Federprüfgerät
IDie Erfindung betrifft ein rFederprüfgerät zur Bestimmung der Federkennwerte von Zug- und Druckfedern und bezweckt, eine raschere, einfachere und genauere Feststellung der Federkenuwerte zu ermög- lichen, als dies bei bisher üblichen Geräten der Fall ist. Letztere bestehen in der Regel im wesentlichen aus einer Kraftmessvorrichtung, die in Form einer Gewichts-oder Federwaage gebaut ist, sowie aus einer Längenmessvorrichtung, die entweder mit mechanischen oder elektrischen Mitteln die Gesamtlänge und die Einfederung des Federprüflings zu messen erlaubt. Geräte dieser Art haben aber den Nach- teil, dass die Kraftmessung geringe Wegänderungen der Messunterlage bedingt oder verursacht.
Dies erschwert die Längenmessung der Einfederung, indem die Kraft- und die Längenmessung nicht gleichzeitig durchgeführt werden können, sondern in Annähen rungsschritten folgt eine Messung der anderen. Da durch wird eine rasche und genaue Feststellung der Federkenndaten verunmöglicht.
Die Erfindung ermöglicht, sdie geschilderten Nachteile weitgehend zu beseitigen; sie erlaubt insbesondere die Kraft- und die Längenmessung gleichzeitig auszuführen, und zwar ohne Beeinträchtigung der Messgenauigkeit.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Kraftmessung eine piezoelektrische Messzelle dient, deren Elastizitätseigenschaften etwa denjenigen metallischer Werkstoffe entsprechen, und dass zur gleichzeitig mit der Kraftmessung erfolgenden Längenmessung Mittel dienen, welche den Weg des zur Kraftausübung auf Idie Feder wirkenden Stempels anzeigen.
Ein erfindungsgemässes Gerät ermöglicht dank der zur Kraftmessung benützten piezoelektrischen Messzelle eine völlig deformationsfreie Messung der auf die Feder ausgeübten Messgkräfte. Die Länge messung kann deshalb ohne jegliche Beeinträchtigung der Messgenauigkeit gleichzeitig mit Ider Kraftmessung durchgeführt und zu jeder Messkraft die ihr zugeordnete Länge bzw. Längenänderung der Feder rasch und einfach bestimmt werden.
Zweckmässig besitzt die Messzelle eine Kristalleinheit aus Quarz, deren Elastizitätseigenschaften etwa denjenigen metallischer Werkstoffe entsprechen. Das elektrische Messignal der piezoelektrischen Messzelle kann ferner vorteilhaft - gegebenenfalls nach geeigneter Verstärkung - auf ein Zeigerinstrument und/ oder auf eine registrierende Vorrichtun, g geleitet werden. Weiter können Mittel zur Umwandlung des Stempelweges in ein elektrisches Signal vorhanden sein, wobei letzteres zur gleichzeitigen Registrierung auf eine gemeinsame Registriervorrichtung für das Kraftsignal und für das Wegsignal geleitet wird.
Hierbei empfiehlt sich besonders eine Ausführungsform, bei welcher die Registriervorrichtung Mittel zur Aufzeichnung, der Kraft- und Wegsiguale in einem Koordinatensystem aufweist. In einer weiteren vorteilihaf- ten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes können schiliesslich Mittel zur Verstellung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers für das Kraftsignal vorhan, den sein zwecks Anpassung des maximalen Aussehlages des Zeigerinstrumentes bzw. der Regi striervorrichtung an die auf die Feder auszuübende maximale Messkraft.
Der Erfindungsgegenstand und weiter mit ihm zusammenhängende Einzelheiten sind nachstehend anhand Ides in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Federprüfgerät in vereinfachter Ansicht mit Handbetätigung des Kraftstempels und
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Anordnung und Schaltung der im Gerät nach Fig. 1 verwendeten Messelemente.
Das Prüfgerät nach Fig. 1 besitzt eine auf dem Fuss 11 des Gehäuses 12 fest angebrachte piezoelektrische Kraftmesszelle 13 und weiter den vertikal verschiebbaren Kraftstempel 14 der mit einem einstellt baren IMasstab 15 und einem festen Masstab 16 ausgerüstet ist; zur genauen Ablesung der Masstäbe dient die Vergrösserungsscheibe 17.
Der Kraftstempel 14 ist schlittenartig im Gehäuse 12 gelagert und kann mit Hilfe des Handrades 18 auf und abwärts bewegt werden. Hierzu dient Ider aus Fig. 2 ersichtliche Antrieb aus Ritzel 19 und Zahnstange 20. Der tFederpr ; üfling 21 wird zwischen ;Messzelle 13 und Stempel 14 eingelegt und letzterer wird hierauf bis zur Berührung mit dem oberen Feder ende nach unten gefahren. Auf dem festen Masstab 16 kann nun die ungespannte Länge der Feder abgelesen werden; diese entspricht zudem Abstand zwischen Messzelle 13 und Stempel 14.
Der einstellbare Mass- stab 15 wird nun in Nullstellung gebracht, sodass bei Verschiebung des Stempels direkt der Stempelweg bzw. die Längenänderung der Feder abgelesen werden kann.
Die auf die Kraftmesszelle 13 einwirkende Federkraft wird vom Zeigerinstrument 22 angezeigt.Gege- benenfalls ist zwischen Zelle 13 und Instrument 22 ein Verstärker geschaltet; dessen Verstärkungsfaktor kann dann zwecks Anpassung Ides maximalen Ausschlages des Zeigerinstrumentes an die auf die Feder auszuübende maximale Messkraft mit Hilfe des Einstellknopfes 23 verstellt werden, was erlaubt, einen möglichst grossen Messbereich bestreichen zu können. Die Skala des Instrumentes 22 ist zweckmässig direkt in Krafteinheiten eingeteilt. Der Schalter 24 dient zum Einschalten der Stromversorgung für den elektrischen Teil des Gerätes, während der Einstellknopf 25 eine allfällig nötige Nullkorrektur des Zeigerinstrumentes erlaubt.
Der Anschlusskasten 26 dient zum Anschliessen eines nicht gezeichneten elektronischen Registriergerätes, das laufend und gleich- zeitig die erhaltenen XKraft-und Wegsignale aufzeichnet zweckmässig direkt als Kennlinie innerhalb eines Koordinatensystems.
Wie Fig. 2 zeigt, ist die Messzelle 13 über den Leiter 27 mit dem elektronischen Verstärker 28 ver bunden, der im Gehäuse 12 untergebracht ist. Das verstärkte Messsignal wird über den Leiter 39 in das Zeigerinstrument 22 und/oder über den Leiter 29 zu einem der Pole des Anschlusskastens 26 für ein Registriergerät geleitet. Der Weg des Kraftstempels 14 wird auf das Band 30 übertragen. [Das elektrisch nicht leitende Band 30 ist am Widerstands-Messdraht 31 befestigt. Eine Feder 32 sorgt dafür, dass der Messdraht 31 jede Bewegung des Stempels 14 mitmacht, allerdings in entgegengestzter Richtung.
Die beiden Enden des Messdrahtes 31 sind nun an die Spannungsquelle 3,3 angeschlossen, und zwar einerseits über den flexiblen Leiter 34 und andererseits über den Leiter 35 und die elektrisch leitende Feder 32. Bei konstanter Spannung zwischen den Klemmen der Spannungsquelle 33 ist es möglich, mit Hilfe des elektrischen Kontaktes 36 eine dem Weg des Stempels 14 proportionale Messpannung abzunehmen, die über den Leiter 37 in den Anschlusskasten 26 für das Registriergerät geleitet wird. Das untere feste Ende der Feder 32 liegt elektrisch an Masse und ist über den Leiter 38 ebenfalls mit Idem Anschlusskasten 26 verbunden.
Die piezoelektrische Messzelle 13 enthält als Kri stalleinheit ein oder mehrere Quarzplättchen, welche den metallischen Werkstoffen entsprechende Elastizitätseigenschaften aufweisen. Es wäre aber auch möglich, andere piezoelektrische Kristalle zu benützen, deren Elastizitätseigenschaften grössenordnungs- gemäss mit denjenigen metallischer Werkstoffe über einstimmen, zum Beispiel Barjumtitanat. Die Messzelle 13 misst so entsprechend dem piezoelektrischen Messprinzip völlig deformationsfrei die auf die Feder ausgeübte Kraft.
Dank dieser Erscheinug kann zur Bestimmung des Federwege lediglich der Weg des Kraftstempels 14 gegenüber dem Gehäuse 12 gemess sen werden, was auf sehr genaue und einfache Weise ausgeführt werden kann. Anstelle der gezeigten elektrischen Wegmessung kann selbstverständlich auch eine mechanische Wegmessung treten, sofern letztere nicht überhaupt durch einfache Masstabablesung erfolgt. die Betätigung des Kraftstempels kann von Hand oder auch mit hydraulischen oder pneumatischen Mitteln erfolgen. Die Messgrössen können von Auge abgelesen werden oder aber mit selbsttätig druckenden oder zeichnenden Registriergeräten festgehalten werden.
Die IKraftmesszelle kann sowohl auf Druck wie auch auf Zug beansprucht werden; es ist deshalb möglich, sowohl Druckfedern wie Zugfedern auszumessen.
Spring tester
The invention relates to a spring tester for determining the spring characteristics of tension and compression springs and aims to enable faster, simpler and more accurate determination of the spring kernel values than is the case with previously common devices. The latter generally consist essentially of a force measuring device that is built in the form of a weight or spring balance, as well as of a length measuring device that allows the total length and the deflection of the spring test specimen to be measured using either mechanical or electrical means. Devices of this type have the disadvantage, however, that the force measurement causes or causes slight changes in the path of the measurement base.
This makes it difficult to measure the length of the deflection, as the force and length measurements cannot be carried out at the same time, but rather one measurement follows the other in approximate steps. As a quick and accurate determination of the spring characteristics is made impossible.
The invention enables the disadvantages described to be largely eliminated; In particular, it allows the force and the length measurement to be carried out simultaneously without impairing the measurement accuracy.
The invention is characterized in that a piezoelectric measuring cell is used to measure the force, the elasticity properties of which correspond approximately to those of metallic materials, and that means are used to measure the length simultaneously with the force measurement and indicate the path of the stamp acting on the spring to exert force.
Thanks to the piezoelectric measuring cell used to measure the force, a device according to the invention enables a completely deformation-free measurement of the measuring forces exerted on the spring. The length measurement can therefore be carried out simultaneously with the force measurement without any impairment of the measurement accuracy and the length or change in length of the spring assigned to it can be determined quickly and easily for each measurement force.
The measuring cell expediently has a crystal unit made of quartz, the elasticity of which corresponds approximately to those of metallic materials. The electrical measurement signal of the piezoelectric measurement cell can also advantageously - if necessary after suitable amplification - be passed to a pointer instrument and / or to a recording device. Means for converting the stamp path into an electrical signal can also be provided, the latter being sent to a common registration device for the force signal and for the path signal for simultaneous registration.
An embodiment is particularly recommended in which the recording device has means for recording the force and displacement signals in a coordinate system. In a further advantageous embodiment of the subject matter of the invention, means for adjusting the amplification factor of the amplifier for the force signal can be provided, which can be used to adapt the maximum reading of the pointer instrument or the recording device to the maximum measuring force to be exerted on the spring.
The subject matter of the invention and further details related to it are explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment shown in the drawing. Show it:
1 shows a spring testing device in a simplified view with manual actuation of the power stamp and
FIG. 2 shows a schematic representation of the arrangement and circuit of the measuring elements used in the device according to FIG. 1.
The testing device according to Figure 1 has a fixedly attached piezoelectric load cell 13 on the foot 11 of the housing 12 and further the vertically displaceable force stamp 14 which is equipped with an adjustable I-scale 15 and a fixed scale 16; The magnifying disc 17 is used for precise reading of the scales.
The power stamp 14 is mounted like a slide in the housing 12 and can be moved up and down with the aid of the handwheel 18. The drive consisting of pinion 19 and rack 20, which can be seen in FIG. 2, is used for this purpose. üfling 21 is inserted between; measuring cell 13 and stamp 14 and the latter is then moved down until it touches the upper end of the spring. The unstressed length of the spring can now be read on the fixed scale 16; this also corresponds to the distance between measuring cell 13 and stamp 14.
The adjustable scale 15 is now brought to the zero position so that when the ram is moved, the ram path or the change in length of the spring can be read directly.
The spring force acting on the load cell 13 is indicated by the pointer instrument 22. If necessary, an amplifier is connected between cell 13 and instrument 22; its gain factor can then be adjusted with the aid of the setting knob 23 for the purpose of adapting the maximum deflection of the pointer instrument to the maximum measuring force to be exerted on the spring, which allows the largest possible measuring range to be covered. The scale of the instrument 22 is expediently divided directly into units of force. The switch 24 is used to switch on the power supply for the electrical part of the device, while the setting knob 25 allows any necessary zero correction of the pointer instrument.
The connection box 26 is used to connect an electronic recording device, not shown, which continuously and simultaneously records the X-force and displacement signals received, expediently directly as a characteristic line within a coordinate system.
As FIG. 2 shows, the measuring cell 13 is connected via the conductor 27 to the electronic amplifier 28 which is housed in the housing 12. The amplified measurement signal is passed via the conductor 39 into the pointer instrument 22 and / or via the conductor 29 to one of the poles of the connection box 26 for a recording device. The path of the power stamp 14 is transferred to the belt 30. [The electrically non-conductive tape 30 is attached to the resistance measuring wire 31. A spring 32 ensures that the measuring wire 31 follows every movement of the punch 14, but in the opposite direction.
The two ends of the measuring wire 31 are now connected to the voltage source 3, 3, on the one hand via the flexible conductor 34 and on the other hand via the conductor 35 and the electrically conductive spring 32. With a constant voltage between the terminals of the voltage source 33, it is possible with the help of the electrical contact 36 to pick up a measuring voltage proportional to the path of the stamp 14, which is conducted via the conductor 37 into the connection box 26 for the recording device. The lower fixed end of the spring 32 is electrically connected to ground and is also connected to the connection box 26 via the conductor 38.
The piezoelectric measuring cell 13 contains one or more quartz platelets as a crystal unit, which have elastic properties corresponding to the metallic materials. However, it would also be possible to use other piezoelectric crystals whose elasticity properties correspond in order of magnitude to those of metallic materials, for example barium titanate. The measuring cell 13 thus measures the force exerted on the spring in accordance with the piezoelectric measuring principle without any deformation.
Thanks to this appearance, only the path of the force stamp 14 relative to the housing 12 can be measured to determine the spring travel, which can be carried out in a very precise and simple manner. Instead of the electrical displacement measurement shown, a mechanical displacement measurement can of course also be used, provided the latter is not done by simply reading a scale. the actuation of the power stamp can be done manually or with hydraulic or pneumatic means. The measured variables can be read off by eye or recorded with automatic printing or drawing recording devices.
The Iforce measuring cell can be subjected to both compression and tension; it is therefore possible to measure both compression springs and tension springs.