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Vorrichtung zur Messung der von einem ringförmigen Prüfling, insbesondere
einem Wellendichtring, ausgeübten Radialkraft Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Messung der von einem ringförmigen Prüfling, insbesondere einem Wellendichtring,
ausgeübten, nach innen gerichteten Radialkraft mit einem unter Spaltbildung längsgeteilten
Dorn zum Aufspannen des Prüflings mit einem vorgegebenen Durch messer, mit die Teile
des Dorns haltenden Biegefedern sowie mit einer Dehnungsmeßstreifen auf den Biegefederms
enthaltenden Meßschaltung für die durch die Radialkraft hervorgerufene Spaltweitenänderung.
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Vorrichtungen dieser Art - allerdings mit einer Meßuhr für Spaltweitenänderungen
- sind bekannt. Würde man bei ihnen die Meßuhr durch Dehnungsmeßstreifen ersetzen,
ergäbe sich die aus Figur 1 ersichtliche Anordnung: Zwei Birgefedern 1 und 2 sind
mit ihren in der Figur unteren Enden starr an der Grundplatte 3 befestigt, während
ihre in der Figur oberen Enden mit den beiden zwischen sich den Spalt 4 einschließenden
Teilen 5 und 6 des allgemein mit 7 bezeichneten Dorns verbunden sind. Der Dorn besitzt
die beiden konischen Bereiche
8 und 9, die das Aufschieben des
Prüflings auf den den vorgegebenen Durchmesser d aufweisenden Prüfbereich 10 erleichtern.
In Abhängigkeit von der Größe der durch die Pfeile P angedeuteten, vom Prifling
auf den Dorn ausgeübten Radialkraft erfolgt eine gewisse Verringerung der Weite
des Spalts 4 durch Biegen der Biegefedern 1 und 2; das Maß dieser Änderung der Spaltweite
wird über die Krümmung der Biegefedern 1 und 2 durch auf diesen vorgesehene Dehnungsmeßstreifen
in einer Brückenschaltung ermittelt.
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Es gibt nun zwei Möglichkeiten für den Aufbau der Brückenschaltung:
Beispielsweise können die vier in einer horizontalen Ebene liegenden Dehnungsmeßstreifen
11 bis 14 zu einer Brücke zusammengeschaltet werden. In diesem Fall besitzt die
Anordnung zwar eine relativ große Empfindlichkeit, jedoch hängt das so gewonnene
elektrische Meßsignal, also das Ausgangssignal der Brückenschaltung, ab von der
Lage des Angriffspunktes der Radialkraft P. Die Lage dieses Punktes, also letztlich
der Abstand des Einleitungsortes der Radialkraft P von den Dehnungsmeßstreifen 11
bis 14, wird aber in so starkem-Maße von der Konstruktion des jeweiligen Prüflings
und auch durch Reibung beeinfluß, daß die Genauigkeit der Messung unzureichend ist.
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Dieser Nachteil läßt sich vermeiden, wenn man die Brückenschaltung
nicht nur aus in einer Höhe liegenden Dehnungsmeßstreifen aufbaut, sondern aus Paaren
11 und 14 sowie 15 und 16 von in zwei verschiedenen Höhen liegenden Meßstreifen.
Diese Meßschaltung besitzt den großen Vorteil der Unabhängigkeit von der Lage des
Angriffspunktes der Radialkraft P, jedoch ist die Empfindlichkeit geringer als im
Falle der zuerst beschriebenen Schaltung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß Ungenauigkeiten bezüglich der Lage der Ebene der
Einleitung der Radialkraft zumindest keinen nachteiligen Einfluß auf die Meßgenauigkeithaben
und dennoch eine hohe Empfindlichkeit vorliegt. Die erfindungsgemäße Lösung dieser
Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Biegefedern den Dorn zwischen sich einschließend
symmetrisch und parallel zu diesem angeordnet und über im wesentlichen senkrecht
zu ihnen und zu den Teilen des Dorns verlaufende steife Verbindungselemente mit
jeweils einem der Teile des Dorns verbunden sind.
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Während also bei der obigen Vorrichtung, wie sie anhand Figur 1 im
einzelnen erläutert wurde, die Biegefedern und die Teile des Dorns in Richtung einer
gemeinsamen Achse aufeinanderfolgen, liegen bei der Erfindung die Biegefedern und
die Teile des Dorns nebeneinander; sie bilden zusammen mit den Verbindungselementen
eine Anordnung, die im Querschnitt etwa die Form eines W besitzt. Im einzelnen kann
die Anordnung konstruktiv so getroffen sein, daß auf einer Grundplatte senkrecht
je Biegefeder ein starrer, im Bereich seines freien Endes in Richtung auf den Dorn
überkragender Träger angeordnet ist, an dessen überkragendem Bereich ein Ende der
in Richtung auf die Grundplatte weisend angeordneten Biegefeder befestigt ist, an
deren anderem Ende eines der Verbindungselemente befestigt ist.
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Ein dem Meßprinzip derartiger Vorrichtungen innewohnendes Problem
besteht darin, daß die Messung zwar beim Auf spannen des Prüflings auf einen Dorn
mit einem vorgegebenen Durchmesser - in Figur 1 mit d bezeichnet - erfolgen soll,
aber
zur Gewinnung eines Meßsignals sich die Weite des dort mit 4 bezeichneten Spalts
verringern muß, also die Messung letztlich auf einer Verringerung des Durchmessers
d beruht. IEn muß also daran interessiert sein, zur zumindest weitgehenden Wahrung
der Prüfbedingungen die Änderung der Spaltweite und damit die Durchbiegung der Biegefedern
möglichst gering zu halten. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird diese Bedingung
dann am besten erfüllt, wenn die Ebene der Einleitung der Radialkraft in den Dorn
zumindest annähernd zusammenfällt mit der Ralbierungsebene der freien Längen der
Biege federn.
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Ein diese Bedingung erfüllendes Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird im folgenden anhand der Figuren 2 und 3 erlautet, von denen Figur 2 eine Seitenansicht
und Figur 3 eine Draufsicht in Höhe der in Figur 2 mit III»III bezeichneten Schnittebene
darstellen. Figur 4 schließlich zeigt die Meßschaltung.
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Betrachtet man zunächst die sich auf die Konstruktion beziehenden
Figuren 2 und 3, so sind auf der Grundplatte 20 zwei sich senkrecht erstreckende
Träger 21 und 22 befestigt, die im Bereich ihrer nach innen überkragenden Enden
23 und 24 jeweils eine der Biegefedern 25 und 26 tragen.
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Ebenso wie die Träger 21 und 22 im Vergleich zu den Biegefedern 25
und 26 steif ausgebildet sind, sind die Biegefedern 25 und 26 mit ihren in der Figur
oberen Enden starr an den überkragenden Bereichen 23 und 24 befestigt, z.B.
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durch Verschrauben.
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An den freien unteren. Enden der Biegefedern 25 und 26 ist jeweils
eines der sich quer erstreckenden Verbindungselemente 27 und 28 befestigt, die die
beiden Teile 29 und 30 des allgemein
mit 31 bezeichneten Dorns
tragen. Zwischen diesen beiden Teilen oder Hälften 29 und 30 erstreckt sich wiederum
ein Spalt 32, dessen Weitenveränderung ein Iaß für die durch die Pfeile P angedeutete
Radialkraft eines auf den den Durchmesser d aufweisenden Bereich 33 des Dorns 31
aufgeschobenen Prüflings ist.
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Mit 34 und 35 bzw. 36 und 37 sind zwei auf den Biegefedern 25 und
26 in verschiedenen Höhen angeordnete Paare von Dehnungsmeßstreifen bezeichnet,
deren Zusammenschaltung-Figur 4 wiedergibt. In dem figürlich dargestellten Ausführungsbeispiel
liegen die Paare 34, 35 und 36, 37 in gleichen Abständen von den ihnen jeweils benachbarten
Enden der sie tragenden Biegefedern 25 und 26; ferner fällt die Mittenebene 38 der
freien Bereiche der Biegefedern 25 und 26 zusammen mit der Ebene der Krafteinleitung
(Pfeile P).
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Wie sich gezeigt hat, liegt dann bei gleicher Größe des elektrischen
Meßsignals, das in Figur 4 mit U bezeichnet ist, die kleinste Verringerung der Spaltweite
vor. Zu ergänzen ist, daß die Speisespannung der Brückenschaltung gemäß Figur 4
mit Us bezeichnet ist.
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Ein Vergleich der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß den Figuren
2 und 3 mit der Ausführung gemäß Figur 1 zeigt folgendes: Geht man von der Voraussetzung
aus, daß beide Vorrichtungen die gleiche Empfindlichkeit besitzen, so müssen die
für die Flächenträgheitsmomente und die Widerstandsmomente des Querschnitts der
Biegefedern maßgeblichen Abmessungen derselben gleich sein. Diese sind in Figur
1 nur bezüglich der Biegefeder 2 eingezeichnet und mit hl bezeichnet; die entsprechende
Dimension ist in Figur 2 nur bezüglich der
Biegefeder 26 eingezeichnet
und dort mit h2 bezeichnet.
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Bei im übrigen gleichen Abmessungen der Biegefedern und gleichen Abstanden
11 und 12 der Dehnungsmeßstreifen voneinander erhält man dann im Falle der erfindungsgemäßen
Konstruktion eine Spaltweitenänderung, die erheblich kleiner ist als die Spaltweitenänderung
in der ersten Konstruktion.
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Geht man dagegen von gleichen Spaltweitenänderungen aus, so liefert
die erfindungsgemäße Vorrichtung eine erheblich größere MeßspannungU, d.h. sie besitzt
eine größere Empfindlichkeit.
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Zusammenfassend kann man also feststellen, daß die erfindungsgemäße
Vorrichtung je nach dem Anwendungsfall so ausgelegt werden kann, daß sie steifer
ist (also die Spaltweitenänderung kleiner ist) oder daß die Empfindlichkeit (also
die MeßspannungU) größer ist als bei der zuerst beschriebenen Vorrichtung.