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Gerät zum Messen der radialen Federungskräfte von
Kolbenringen
Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Messen der radialen Federungskräfte von Kolbenringen.
Je nach den Voraussetzungen, welche bei den kolbenringprüfenden Stellen vorhanden sind und den Bedingungen, die an die Genauigkeit und auch an die schnelle Durchführbarkeit der Messung gestellt werden, stehen Geräte verschiedener Art zur Verfügung.
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sitzen nur eine Messstelle und der Kolbenring muss ihr gegenüber zur Aufnahme eines Radialkraftdiagramms gedreht werden, während die Vielpunktmessgeräte eine über den Ringumfang verteilte Vielzahl von Messstellen haben. Beide Bauarten arbeiten im wesentlichen nach dem gleichen Verfahren.
Der zu prüfende Kolbenring wird in einen seinem Nenndurchmesser entsprechenden Kaliberring eingespannt und von aussen mit Hilfe eines oder mehrerer radial gerichteter Druckstäbe durch eine der Radialkraft des Kolbenringes ent-
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Kaliberring bzw. mit messbarer Einstellung der Messpunkte auf eine dem Nenndurchmesser des Kolbenringes entsprechende Lage gebaut worden. Wegen der manuellen Betätigung der Geräte ist es praktisch kaum möglich, dass bei Wiederholungsmessungen stets die gleichen Resultate erzielt werden, zumal sich beiVielpunktmessgeräten die Messstellen gegenseitig beeinflussen und der Kolbenring dabei nicht immer die gleiche Lage einnimmt.
Ferner ist ein Vielpunktmessgerät bekannt, bei dem der Kolbenring von mit Rollen versehenen Druckstäben genau auf seinen Nenndurchmesser zusammengedrückt wird. Der Kolbenring liegt dabei in einem Einspannring, dessen Durchmesser etwas grösser als der Nenndurchmesser ist. Eine unterhalb des Kolbenringes angeordnete Kaliberscheibe dient als Endmass oder Anschlag für die Druckstäbe, die mit ihren Rollen zugleich am Kolbenring angreifen. Bei Berührung der Rollen mit der Kaliberscheibe leuchtet jeweils eine Signallampe auf, während eine Berührung des Kolbenringes mit dem äusseren Einspannring von einer andern Signallampe angezeigt wird.
Aber auch bei diesem Gerät ist eine genaue Feststellung der radialen Druckkräfte nicht möglich, da die Kraftwirkung der Druckstäbe auf die Kaliberscheibe nur gefühlsmässig ermittelt werden kann, abgesehen davon, dass die rollende Reibung zwischen Kolbenring und Druckstäben durch die Anlage der Rollen an der Kaliberscheibe aufgehoben ist.
Der Gegendruck der Druckstäbe, mit dem sie der Federungskraft des Ringes entgegenwirken, wird durch Kraftspeicher, beispielsweise Federn, Gewichte oder hydraulische Einrichtungen, erzeugt. Nach Null-Einstellung der Druckstäbe, beispielsweise am Kaliber, erfolgt ihre Arretierung und zugleich werden an sich bekannte Längenmessuhren, die an den Enden der Druckstäbe mit einem Fühlstift anliegen, auf Null eingestellt. Die Arretierung wird sodann an einem Druckstab aufgehoben und das Kräftespiel zwischen Federring und Kraftspeicher unter Nachstellung des Kraftspeichers so lange fortgesetzt, bis die Null-Stellung des Druckstabes bzw. des zu prüfenden Ringes wieder erreicht ist. Dieses Verfahren wird
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nacheinander bei allen Druckstäben einzeln fortgesetzt.
Das Mass der Nachstellung entspricht der gemessenen Federkraft und kann an der Messuhr bzw. an dem entsprechend geeichten Kraftspeicher abgelesen werden.
Dieses Messverfahren ist beiVielstellen-Messgeräten äusserst zeitraubend und umständlich, aber auch ungenau, da die Hantierungen zur Erzielung genauer Resultate individuell abhängig sind. Da stets nur an einer Stelle gemessen wird, entspricht die Federkraftmessung infolge der festen Anlage der übrigen Messpunkte nicht dem tatsächlichen Verhältnis eines allseitig federnden Kolbenringes.
Übersichtlich sind alle bekannten Geräte mit ihren wesentlichen Einzelheiten und Mängeln in dem Buch von Dr. Ing. Carl Englisch"Kolbenringe", Band II, Teil 1, Springer-Verlag, Wien/1958, beschrieben.
Den Arbeitsbedingungen entsprechend, denen hochbeanspruchte Kolbenbrennkraftmaschinen insbesondere hinsichtlich der Dichtheit des Verbrennungsraumes unterliegen, werden auch erhöhte Anforderungen an die geometrisch genaue Form des Kolbenringes und an seinen Anpressdruck auf die Zylinderwand gestellt.
Das erfordert-von den Genauigkeitsprüfungen bei der Herstellung abgesehen-eine zuverlässigere Messung der Radialdruckkräfte bei einer möglichst grossen Anzahl von Ringen, um ihre betriebliche Brauchbarkeit festzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Messen mit Vielpunkt-Messgeräten so durchzuführen, dass der Messvorgang unbeeinflusst von zufälligen Abstützungen des Kolbenringes bleibt und zugleich ein freies Spiel der Kräfte beim Einstellvorgang gewährleistet ist.
Die Erfindung erstrebt eine Vereinfachung des gesamten Messvorganges und dazu die Schaffung eines Gerätes derart, dass das Gerät nach seiner Grundeinstellung ohne besondere Fachkenntnisse bedienbar ist und trotzdem eine grosse Messgenauigkeit erzielt.
Bei einem Gerät zum Messen der radialen Federungskräfte von Kolbenringen, in das der zu messende Kolbenring nach Einstellung an einem Kaliber zwischen verteilt an dem Umfang des zu messenden Kolbenringes angebrachtenDruckstäben eingespannt wird, in welcher Lage die Druckstäbe die Ausgangsund Endpunkte für die Messung bestimmen und sodann die zum Festhalten des zu prüfenden Ringes in dieser Lage erforderlichen radialen Kräfte gemessen werden, sind erfindungsgemäss zur Erzielung eines gleichzeitigen Rückführungsbeginnes aller Druckstäbe nach ihrer Lageveränderung durch die radialen Kräfte des zu messenden Kolbenringes in ihrer Antriebsrichtung umsteuerbare Triebwerke, beispielsweise Motoren, vorgesehen, die mit Hilfe von Spindeltrieben od. dgl.
über beispielsweise als Druckfeder ausgebildete Kraftspeicher auf die Druckstäbe und über einstellbare Anschläge auf entsprechend der NullLage eingestellte Umschalter, z. B. kontaktgebende Feintaster, einwirken und zur Anzeige der Endlage in bekannter Weise eine Signalanlage sowie ein Anzeigegerät für die Federkraftmessung, z. B. eine die Zusammendrückung der Feder messende Längenmessuhr. vorgesehen sind.
Bei dieser Ausbildung des Gerätes erfolgt die Rückführung des Kolbenringes durch das Wechselspiel der selbsttätig steuernden Kräfte in eine genaue Lage, was für die richtige Erfassung d er radialen Federungskräfte wesentlich ist und wodurch jede individuelle Betätigung ausgeschlossen ist.
Für die einwandfreie Funktion des Gerätes ist es ferner von besonderem Vorteil, wenn erfindungsgemäss alle an der Steuerung des Federungsspieles teilnehmenden Teile, insbesondere die Druckmessstäbe, völlig reibungsarm, insbesondere auf Rollen gelagert und mittels Rollen sowohl am zu messenden Ring als auch gegenüber dem Kraftspeicher geführt sind.
Die Zeichnung veranschaulicht als Ausführungsbeispiel eine einzelne Messstelle eines nach der Erfindung ausgebildeten Prüfgerätes, dessen Wirkungsweise im folgenden mit weiteren Einzelheiten der Erfindung beschrieben ist.
Das Prüfgerät hat, wie allgemein üblich, achtzehn Messstellen, die auf einer Grundplatte 1 befestigt sind. Ein zentral in ihr angeordneter, mit Handgriff versehener Bolzen 2 dient zur Aufnahme eines strichpunktiert dargestellten Kaliberringes 3. Der Bolzen lässt sich bis zu einem Anschlag hochziehen. In einem konzentrisch dazu auf der Grundplatte befestigten Haltering 4 sind Führungsbüchsen 5 für die Druckstäbe 6 festgeklemmt, die auf Rollen 51 reibungsarm geführt sind.
Zu jedem Druckstab gehört eine genau geeichte Schraubenfeder 7, die in einem hohlzylindri- schen Ansatz 8 eines Spindelmuttertriebes 9 angeordnet ist, dessen Spindel von einem in seiner Drehrichtung umkehrbaren Elektromotor 10 angetrieben wird. Auf dem Ansatz 8 ist mittels eines Klemmhalters 11 eine Längenmessuhr 12 befestigt. In dem hohlzylindrischen Ansatz 8 sind die Druckstäbe 6 ebenfalls reibungsfrei und zugleich gegen Verdrehung in einen Schlitz mittels Rollen 81 geführt.
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EinVerstellstück 13 ist mittels des Druckstabes 6 und eines darauf festgeklemmtenHalters 113 zwischen dem Taststift der Längenmessuhr und dem Tastbolzen eines kontaktgebenden Feintasters 14 beweglich angeordnet.
Dieser Feintaster wird von einem Halter 114 getragen und ist in ihm gegenüber der Büchse 5 längsverstellbar.
Zur Fixierung der Grundeinstellung des Druckstabes 6 gegenüber dem Kaliberring 3 oder auch zur relativen Einstellung des Feintasters 14 und des Verstellstückes 13 ist in der Führungsbüchse 5 eine Klemmschraube 15 vorgesehen, die den Druckstab festhält, damit die Ausschaltstellung des Feintasters genau festgelegt werden kann.
Hiezu dient ferner eine im Verstellstück drehbare Stellschraube 16, die beim Arbeiten des Gerätes als Anschlag für den Feintaster 14 dient.
Nach Entfernen des Kaliberringes 3, an dem die Einstellung der Druckstäbe 6 vor Beginn der Messung erfolgte, wird auf eine dafür als Stütze vorgesehene, mit dem Bolzen 2 verbundene Platte 18 der zu prüfende Kolbenring 17 gelegt. Der Kolbenring 17 ist mit Rollen 61 in Kontakt, die an den Enden der Druckstäbe 6 drehbar gelagert sind.
Da die Kolbenringe insbesondere bei kleinerem Durchmesser flacher als der Kaliberring sind, können sie durch Anheben der Platte 18 mittels des Bolzens 2 in eine genaue Lage zu den Rollen der Druckstäbe gebracht werden.
Nach Lösen der Klemmschrauben 15 werden die Druckstäbe unter der Wirkung der Federkraft des Ringes allseitig nach aussen gedrückt.
Dabei gibt die als Anschlag dienende Stellschraube 16 den in Ausschaltstellung befindlichen Feintaster 14 frei. Alle Feintaster schalten nunmehr die zugehörigen Motoren 10 ein, was zweckmässig mit Hilfe einer Relaissteuerung erfolgt, die zugleich die Signallampen-Stromkreise betätigt.
Jeder Messstelle sind drei Signallampen zugeordnet, von denen eine weisse die Ruhestellung des Motors, also die Null-Einstellung des Druckstabes auf den Nenndurchmesser, eine grüne den Vorlauf des Motors beim Zurückdrücken der Stäbe in die Null-Stellung und eine rote den Rücklauf des Motors nach Überlaufen der Null-Stellung anzeigen. Die elektrische Signaleinrichtung ist nicht dargestellt. Sie ist lediglich durch die erforderlichen Zuleitungen zu den Motoren 10 und den Feintastern 14 mit dem mechanischen Prüfgerät verbunden. Statt der kontaktgebenden Feintaster 14 können auch induktiv wirkende Feintaster für die Motorsteuerung verwendet werden.
Die von den Radialdruckkräften des Kolbenringes belasteten Druckstäbe 6 gehen bis an die Druckfedern 7 zurück, die unter Wirkung der sich vorverstellenden Spindelmuttertriebe 9 zusammengedrückt werden, bis die Rückführung der Druckstäbe in die Ausgangsstellung erreicht ist. Dann berührt wieder die Anschlagschraube 16 den Feintaster 14, der die weisse Signallampe einschaltet.
Da abhängig von der Ausgangsstellung des Spindelmuttertriebes 9 und der Gegenkraft der Feder 7 nicht alle Druckstäbe sogleich ihre Null-Stellungen erreichen, werden einige von ihnen über diese hinaus gedrückt, wobei die Anschlagschraube 16 den Feintaster 14 entgegengesetzt umschaltet. Hiedurch wird ein Steuerstromkreis für die Rückwärtsdrehung des Motors 10 wirksam und die entsprechende rote Signallampe leuchtet auf. Nach Beendigung eines solchen Wechselspieles zwischen den einzelnen Messstellen leuchten schliesslich alle weissen Lampen, was die genaue Einstellung des Kolbenringes in seine Ursprungslage konzentrisch zur Bolzenmitte bedeutet.
Da dieser von den Motorenbewirkten Endeinstellung des Gerätes eine bestimmte Zusammendrückung der Druckfedern 7 entspricht, so ist diese als Länge und entsprechend der Federeichung auch als Druckkraft an den Längenmessuhren 12 ablesbar. Statt der Federn 7 können auch bekannte elektrische, pneumatische, hydraulische oder hieraus kombinierte Kraftmesseinrichtungen eingebaut sein.
Der Taststift der Messuhr 12 stösst mit Beginn der Zusammendrückung an eine Anschlagschraube 19, die ebenfalls im Verstellstück 13 angeordnet ist. Ihre Einstellung in bezug auf die Längenmessuhr 12 und die Anlage des Druckstabes an der Feder erfolgt einmalig vor Inbetriebnahme des Gerätes. Sie ist für den gesamten, vom Gerät beherrschten Durchmesserbereich unveränderlich. Der vom Gerät beherrschte Durchmesserbereich ergibt sich aus der Verstellbarkeit der Anschläge 16 und 19, des Feintasters 14 und dem Stellbereich des Spindelmuttertriebes.
Die Anschlagschraube 19 kann als Magnetkupplung für den Taststift der Längenmessuhr 12 ausgebildet sein. Dadurch wird erreicht, dass nach Entfernen der Rückholfeder aus der Längenmessuhr diese ohne Messdruck arbeiten kann und somit der sonst zusätzlich auf den Druckstab 6 wirkende Messdruck beseitigt wird.
Eine weitere wesentliche Verminderung störender Messeinflüsse wird ferner durch die Führung des
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Druckstabes 6 auf Rollen 51 in der Führungsbüchse 5, und auch mittels Rolle 81 in einem Schlitz des die Druckfeder 7 aufnehmenden Ansatzes 8 erreicht. Diese Rolle 81 verhindert ein Verdrehen des Druckstabes.
DenAblesungen an den Messuhren entsprechend, kann das Radialkraftdiagramm aufgenommen werden. Für die Einstellung des Gerätes und seine Bedienung sind keine fachlichen Kenntnisse erforderlich, da der Messvorgang selbsttätig erfolgt, dessen Ablauf in sehr kurzer Zeit einwandfrei beendet ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Gerät zum Messen der radialen Federungskräfte von Kolbenringen, in das der zu messende Kolbenring nach Einstellung an einem Kaliber zwischen verteilt an dem Umfang des zu messenden Kolbenringes angebrachten Druckstäben eingespannt wird, in welcher Lage die Druckstäbe die Ausgangs- und Endpunkte für die Messung bestimmen und sodann die zum Festhalten des zu prüfenden Ringes in dieser
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zielung eines gleichzeitigen Rückführungsbeginnes aller Druckstäbe (6) nach ihrer Lagenveränderung durch die radialen Kräfte des zu messenden Kolbenringes in ihrer Antriebsrichtung umsteuerbare Triebwerke, beispielsweise Motoren (10) vorgesehen sind, die mit Hilfe von Spindeltrieben (9) od. dgl. über beispielsweise als Druckfedern (7) ausgebildete Kraftspeicher auf die Druckstäbe und über einstellbare Anschläge (16 bzw.
19) auf entsprechend der Null-Lage eingestellte Umschalter, z. B. kontaktgebende Feintaster (14), einwirken, und dass zur Anzeige der Endlage in an sich bekannter Weise eine Signalanlage sowie ein Anzeigegerät für die Federkraftmessung, z. B. eine die Zusammendrückung der Feder messende Längenmessuhr vorgesehen sind.