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Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung des Relaxations-Verhaltens
von Blattfedern.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung
zur Untersuchung des Relaxations-Verhaltens von Blattfedern, gemäss dem man die
Blattfedern jeweils auf zwei Stützen mit vorgegebener, unveränderlicher Stützweite
abstützt, die Blattfedern vorspannt und auf die vorgespannten Blattfedern eine Last
aufbringt sowie dabei das Verhalten der Blattfedern durch Messung registriert.
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Unter Relaxation versteht man den mechanischen Spannungsabfall vorgespannter
Systeme bei konstant gehaltenem Vorspannungsweg in Abhängigkeit von der Zeit und
der Temperatur des Prüflings.
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Die quantitative Kenntnis dieser Relaxation ist insbesondere für Federn,
z.B. elektrische Kontaktfedern (Änderung des Übergangswiderstandes eines mit der
Feder verbundenen Kontaktes bei einer Dauerbelastung und sich ändernder Temperatur
des Federmaterials) wesentlich. Die genaue Kenntnis des Relaxations-Verhaltens ermöglicht
auch eine optimale Ausnutzung des Werkstoffes.
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Zur Untersuchung des Relaxations-Verhaltens von Blattfedern werden
die Prüflinge -wie vorbeschrieben- auf Stützen mit unveränderlicher Stützweite gelagert
und mittels einer Last vorgespannt, derart, dass der Vorspannungsweg eine unveränderliche
Grösse aufweist. Die Untersuchungen werden in Abhängigkeit der Zeit bei einer bestimmten
Umgebungstemperatur, und zwar bisher durch Aufbringen von Zusatzlasten auf die zu
untersuchenden Blattfedern durchgeführt. Die Änderung des Spannungsweges wird sodann
gemessen und das Relaxations-Verhalten des Federmaterials ermittelt Eine derartige
Verfahrensweise zur Untersuchung des Relaxations-
Verhaltens ist
Jedoch umständlich und zeitraubend und auch nur von geschultem Personal ausübbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu
schaffen, mittels welcher es möglich ist, Reihenuntersuchungen an Federmaterial,
insbesondere an Blattfedern schnell und zuverlässig, und zwar mit einem hohen Auflösungsvermögen
von 0,01 N durchzuführen; das Verfahren soll hierbei auch von unbeübtem Personal
ausübbar sein. Die zu erwartenden und aufzubringenden Kräfte für die zu untersuchenden
Federmaterialien liegen hierbei im Bereich von 2 bis 30 N.
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Ausgehend vom vorgenannten Verfahren besteht die Erfindung darin,
dass man die vorgespannten Blattfedern an einem Berührungskontakt hält, durch Aufbringen
einer Prüflast die Kontaktfedern vom Berührungskontakt abdrückt und bei Unterbrechung
des Berührungskontaktes selbsttätig ein die Abdruckkraft registrierendes Messgerät
schaltet.
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Durch diese erfinderische Verfahrensweise wird es ermöglicht, auch
in rascher Folge eine Vielzahl von Untersuchungen des Relaxations-Verhaltens von
Federmaterial der verschiedensten Art, insbesondere aber von Blattfedern, durchzuführen.
Wird durch die Prüflast z.B. die Blattfeder vom Berührungskontakt abgedrückt, so
wird zum gleichen Zeitpunkt auch die hierzu erforderliche Kraft gemessen und von
einem Digitalzähler, z.B. einem Digital-Voltmeter angezeigt. Da dieses Verfahren
automatisch durchführbar und somit keinen Eingriff der Bedienungsperson erfordert,
ist es auch von ungeschultem Fachpersonal durchführbar.
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Ausgehend von einer Vorrichtung zum Prüfen des Relaxations-Verhaltens
von Blattfedern, bestehend aus zwei im konstanten Abstand voneinander angeordneten,
die zu prüfenden Blattfedern aufnehmenden Stützen, einen mittig zu den Stützen auf
die Blattfedern absenkbaren und aufsetzbaren Prüfstempel besteht die Vorrichtung
zur Ausübung des erfinderischen Verfahrens darin, dass der Prüfstempel -im Nachfolgenden
Meßsonde genannt- von einem, die Vorspannung erzeugenden Last stempel ganz oder
teilweise
berührungsfrei umgeben ist, der in einem Schaltstromkreis
mit einem Digital-Voltmeter angeordnet ist und das andere Kontaktpotential an der
zu prüfenden Blattfeder liegt, so dass ein mittelbar geschlossener Stromkreis entsteht,
und dass ferner die Meßsonde mit einer Kraftmessdose in Verbindung steht, deren
Signalausgang mittelbar am Digital-Voltmeter liegt, derart, dass beim Abdrücken
der Blattfeder vom Laststempel durch die Meßsonde eine Unterbrechung des Stromkreises
erfolgt und dabei das Digital-Voltmeter eine der Meßsondenlast entsprechende Anzeige
liefert.
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Die Blattfedern, Federblechproben u.dgl. werden auf die beiden im
konstanten Abstand voneinander angeordneten Stützen elektrisch isoliert gelagert.
Die Last wird durch den Laststempel aufgebracht, der höhenverstellbar und in einer
gewünschten Position feststellbar ist. Die Kraft, mit der die Feder gegen den Stempel
drückt, ist proportional zu der in der Feder herrschenden Spannung. Vorzugsweise
ist der Laststempel mit einer mittigen Bohrung versehen, durch den berührungsfrei
die Meßsonde hindurch ragt. Die Meßsonde wird innerhalb des Laststempels abgefahren
und kommt sodann in Berührung mit dem zu untersuchenden Federblechstreifen. Im Moment,
da der elektrische Kontakt zwischen dem Prüfling und dem Laststempel unterbrochen
wird, zeigt das Digital-Voltmeter die auf die Sondenspitze wirkende Kraft an.
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Die Messung der Kraft erfolgt hierbei mittels der Kraftmessdose, die
zwischen der Meßsonde und einer Hubvorrichtung zum Auf- und Abfahren der Meßsonde
angeordnet ist. Eine Messbrücke bringt das Signal in eine vom Digital-Voltmeter
verwertbare Form, und zwar derart, dass die vom Digital-Voltmeter angezeigte Spannungsgrösse
der Prüflast -gemessen in der Kraftgrösse N- entspricht.
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Bei der Ausübung des erfinderischen Verfahrens darf das Lösen des
Kontaktes zwischen dem Laststempel und dem Prüfling keinen zufälligen Streuungen
unterworfen sein. So ist es nicht unerheblich, mit welcher Geschwindigkeit die Meßsonde
auf die Probe fährt. Ist die Prüfgeschwindigkeit zu klein, so geschieht die Unterbrechung
des Kontaktes zwischen dem Laststempel und dem
Prüfling schleichend;
es entstehen Messfehler; ist indessen die Prüfgeschwindigkeit zu hoch, so bedingt
dies einen grösseren Auslaufweg der Meßsonde, so dass dadurch die zu prüfenden Federbleche
mehr als erforderlich belastet werden. Daher soll die Prüfgeschwindigkeit mindestens
8 x 10 5m pro Sekunde, jedoch nicht mehr als 4 x 10 4m pro Sekunde betragen. Unterliegt
indessen der Prüfling nur einmal einer Prüfung, so ist eine höhere als die vorgenannte
Messgeschwindigkeit ohne Bedeutung. Zur Prüfung der Relaxation eines Federmaterials
ist es dienlich, zehn Proben nebeneinander anzuordnen und gemäss dem Verfahren zu
prüfen. Dadurch können Schwankungen der Materialeigenschaft , z.B. innerhalb eines
Federbandes ermittelt werden. Die Probeauflagen sind aus nicht leitendem Werkstoff,
vorzugsweise aus Keramik gefertigt, um einerseits die Proben elektrisch gegenüber
den Stützen (und dem Laststempel) zu isolieren und zum anderen zur Gewährleistung
eines definierten Auflagekantenradius. Der Laststempel ist unten abgeschrägt, so
dass eine Schneide entsteht. Dadurch wird eine mittige Belastung der Proben gewährleistet.
Um einen guten, konstanten elektrischen tjbergangswiderstand zwischen dem Laststempel
einerseits und derzu prüfenden Blattfeder andererseits zu gewährleisten, ist die
Schneide des Laststempels mit einem Edelmetall, vorzugsweise mit Gold platiert.
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Anhand der Zeichnung werden nachfolgend das erfinderische Verfahren
sowie die zur Ausübung des Verfahrens dienende Vorrichtung erläutert.
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Eine Blattfeder 1 ist auf zwei in Abstand voneinander angeordneten
Stützen 2, 2' gelagert. Die Stützen tragen jeweils eine Keramikplatte 3 und 3' mit
einem definierten Kantenradius. Der Prüfling ist somit gegenüber den Stützen isoliert
gehalten. Ein Laststempel 4 ist mittig zwischen den Stützen 2 und 2' positioniert
und von einem über dem Prüfling angeordneten Träger 5 gehalten. Mittels einer Stellschraube
6 ist der Laststempel in Bezug auf seine Höhe über der Stützauflage 7 einstellbar
und fixierbar. Der Laststempel wird derart eingestellt, dass die zu prüfende Blattfeder
-wie nachfolgend näher erläutert- unter einer
definierten Vorlast
liegt. Zum Prüfen von Blattfedern bzw. Federblechstreifen ist der Laststempel am
unteren Ende 8 angeschrägt, so dass eine Schneide 9 entsteht; diese Schneiden sind
vergoldet.
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Die Schneiden sind quer zur Blattfeder gerichtet und überragen diese
geringfügig. Im Laststempel befindet sich eine durchgehende Bohrung 10, durch welche
eine Meßsonde 11 berührungsfrei hindurchragt. Wie ersichtlich, liegt einerseits
der Prüfling, nämlich der Federblechstreifen 1 und andererseits der Laststempel
4 an einem Potential P, z.B. von 5 Volt. Zum Abfahren der Meßsonde 11 dient eine
Vorrichtung, vorzugsweise eine elektronisch gesteuerte Zugprüfmaschine, von der
hier nur der Spannkopf 12 gezeigt ist. Dieser Spannkopf ist in Richtung der Pfeile
L 'J auf- und abfahrbar.
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Die Kraftmessung erfolgt hier über eine Präzisionsmessdose 13, die
im Spannkopf befestigt ist. Die Präzisionsmessdose steht über eine Leitung 14 mit
einer Trägerfrequenz-Messbrücke 15 in Verbindung. Letzterer Messbrücke ist ein Digital-Voltmeter
16 nachgeschaltet. Ein Kontaktgeber 17 steht einerseits mit dem Schaltstromkreis
18, 18' in Verbindung und andererseits über die Leitungen 19, 19' mit dem Digital-Voltmeter
16. Wird nunmehr das Federblech 1 durch Absenken des Spannkopfes 12 von der Meßsonde
11 belastet, so wird bei Uberscbreiten der durch den Laststempel 4 verursachten
Prüflast der Federblechstreifen von der Schneide 9 des Prüfstempels abgedruckt;
dadurch wird der Kontakt zwischen dem Prüfling und dem Laststempel unterbrochen.
Durch diese Unterbrechung wird im Kontaktgeber 17 die Leitung 19, 19' kurzgeschlossen
und die Integration des Digital-Voltmeters 16 ausgelöst. Dieses zeigt nunmehr den
Augenblickswert der auf der Meßsonde lastenden und von der Präzisionsmessdose 13
ermittelten Kraft in N an. Mittels der Messbrücke 15 wird der von der Präzisions-Messdose
13 gelieferte Spannungswert auf einen dem Kraftmass N entsprechenden und vom Digitalzähler
16 angezeigten Spannungswert umgesetzt.
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Nach dem Einlegen der Probe wird zum Eichen bzw. zur Bestimmung der
Vorlast zunächst die Meßsonde auf den Prüfling abgesenkt.
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Das Digital-Voltmeter zeigt laufend den von der Messbrücke ermittelten
und auf die Kraftgrösse N durch die Messbrücke umgeformten Spannungswert an. Bei
Erreichen einer vorbestimmten Vorspannungslast
wird der Hub der
Meßsonde angehalten. Der Vorlaststempel wird auf den Prüfling gesetzt und in dieser
Stellung durch Fixieren der Schrauben 6 arrettiert. Die erforderliche Prüfung erfolgt
nunmehr wie vorgeschrieben.
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Die dargestellte Prüfanordnung kann in einer geschlossenen, thermisch
gut isolierten Kammer -wie nur gestrichelt bei 20 dargestellt- angeordnet werden,
deren Innentemperatur in bekannter Weise regelbar ist. Vorzugsweise ist hierbei
die Präzisions-Messdose 13 ausserhalb der Kammer gelegen, wobei die Hindurchführung
der Meßsonde bzw. des Meßsondenstempels 22 über eine Manschettendichtung 23 erfolgt.
Diese Kammer ist, wie an sich bekannt, mit einer hinreichend weiten Öffnungsklappe
versehen, so dass der Messraum gut zugängig ist.