DE2533373C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen einer Federkraft für Untersuchungen über das Relaxations-Verhalten von Blattfedern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung zum Messen einer Federkraft bei Untersuchungen über das Relaxations-Verhalten 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 die Federkraft der Blattfedern durch Messung registriert

Unter Relaxation versteht man den mechanischen Spannungsabfall vorgespannter Systeme bei konstant gehaltenem Vorspannungsweg in Abhängigkeit von der Zeit und der Temperatur des Prüflings. Die quantitative

ίο Kenntnis dieser Relaxation ist insbesondere für Federn, z.B. elektrische Kontaktfedern (Änderung des Obergangswiderstandes eines mit einer Feder verbundenen Kontaktes bei einer Dauerbelastung und sich ändernder Temperatur des Federmaterials) wesentlich. Die genaue

'S Kenntnis des Relaxations-Verhaltens ermöglicht auch eine optimale Ausnutzung des Werkstoffes.

Zur Untersuchung des Relaxations-Verhaltens von Blattfedern werden die Prüfiinge — 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 Relaxationsverhaltens 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 ungeübtem Personal ausübbar sein. Die zu erwartenden und aufzubringenden Kräfte für die zu untersuchenden Federmaterialien liegen hierbei im Bereich von 2 bis 30 N.

Ausgehend vom vorgenannten Verfahren besteht die Erfindung darin, daß man die vorgespannten Blattfedem an einem Berührungskontakt hält, durch Aufbringen einer Prüflast die Kontaktfedern vom Berührungskontakt abdruckt und bei Unterbrechung des Berührungskontaktes selbsttätig einen die Abdruckkraft registrierenden Zähler schaltet

so 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.

Aus der DT-PS 9 72 937 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Pfeilhöhe einer Blattfeder bekannt,

f)5 bestehend aus zwei im konstanten Abstand voneinander angeordneten, die zu prüfende Blattfeder aufnehmenden Stützen, einen rnittig zu den Stützen auf die Blattfedern absenkbaren und aufsetzbaren mit einer

axialen Bohrung versehenen Laststempel und einer in der Bohrung geführten Meßsonde.

Derartige Federprüfmaschinen dienen zum Messen des Abstandes des Scheitels der Feder von der Verbindungslinie der beiden Federauflagcj. Dieser Abstand ist die Pfeilhöhe; sie wird gemessen im unbelasteten und belasteten Zustand der Feder oder aber es wird die Belastung bei einer vorgegebenen Pfeilhöhe der Feder gemessen. Zum Prüfen des Relaxations-Verhalten von Blattfedern ist es wesentlich, bei konstant gehaltenem Federweg den sich unter den verschiedenen, vorstehend genannten Bedingungen sich ändernden Spannungsabfall genau zu messen; dies ist indessen mittels der bekannten Federprüfmaschine nicht möglich.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die zur Ausübung des Verfahrens dienende Vorrichtung gemäß der Erfindung darin, daß der eine Vorspannung erzeugende Laststempel an einem Potential eines Schaltstromkreises mit einem Digital-Voltmeter gelegen ist und das andere Potential an der zu prüfenden Blattfeder liegt, so daß ein 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

Diese Vorrichtung ermöglicht es, den sich ändernden Spannungsabfall der Blattfedern genau zu messen.

Die Blattfedern, Federblechproben u. dgl. werden aiii 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 hindurchragt 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. 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 — entsoricht

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 bed ngt dies einen größeren Auslaufweg der Meßsonde, so daß dadurch die zu prüfenden Federble- μ ehe mehr als erforderlich belastet werden. Daher soll die Prüfgeschwindigkeit mindestens 8 χ 10-⁵m pro Sekunde, jedoch nicht mehr als 4 χ 10-⁴m pro Sekunde betragen. Unterliegt indessen der Prüfung nur einmal einer Pi dung, 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 Verfahi en 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 Übergangswiderstand zwischen cem Laststempel einerseits und der zu prüfenden Blattfeder andererseits zu gewährleisten, ist die Schneide des Laststempels mit einem Edelmetall, vorzugsweise mit Gold platiert

Anhand der Zeichnung werden nachfolgend das erfindrische Verfahren sowie die zur Ausübung des Verfahrens dienende Vorrichtung erläutert

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 Stutzen 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 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 5VoIt 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 24 auf- und abfahrbar. 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 Überschreiten der durch den Laststempel 4 verursachten Prüflast der Federblechstreifen von der Schneide 9 des Prüf stempeis abgedrückt; 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 yon 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

Nach dem Einlegen der Probe wird zum Eichen bzw. zur Bestimmung der Vorlast zunächst die Meßsonde auf den Prüfling abgesenkt. 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 Schraube 6 arretiert. Die erforderliche Prüfung erfolgt nunmehr wie vorgeschrieben.

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 Hindurchto führung 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

iierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Messen einer Federkraft bei Untersuchungen über das Relaxations-Verhalten 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, dadurch gekennzeichnet, daß man die vorgespannten Blattfedern (1) an einem Berührungskontakt hält, durch Aufbringen einer Prüflast die Kontaktfedern vom Berührungskontakt abdrückt und bei Unterbrechung des Berührungskontaktes selbsttätig einen die Abdruckkraft registrierenden Zähler schaltet

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Prüfgeschwindigkeit mit der man die Last auf die vorgespannte Lastfeder aufbringt in der Größe von mindestens 8 χ 10—⁵Tn pro Sekunde jedoch nicht mehr als 4 χ 10-«m pro Sekunde hält

3. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens, bestehend aus zwei im konstanten Abstand voneinander angeordneten, die zu prüfende Blattfeder aufnehmenden Stützen, einem mittig zu den Stützen auf die Blattfedern absenkbaren und aufsetzbaren mit einer axialen Bohrung versehenen Laststempel und einer in der Bohrung geführten Meßsonde, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Vorspannung erzeugende Laststempel (4) an einem Potential eines Schaltstromkreises mit einem Digital Voltmeter (16) gelegen ist und das andere Potential des Schaltstromkreises an der zu prüfenden Blattfeder (1) liegt derart daß ein geschlossener Stromkreis (18, 1, 4, 18', 17) entsteht und daß ferner die Meßsonde mit einer Kraftmeßdose (13) in Verbindung steht deren Signalausgang (14) mittelbar am Digital-Voltmeter liegt derart, daß beim Abdrücken der Blattfeder (1) vom Laststempel (4) durch die Meßsonde ,'1I) eine Unterbrechung des Stromkreises erfolgt und dabei das Digital-Voltmeter (16) eine der Meßsondenlast entsprechende Anzeige liefert

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Laststempel (4) an seiner zur Blattfeder (1) gerichteten Auflageseite abgeschrägt ist, derart daß er eine Schneide (9) aufweist

5. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneide (9) des Laststempels (4) mit einer Edelmetall-Schicht vorzugsweise mit Gold beschichtet ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützen (2, 2') aus einem nicht leitenden Werkstoff, vorzugsweise ganz oder teilweise aus einem keramischen Material gebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß zwischen der von der F'razisionsmeßdose (13) führenden Signalleitung (14) und dem Digital-Voltmeter (16) eine Meßbrücke (15) angeordnet ist