nach außen ragenden Flansches 8d eine Auflagefläche für den Ringbund 47d der Dornhälfte
4d. Der Querträger 15d ist im wesentlichen gleich ausgebildet wie die Querträger
nach Fig. 2, so daß auch hier eine einwanafreie Zentrierung der Dornhälften 5d gewährleistet
ist.
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Die beiden Längsträger 13d und 14d sind mit ihren unteren Enden 16d
an jeweils einem Blockteil 63 und 64 angelenkt.
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Etwa inhalber Höhe zwischen der ersten Strebe 13d und der Stütze 2d
ist eine Druckfeder 65 vorgesehen, deren Achse 66 horizontal verläuft. Die beiden
Streben 13d und 14d sind gleich ausgebildet, so daß das Gestell 3d eine Art Viergelenk
bildet. Die Meßeinrichtung 49d besteht aus einer Längenmeßuhr 67, die über einen
am Längsträger 13d anliegenden Fühler 68 die Änderung der Weite des Spaltes 22d
zwischen den beiden Dornhälften anzeigt. Die Meßuhr 67 und der Fühler 68 sind in
einer Stütze 69 gelagert, die parallel auf der dem Gestell 3d gegenüberliegenden
Seite der Stütze 2d auf der Grundplatte 1d befestigt ist. Der Fühler 68 ragt durch
eine Öffnung 70 der Stütze 2d und liegt mit seiner Spitze 71 an der der Stütze 2d
gegenüberliegenden Außenfläche 37d des Längsträgers 13d an.
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Liegt der Radialwellendichtring in Meßstellung mit seiner Dichtlippe
an der zylindrischen, außen liegenden Meßfläche 40d des Dornes 4d, 5d an, dann wird
die Dornhälfte 5d infolge der radialen Vorspannung des aufgeweiteten Wellendichtringes
durch Verschieben des viergelenkartigen Gestänges 3d in Richtung auf den anderen
Dornteil 4d gegen die Kraft der Druckfeder 65 verschoben. Der von der radialen Vorspannung
des Wellendichtringes abhängige Schwenkweg des Gestelles 3d wird von dem Fühler
68 am Längsträger 13d abgetastet, so daß die Auslenkkraft an der Meßuhr 67 abgelesen
werden kann.
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Die Verwendung von Dehnungsmeßsteifen zur Anzeige der Spaltweitenänderung
hat den Vorteil, daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch bei veränderlichen
Temperaturen oder in einem Medium gemessen werden kann. Damit die radiale
Anpreßkraft
eines Radialwellendichtringes in einem Medium gemessen werden kann, werden die Vorrichtungen
nach den Fig. 1 und 2 in umgekehrter Lage derart angeordnet, daß ihre Grundplatte
1 einen oberen horizontal verlaufenden Tragarm bildet, der an einer Halterung oder
in einem auf einem Abstelltisch o.dgl. stehenden Träger befetigt sein kann. Bei
einer derartigen Anordnung der Vorrichtung kann der Meßdorn in einen mit einem Medium
gefüllten Behälter eingetaucht und so die radiale Anpreßkraft des Wellendichtringes
gemessen werden. Mit einer elektrischen Meßeinrichtung kann die Messung auch noch
automatisiert werden, z.B. über angesteuerte Gut- /Schlechtweichen, oder es kann
der Durchmesser des Prüflings über eine entsprechende Verstärkung eingegeben werden,
sodaß das Meßergebnis die spezifische Radialkraft in N/m angibt.