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Schleuderprüfstand Die Erfindung betrifft einen Schleuderprüfstand,
bestehend aus einem Gestell und einem von dem Gestell getragenen Behälter für den
Prüfling. Es sind Schleuderprüfstände bekannt, die nach Art einer Zentrifuge arbeiten
und bei denen entweder der Prüfling um seine eigene vertikale Längsachse gedreht
wird oder an dem Ende eines Armes befestigt ist, der um eine vertikale Achse rotiert.
In beiden Fällen wirken also auf den Prüfling reine Zentrifugalkräfte ein.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Schleuderprüfstand
zu schaffen, bei dem der Prüfling nicht um seine eigene vertikale Längsachse gedreht
wird bzw. über einen den Prüfling in einer ortsfesten Lage haltenden Arm úm eine
vertikale Achse rotiert, sondern eine konische Drehbewegung um eine vertikale Achse
ohne Eigenrotation des Prüflings selbst ausführt, so daß ein Punkt des Prüflings,
vorzugsweise der Schwerpunkt, bei der Drehbewegung ortsfest bleibt.
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Derartige Prüfungen sind beispielsweise bei Gyroskopen, insbesondere
solchen für die Lenkung von Flugkörpern erforderlich. Diese Aufgabe ist bei einem
Schleuderprüfstand; der wie bekannt aus einem Gestell und einem von dem Gestell
getragenen Behälter für den Prüfling besteht, gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
daß der eine kugelige Außenfläche besitzende Behälter von einer gleichfalls kugelig
ausgebildeten Lagerfläche des Gestelles abgestützt und mit mehreren elastisch nachgeblichen
Verspannseilen verbunden ist, die sich jeweils paarweise von einer gemeinsamen Befestigungsstelle
an dem Behälter umfang aus im wesentlichen tangential dazu nach entgegengesetzten
Richtungen weg erstrecken und mit ihren anderen Enden an dem Gestell befestigt sind,
und daß der Behälter mit einer mit seiner vertikalen Achse zusammenfallenden Antriebswelle
fest verbunden ist, die an einem sich in einer horizontalen Ebene erstreckenden
und von einer Antriebseinrichtung antreibbaren Schvizungrad exzentrisch gelagert
ist.
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Um einen Schmierfiim zwischen dem Behälter und dem Gestell zu schaffen,
ist mindestens eine in die kugelige Gestellagerfläche ausmündende Schmiermittelleitung
vorgesehen, der ein unter Druck stehendes Schmierfluid zuführbar ist. Durch die
Tatsache, daß hierbei das Schmierfluid unter Druck steht, wird der Vorteil erreicht,
daß auf den Behälter eine Kraft einwirkt, die denselben von der Gestellagerfläche
abzuheben versucht, so daß eine schwimmende Behälterlagerung erreicht wird, was
eine äußerst geringe Lagerreibung mit sich bringt.
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Um dem Prüfling die beabsichtigte konische Drehbewegung um eine vertikale
Achse zu erteilen, ist zweckmäßigerweise die mit dem Behälter fest verbundene Antriebswelle
exzentrisch an einer Scheibe gelagert, die in einer stirnseitigen und gegenüber
der Drehachse versetzten Aussparung des Schwungrades vorgesehen und zum Verändern
der Exzentrizität der Antriebswelle innerhalb der Aussparung drehbar ist.
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Gemäß einem die Erfindung weiterentwickelnden Merkmal trägt dabei
die Scheibe zum Drehen umfangsseitig einen Zahnkranz, der mit einer im Inneren des
Schwungrades gelagerten und mit einem Antrieb in Verbindung stehenden Schnecke kämmt,
wobei dem Antrieb eine Einrichtung zugeordnet ist, mit der an Hand der Anzahl der
Schneckenumdrehungen die jeweilige Exzentrizität der Antriebswelle anzeigbar ist.
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Das an dem Schwungrad vorgesehene Lager für die mit dem Behälter
verbundene Antriebswelle umfaßt dabei vorteilhafterweise eine I Kugel, die mit einer
ein Nadellager enthaltenden und die Antriebswelle aufnehmenden Bohrung versehen
und zwischen zwei an dem Schwungrad abgestützten Lagerteilen freibeweglich gehalten
ist, von denen das eine Lagerteil zum Vermeiden eines Spieles der Kugel zu dem anderen
ortsfesten Lagerteil hin vorgespannt ist.
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Zum Erzeugen der Vorspannung des einen Lagerteiles schließt sich
dabei zweckmäßigerweise an die Unterseite desselben eine Druckkammer an, die mit
einem Druckmedium gefüllt ist, welches durch eine
in die Druckkammer
hineinragende und federnd vorgespannte Faltenbalgmembran unter Druck ge--setzt ist.
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Mit dem Vorsehen einer derartigen Druckkammer erreicht man den Vorteil,
daß im Fall, indem die von der Antriebswelle auf die beiden Lagerteile ausgeübte
Reaktionskraft einen bestimmten Maximalwert überschritten hat, die Faltenbalgmembran
entsprechend nachgibt, so daß auch die Vorspannkraft des einen Lagerteiles entsprechend
absinkt. Zweckmäßigerweise ist dabei der Faltenbalgmembran ein Schalter zugeordnet,
der beim Nachgeben der Membran in die Aus-Stellung bewegt wird und die Antriebseinrichtung
des Schwungrades abschaltet.
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Damit der Prüfling innerhalb des Behälters in jeder beliebigen Stellung
angeordnet werden kann, besteht der Behälter aus einer oberen und einer unteren
Kugelhälfte, die miteinander verschraubbar sind und kugelförmig ausgebildete Außen-
und Innenflächen besitzen, wobei zum Aufnehmen des Prüflings innerhalb der Kugelhälften
ein zwischen denselben einklemmbarer Halter vorgesehen ist, der aus zwei im Abstand
einander parallel gegenüberliegenden, und mit Aufnahmeöffnungen für den Prüfling
vorgesehenen Grenzen besteht, die durch Längsverstrebungen fest miteinander verbunden
sind und deren Ränder so ausgebildet sind, daß sie in einer gemeinsamen mit den
Innenflächen der beiden Kugelhälften zusammenfallenden Kugelfläche liegen. -Durch
eine derartige Ausbildung der Zahnkranz ränder des Halters ist es möglich, denselben
zwischen die beiden Kugelhälften des Behälters in jeder beliebigen Stellung und
Neigung festzuklemmen, so daß auch der Prüfling mit jeder gewünschten Stellung der
konischen Drehbewegung um die vertikale Achse unterworfen werden kann.
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Zum Ausbalancieren des Gewichtes des Prüflings sind an dem Halter
sich diametral gegenüberliegende Wellenzapfen befestigt, die an ihren von dem Halter
seitlich abstehenden Enden Kugellager tragen, mit denen sie sich auf einer von der
unteren Kugelhälfte getragenen Auflage abstützen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des sich aus den beiden Kugelhälften
zusammensetzenden Behälters trägt die untere Kugelhälfte zweckmäßigerweise an ihrem
unteren äußeren Ende eine sich nach unten konisch verjüngende und mit der vertikalen
Achse zusammenfallende Verlängerung, die sich durch die kugelige Lagerfläche des
Gestelles durcherstreckt und an deren Ende die Antriebswelle für den Behälter befestigt
ist. -Wenn bei einer derartigen Anordnung die die Eigendrehbewegung des Behälters
verhindernden Verspannseile an der oberen Kugelhälfte befestigt sind, ergibt sich
der Vorteil, daß die Xerspannseile und die Antriebseinrichtung für den Behälter
auf einander entgegengesetzten Behälterseiten liegen und sich somit nicht stören.
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Die Erfindung wird im folgenden an- Hand schematischer Zeichnungen
näher beschrieben.
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F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Schleuderprüfstand;
Fig. 2 zeigt die Einrichtung zum Ausbalancieren des Gewichtes des Prüflings; Fig.
3 zeigt die Anordnung der an dem Behälter befestigten Verspannseile; Fig.4 zeigt
den Speisekreis zum Zuführen des Schmiermittels zu der Gestellagerfläche;
F i g.
5 zeigt die Antriebseinrichtung des Schwungrades; Fig. 6 zeigt die Stirnansicht
des Schwungrades; F i g. 7 zeigt das an dem Schwungrad vorgesehene Lager für die
Antriebswelle, während F i g. 8 eine Vorrichtung zum Drehen der mit dem Zahnkranz
der in dem Schwungrad vorgesehenen Scheibe kämmenden Schnecke sowie eine Einrichtung
zum Anzeigen der jeweils eingestellten Erzen trizität der Antriebswelle des Behälters
zeigt.
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Der Schleuderprüfstand weist gemäß F i g. 1 einen Behälter 1 auf,
der den Prüfling 3 aufnimmt und der aus zwei hohlen Kugelhälften 1 a, 1 b aus Aluminium
besteht, die kugelige Außen- und Innenflächen besitzen.
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Die obere Kugelhälfte 1 b ist mit großen Öffnungen versehen, um die
Beobachtung des Prüflings während der Versuche und. den optischen Messungen zu erlauben.
Sie wird durch Schrauben 2 auf der unteren Kugelhälfte 1 a befestigt, die auf einer
gleichfalls kugelig ausgebildeten Lagerfläche des Gestelles 12 des Prüfstandes abgestützt
ist.
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Der Prüfling 3 wird im Inneren eines Halters 4 festgelegt, der aus
zwei Kränzen 4 a und 4 b besteht, die durch angeschweißte Längsverstrebungen 5 miteinander
verbunden sind. Die Ränder der Kränze sind dabei so ausgebildet, daß sie in einer
gemeinsamen, mit den Innenflächen der hohlen Kugelhälften zusammenfallenden Kugelfläche
liegen.
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Diese Anordnung ermöglicht es, den Prüfling 3 zwischen den noch nicht
zusammengeschraubten Kugelhälften in beliebiger Art und Weise auszurichten. Danach
werden dann die Schrauben 2 angezogen, so daß der Halter 4 und damit der Prüfling
3 fest mit dem Behälter 1 verklemmt werden.
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Gemäß F i g. 2 sind in den Streben 5 des Halters 4 vier jeweils um
900 gegeneinander versetzte Ausnehmungen 6 vorgesehen, die Wellen 7 aufnehmen, welche
zum Ausbalancieren des Gewichtes des Prüflings 3 Kugellager 8 tragen. Die Kugellager
8 liegen dabei auf einer Auflage 9 auf, die von der unteren Kugelhälfte 1 a getragen
wird.
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Um eine Eigendrehbewegung des Behälters 1 um die in F i g. 1 gezeigte
senkrechte Achse x-x' während der konischen Drehbewegung zu verhindern, sind unter
Bezugnahme auf Fig.3 mehrere Verspannseile 10 vorgesehen, die sich jeweils paarweise
von einer gemeinsamen Befestigungsstelle an dem Behälterumfang aus im wesentlichen
tangential dazu nach entgegengesetzten Richtungen weg erstrecken und mit ihren anderen
Enden bei 11 an dem Gestell 12 befestigt sind.
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Wie F i g. 1 zeigt, trägt die untere Kugelhälfte 1 a an ihrem unteren
äußeren und von den Verspannseilenl0 abgewandten Ende eine sich nach unten konisch
verjüngende und mit der vertikalen Achse x-x'zusammenfallende Verlängerung 13, die
sich durch die kugelige Lagerfläche des Gestelles 12 hindurcherstreckt und an deren
Ende eine Antriebswelle 14 für den Behälter 1 befestigt ist. Die Antriebswelle 14
wird dabei durch eine noch näher zu beschreibende Antriebseinrichtung angetrieben.
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Damit sich zwischen der Lagerfläche des Gestelles 12 und der Außenfläche
der unteren Kugelhälfte 1 a ein Schmierfiim bildet, sind in der Gestellagerfläche
eine bestimmte Anzahl von Aussparungen 15 vorgesehen, in die eine entsprechende
Anzahl von Schmiermittelleitungen 20 ausmünden, die sich durch
das
Gestell 12 hindurch erstrecken und denen ein unter Druck stehendes Schmierfluid,
beispielsweise Öl, zugeführt wird. Auf diese Weise bildet sich zwischen der Lagerfläche
des Gestelles 12 und dem Behälter 1 ein Schmierfilm aus, der in der Praxis eine
Stärke von einigen Zehntel Millimeter besitzt.
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Der Speisekreis zum Zuführen des Schmiermittels ist in Fig.4 gezeigt
und umfaßt eine Motorpumpe 16, welche das Schmiermittel aus einem Behälterl7 durch
ein Filter 18 hindurchsaugt und über Zweigleitungen 19 die Schmiermittelleitungen
20 speist.
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Dasjenige Schmiermittel, das an dem unteren Ende der Kugelhälfte
1 a (F i g. 1) herausläuft, fließt dabei in einen einen Auffangbehälter bildenden
ringförmigen Teil 21, von dem es durch eine Leitung 22 zu dem Behälter 17 zurückgeführt
wird.
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Um zu verhindern, daß das an dem unteren Ende der Kugelhälfte la
herauslaufende Schmiermittel durch den Zwischenraum zwischen dem Teil 21 und dem
Behälter 1 nach außen spritzt, ist der Antriebskonus 13 an seinem mit der Kugelhälfte
1 a verbundenen Ende mit einem Abdeckteil 23 versehen.
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An dem oberen Ende des Gestelles 12 wird das Schmiermittel - in einer
Rinne 24 aufgefangen und durch Kanäle 25, die in dem Gestell vorgesehen sind, dem
ringförmigen Teil 21 zugeleitet.
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Ein Balg 26 aus Leder od. dgl. verhindert ein Eindringen von Fremdkörpern
und Staub in den Schmiermittelkreis.
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An den Ausgang der Pumpe 16 sind außerdem über Nebenleitungen eine
Sicherheitsvorrichtung 27 sowie ein Sammler 28 angeschaltet, zwischen denen ein
Rückschlagventil29 vorgesehen ist. Die Sicherheitsvorrichtung 27 dient dazu, die
Einschaltung der Antriebs einrichtung fur die Antriebswelle 14 des Behälters 1 zu
verhindern, wenn der gewünschte Schmiermitteldruck nicht erreicht ist bzw. diese
Antriebseinrichtung abzuschalten, wenn der Druck unter eine bestimmte Größe fällt.
Der Sammler 28, der einen Vorrat an unter Druck stehendem Schmiermittel enthält,
hat die Aufgabe, die Schmiermittelleitungen 20 während der Zeitspanne zu speisen,
die der Behälter 1 nach Ausfall des Stromes oder des Schmiermitteldruckes bis zu
seinem völligen Stillstand benötigt.
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Die zum Antreiben der Welle 14 des Behälters 1 vorgesehene Antriebseinrichtung,
die in den Fig. 5 bis 7 gezeigt ist, umfaßt ein Schwungrad 30, an dem die Antriebswelle
14 mit ihrem freien Ende exzentrisch gelagert ist, und das eine Antriebswelle 31
besitzt, die in Präzisionskugellagern 32 gelagert ist und deren Längsachse in der
Verlängerung der vertikalen Achsex-x' (Fig. 1) liegt. Das Schwungrad 30 wird über
einen Antriebsriemen 54 angetrieben, der um die Antriebswelle 53 eines von einem
die Drehzahl messenden Motors 51 geregelten Gleichstrommotors 50 läuft. Zwischen
der Antriebswelle 53 und dem Antriebsmotor 50 ist ein Getriebe 52 zwischengeschaltet,
das eine Drehung des Schwungrades 30 mit zwei verschiedenen Geschwindigkeiten ermöglicht.
Das Einschalten der einen oder anderen Geschwindigkeit wird dabei durch eine von
Hand zu betätigende Kupplung durchgeführt, die durch eine Verstellschraube 55 gesteuert
wird.
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Zur Halterung der Antriebswelle 14 des : Behälters 1 an dem Schwungrad
30 ist gemäß F i g. 6 eine von dem Schwungrad getragene Scheibe 33 vorgesehen, die
in einer stirnseitigen und gegenüber der
Drehachse versetzten Aussparung des Schwungrades
untergebracht ist und an der die Antriebswelle 14 exzentrisch gelagert ist. Die
Scheibe 33 ist dabei zum Verändern der Exzentrizität der Antriebswelle 14 in bezug
zur Drehachse des Schwungrades 30 innerhalb der Schwungradaussparung drehbar. Dä
gemäß Fig.6 die Längsachse der Antriebswelle 14 auf einem Kreis mit dem Radius d
liegt, der durch den Mittelpunkt 0' des Schwungrades 30 geht, kann die Exzentrizität
der Welle 14 beim Drehen der Scheibe 33 von 0'bits 2 d verändert werden.
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Zum Drehen der Scheibe 33 trägt dieselbe umfangsseitig einen Zahnkranz
36, der mit einer im Inneren des Schwungrades 30 gelagerten Schnecke 35 kämmt. Die
Schnecke 35 ist mit ihrem einen Ende in einem Lagerring 37 gelagert, während an
dem anderen Ende der Schnecke 35 -'ein gegenüber. der Schnecke axial verschiebbarer,
aber doch festgehaltener Teil 38 angeordnet ist, das an seinem von der Schnecke
35 wegweisenden freien Ende als Vierkant 39 ausgebildet ist und an seinem der Schnecke
zugewandten Ende einen Zahnkranz 40, trägt. Der Zahnkranz 40 wird dabei durch eine
Feder 41 im Eingriff mit einem an dem Schwungrad 30 fest angebrachten Zahnkranz
42 gehalten, wodurch eine unbeabsichtigte Verdrehung der Schnecke 35 verhindert
ist.
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Wenn das Teil 38 entgegen der Wirkung der Feder 41 in axialer Richtung
verschoben wird, gelangt der Zahnkranz 40 des Teiles 38 außer Eingriff mit dem Zahnkranz
42, so daß die Schnecke 35 jetzt gedreht werden kann.
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Um für eine bestimmte einzustellende Exzentrizität der Antriebswelle
14 in bezug auf die Drehachse des Schwungrades 30 die Schnecke 35 um den entsprechenden
Betrag genau verstellen zu können, ist eine Vorrichtung vorgesehen, die gemäß F
i g. 8 eine Spindel 56 umfaßt, die an ihrem einen Ende eine Aussparung 59 besitzt,
deren Querschnitt dem Querschnitt des Vierkantes 39 entspricht, und mit der die
Spindel 56 zum Drehen der Schnecke 35 auf den Vierkant 39 aufgeschoben werden- kann.
Zu diesem Zweck ist die Spindel 56 in axialer Richtung zwischen zwei Stellungen
verschiebbar, die durch zwei in dem Umfang der Spindel 56 vorgesehene Nuten 65 und
66 bestimmt sind, in die eine durch eine, Feder 68 vorgespannte Rastkugel 67 einrasten
kann.
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Zur Verhinderung einer unbeabsichtigten Drehung der Spindel 56 vor
dem Aufschieben auf den Vierkant 39 ist die Spindel von einem Teil 60 umfaßt,' das
an seinem inneren Umfang mehrere Vorsprünge trägt, die in entsprechend verteilte,
in dem Spindelumfang vorgesehene und sich in axialer Richtung erstreckende Nuten
61 hineinragen, wodurch die Spindel 56 drehfest mit dem Teil 60 verbunden ist.
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Zum Festhalten des Teiles 60 und damit der Spindel 56 weist dasselbe
an seiner einen Stirnseite eine Verzahnung auf, die durch eine an dem Teil 60 angreifende
Feder 62 mit einer entsprechenden - Verzahnung eines ortsfesten Teiles 63 im Eingriff
gehalten ist.
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Zum Aufschieben der Spindel 56 auf den Vierkant 39 wird derselbe
axial auf die Spindel 56 ausgerichtet, wonach die Spindel aus ihrer in Fig. 8 gezeigten
Stellung in ihre andere durch die Nut 66 bestimmte Stellung bewegt wird, was ein
Aufschieben der Spindel auf den Vierkant 39 zur Folge hat.
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Da in dieser Stellung das Teil 60 durch einen Anschlag 64, der mit
dem am anderen Spindelende befestigten Drehgriff 57 aus einem Stück besteht, entgegen
der Wirkung der Feder 62 von dem Teil 63 wegbewegt wird, kann nunmehr die Spindel
56 frei verdreht werden, so daß sich die Schnecke 53 entsprechend verstelIen läßt.
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Zum Anzeigen der jeweils eingestellten Exzentnzität der Antriebswelle
14 steht die Spindel 56 über ein Zahnrad 73 und die Schnecke 74 mit einem Anzeigegerät
in Verbindung, das ein mit der Schnecke 74 kämmendes Zahnrad 72 aufweist. Das Zahnrad
72 trägt dabei einen gegen einen Anschlag 70 andrückenden Zapfen 71, der beim Drehen
des Zahnrades 72 einen mit dem Anschlag 70 fest verbundenen Betätigungsstift 69
verschiebt, wodurch ein an dem Betätigungsstift 69 fest angeschraubter Zeiger längs
einer in Exzentrizitätswert geeichten Skala 58 bewegt wird.
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Gemäß Fig.7 umfaßt das zum Halten der Antriebswellel4 der Scheibe
33 vorgesehene Lager 34 eine Kugel 44, die mit einer ein Nadellager 43 enthaltenden
und die Antriebswelle 14 aüfnehmenden Bohrung versehen und zwischen zwei von dem
Schwungrad abgestützten Lagerteilen 45 und 46 frei beweglich gehalten ist, von denen
das eine Lagerteil 46 zum Vermeiden eines Spieles der Kugel 44 zu dem anderen ortsfesten
Lagerteil 45 hin vorgespannt ist.
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Zur Erzeugung der Vorspannung des Lagerteiles 46 schließt sich an
die Unterseite dieses Lagerteiles eine Druckkammer an, die mit einem Druckmedium
gefüllt ist, welches durch eine in die Druckkammer hineinragende und durch eine
Feder 47 vorgespannte Faltenbalgmembran 48 unter Druck gesetzt ist.
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Um zu verhindern, daß bei Überschreiten der von der Antriebswelle
14 auf das Lager 34 ausgeübten ReaktionskraftR über einen bestimmten Maximalwert
dieses Lager zerstört wird, ist ein Schalter 49 vorgesehen, der durch die Faltenbalgmembran
48 betätigt wird, wenn dieselbe unter der Wirkung der ReaktionskraftR und des damit
ansteigenden Drukkes des Druckmediums in der Druckkammer über ein bestimmtes Maß
hinaus zusammengedrückt worden ist.