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Gerät zum Messen der radialen Federungskräfte von Kolbenringen Die
Erfindung betrifft ein Gerät zum Messen der radialen Federungskräfte von Kolbenringen,
bei dem eine Vielzahl von Druckstäben auf ein Kaliber einstellbar ist, die nach
ihrer Freigabe eine mit den Radialkräften des zu messenden Ringes vergLeich-und
meßbare Gegenkraft auf den Ring ausüben und bei dem Signaleinrichtungen die Beendigung
des Meßvorganges für jeden Druckstab anzeigen.
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Je nach den Bedingungen, die an die Genauigkeit und auch an die schnelle
Durchführbarkeit der Messung gestellt werden, stehen Geräte verschiedener Art zur
Verfügung. Grundsätzlich sind sie unterschieden in Einpunkt- und Vielpunktmeßgeräte.
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Den Arbeitsbedingungen entsprechend, denen hochbeanspruchte Kolbenmaschinen,
insbesondere Brennkraftmaschinen 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 äußerst zuverlässige
Messung der Radialkräfte mit einem Vielpunktmeßgerät bei einer möglichst großen
Anzahl von Ringen, um ihre betriebliche Brauchbarkeit festzustellen.
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Um genaue Resultate bei der Ermittlung der Gegenkräfte zu erhalten,
muß das Maß der Abhebung vom Kaliberring äußerst klein und an allen Meßpunkten gleich
groß sein. Diese Forderung ist jedoch wegen der manuellen Betätigung der Geräte
und wegen der möglichen Berührungen des Kolbenringes mit dem Kaliberring praktisch
kaum erfüllbar.
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Auch ist die Handhabung dieser Geräte wegen der genannten Mängel sehr
zeitraubend.
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Es ist ein Vielpunktmeßgerät bekannt, bei dem der Kaliberring nach
Einstellung der Druckstäbe gegen den zu prüfenden Kolbenring ausgewechselt wird
(»Kraftfahrzeugtechnik«, Jg. 6, H. 11, 5. 405 bis 408). Die den radialen Federungskräften
des Kolbenringes entsprechenden Gegenkräfte an den Druckstäben werden durch Gewichtauflagen
mittels einer Hebelwaage oder pneumatisch gemessen, indem der Ring zur Meßstelle
gedreht oder an jeder Meßstelle einzeln gemessen wird, wobei die Druckstäbe der
übrigen Meßstellen festgespannt bleiben.
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Bei einem ähnlich arbeitenden Vielpunktmeßgerät, das mit auf Rollen
gelagerten Druckstäben arbeitet, ist zur Messung der radialen Federungskraft für
jeden Druckstab eine den Federungsweg anzeigende Längenmeßuhr vorgesehen, die lediglich
das Maß für die Gewichtskorrektur angibt (deutsche Patentschrift 926 515).
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Ferner ist ein Vielpunktmeßgerät bekannt, bei dem der Kolbenring
von mit Rollen versehenen Druckstäben genau auf seinen Nenndurchmesser zusammenge
drückt 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 anderen Signallampe angezeigt wird.
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Obersichtlich 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. Bei diesen bekannten Geräten ist die
Unzuverlässigkeit der Resultate auf die bisher angewandten Meßmethoden, besonders
aber auf die Einstellung der Geräte von Hand zurückgeführt, indem die Kraftwirkung
der Druckstäbe auf die Kaliberscheibe nur gefühlsmäßig ermittelt werden kann.
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Mit Druckluft arbeitende Geräte haben ähnliche und weitere Mängel,
aber auch elektrisch anzeigende Meßgeräte konnten die eigentlichen Ursachen der
Fehlmessungen nicht beseitigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Vielpunktmeßgerät so
auszubilden, daß der Meßvorgang unbeeinflußt von zufälligen Abstützungen des Kolbenringes
am Kaliber oder anderen Fehleinstellungen bleibt und ein freies Spiel der Kräfte
an allen Druckstäben beim Einstellvorgang gewährleistet ist.
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Zugleich soll eine selbsttätige Durchführung des Meßvorganges und
der Anzeige des Meßergebnisses bei großer Meßgenauigkeit erreicht und ein leicht
bedienbares Gerät, das nach seiner Grundeinstellung
ohne besondere
Fachkenntnisse bedienbar ist, geschaffen werden. Die Ausbildung nach der Erfindung
besteht darin, daß Kraftantriebsmittel mit allen Druckstäben verbunden sind und
daß von der Stellung der Druckstäbe abhängige Steuerungseinrichtungen vorgesehen
sind, durch die die Antriebsrichtung jedes Antriebsmittels für sich umsteuerbar
ist. Die Rüclsführung des Kolbenringes in seine zentrale Lage durch das Wechselspiel
der Kräfte wird dabei selbsttätig gesteuert.
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Für eine einfache und sicher wirkende Ausgestaltung des Meßgerätes
ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Anordnung je eines elektrischen
Getriebemotors an jeder Meßstelle sowie die Anordnung von kontaktgebenden Feinschaltern
zur Umsteuerung der Motordrehrichtung und zur Steuerung einer Anzeigevorrichtung
für Sichtzeichen zwecks Kennilichmachung der Beendigung des Einstelivorganges vorgesehen.
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Vorteilhaft für die Erfindung ist ferner ein zur EinsteUung der Druckstäbe
auf den Nenndurchmesser des zu prüfenden Kolbenringes dienender Kaliberring, der
durch den Kolbenring ersetzbar angeordnet ist, und in ihrer Antriebsrichtung umsteuerbare
Kraftantriebe, die in an sich bekannter Weise über Kraftmeßglieder auf die Druckstäbe
wirken.
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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.
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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 Kolbenringes
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.
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Zu jedem Druckstab gehört eine genau geeichte Schraubenfeder 7, die
in einem hohlzylindrischen Ansatz 8 eines Spindelmuttertriebes 9 angeordnet ist,
dessen Spindel 9 von einem in seiner Drehrichtung umkehrbaren Elektromotor 10 angetrieben
wird. Auf dem Ansatz 8 ist mittels eines Klemmhalters 11 eine Längenmeßuhr 12 befestigt.
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Ein Verstellstück 13 ist mittels des Druckstabes 6 und eines darauf
festgeklemmten Halters 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.
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Zur Fixierung der Grundeinstellung des Druckstabes 6 gegenüber dem
Kaliberrmg 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.
Hierzu dient ferner eine im Verstellstück drehbare Stellschraube 16, die beim Arbeiten
des Gerätes als Anschlag für den Feintaster 14 dient.
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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 prü-
fende Kolbenring 17 gelegt. Der Kolbenring
drückt dabei gegen Rollen, mit denen die Enden der Druckstäbe versehen sind.
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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.
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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 Signallampenstromkreise
betätigt.
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Jeder Meßstelle sind drei Signallampen zugeordnet, von denen eine
weiße die Ruhestellung des Motors, also die Nulleinstellung des Druckstabes auf
den Nenndurchmesser, eine grüne den Vorlauf des Motors beim Zurückdrücken der Stäbe
in die Nullstellung und eine rote den Rücklauf des Motors nach Überlaufen der Nullstellung
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.
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Die von den Radialdruckkräften des Kolbenringes belasteten Druckstäbe
6 gehen bis an die Druckfedern 7 zurück, die unter der Wirkung der sich vorverstellenden
Spindelmuttertriebe 9 zusammengedrückt werden, bis die Rückführung der Druckstäbe
in die Ausgangsstellung erreicht ist. Dann berührt wieder die Anschlagschraube 1L6
den Feintaster 14, der die weiße Signallampe einschaltet.
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Da abhängig von der Ausgangsstellung des Spindelmuttertriebes 9 und
der Gegenkraft der Feder 7 nicht alle Druckstäbe zugleich ihre Nullstellungen erreichen,
werden einige von ihnen über diese hinausgedrückt, wobei die Anschlagschraube 16
den Feintaster 14 entgegengesetzt umschaltet. Hierdurch wird ein Steuerstromkreis
für die Rückwärtsdrehung des Motors 10 wirksam, und die entsprechende rote Signallampe
leuchtet auf. Nach Beendigung eines solchen Wechselspiels zwischen den einzelnen
Meßstellen leuchten schließlich alle weißen Lampen, was die genaue Einstellung des
Kolbenringes in seiner Ursprungslage konzentrisch zur Bolzenmitte bedeutet.
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Da dieser von den Motoren bewirkten 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 1L2
ablesbar. Statt der Federn 7 können auch bekannte elektrische, pneumatische, hydraulische
oder hieraus kombinierte Kraftmeßeinrichtungen eingebaut sein.
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Der Taststift der Meßuhr 12 stößt mit Beginn der Zusammendrückung
der Feder 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 Geräts. 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 Feintaster 14 und dem Stellbereich des Spindelmuttertriebes.
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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.
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Eine weitere wesentliche Verminderung störender Einflüsse wird ferner
durch die Führung des Druckstabes 6 auf Rollen in der Führungsbüchse 5, ferner auch
mittels einer Rolle in einem Schlitz des die Druckfeder 7 aufnehmenden Ansatzes
8 erreicht.
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Diese Rolle verhindert ein Verdrehen des Druckstabes.
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Den Ablesungen 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.