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Schon allein hierdurch werden die geforderte Meßgenauigkeit und Meßsicherheit
infrage gestellt. Unter der Einwirkung der abzustützenden Prüfkraft drückt sich
der als Drehpunkt benutzte Auflagedorn in die ihm
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gegenüberliegende Auflagefläche cin. Auch hicrdulch werden Mcßsicherheit
uncl Meßgenauigkeit in unzulässiger Weise vermindert. Da die beiden Meßwertaufnehmer
auf dieselbe Bezugsfläche der Meßaufnahme greifen, muß zumindest die Schieflage
bzw. Neigung der Teilfläche aus der Differenz der beiden Meßwerte crmittelt werden.
Da die Differcnz dieser beiden Mcßwerte klein ist und im allgemeinen in der Größenordnung
derjenigen Meßfehler liegt, mit denen die beiden Ausgangs-Meßwerte unvermeidlich
behaftet sind, ist der mit einer al der DE-AS 24 29 692 ermittelte Teilflächen-Schieflagewert
praktisch unbrauchbar, während der ermittelte Überlängenwert aus den oben erläuterten
Gründen mit einem unzulässig hohen unsystematischen, also nicht eliminierbaren Meßfehler
behaftet ist.
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Demgegenüber ist cs Aufgabe der Erfindung, eine einfache Meßvorrichtung
zu schaffen, mit der sich eine höhere Meßgenauigkeit, Meßsicherheit und Reproduzierbarkeit
innerhalb der VDI/DGQ-Richtlinie 3441 ergibt, sowohl bei der Umfangslängenmessung
als auch bei der gleichzeitigen Schieflagemessung an den Teilflächen von Gleitlagerschalen
bzw. halbzylindrischen Teilen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der bewegliche
Meßbalken aus einem am Meßkopf fest anbringbaren Kopfteil und einem zur Auflage
auf die Teilfläche des Prüflings dienenden Fußteil besteht, das über einen federnd
elastischen Steg begrenzt beweglich am Kopfteil angebracht ist, und daß der Meßwertaufnehmer
für die Schieflage am Kopfteil angebracht ist und auf eine am Fußteil ausgebildete
Abtastfläche greift.
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Durch die Unterteilung des Meßbalkens in zwei starre Teile, nämlich
einen Kopfteil und einen Fußteil, und die federnd elastisch, begrenzt bewegliche
Verbindung zwischen diesen beiden Teilen stellt der Meßbalken eine in sich feste
Einheit dar, in der der Kopfteil und der Fußteil in unbelastetem Zustand eine reproduzierbare,
definierte gegenseitige Stellung einnehmen. Unter der Wirkung der Prüfkraft nimmt
der Fußteil die durch dc Teilfläche bestimmte Lage unter federnd elastischer Verformung
des Steges ein, während der Kopfteil in seiner durch den Meßkopf definierten Stellung
verbleibt. Der federnd elastische Steg vermittelt dem Fußteil eine ausreichende
begrenzte Beweglichkeit bezüglich des Kopfteiles, um sich in seiner Prüfstellung
der Teilfläche des Prüflings genau anzupassen, ohne daß eine Gelenkverbindung zwischen
Kopfteil und Fußteil vorgesehen sein miißte. Sicherlich hat die elastische Verformung
des Steges unter der Einwirkung der Prüfkraft Einfluß auf die Meßwerte. Dieser Einfluß
läßt sich aber als Korrekturfaktor aus den physikalischen Gegebenheiten des Meßbalkens,
wie Stegabmessungen und Elastizitätsmodul des Stegmaterials, uncl der anzulegenden
,IPrüfkraft ermitteln. Die bisher bei Gelenkverbindung zwischen den die Prüfkraft
übertragenden Elementen und den sich an die Teilfläche anlegenden Elementen unvermeidlichen
unsystematischen und damit nicht eliminierbaren Meßfehler werden durch die Erfindung
vermieden.
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Durch das Anbringen des auf eine am Fußteil ausgebildete Abtastfläche
greifenden Meßwertaufnehmer für die Schieflage am Kopfteil wird kein merklicher
Einfluß mehr auf die Ruhestellung des Fußteiles bezüglich des Kopfteiles ausgeübt,
da die Rückstellkraft des den Kopfteil und den Fußteil verbindenden Steges die vom
Meßwertaufnehmer ausgeübte Abtastkraft
weit überwiegt. Außerdem kann der Meßwertaufnehmer
ständig in Abtaststellung auf der Abtastfläche gehalten werden. Hicrdurch wird eine
bei den bekannten Meßvorrichtungen dieser Art bisher vorhandene weitere Quelle für
unsystematische und damit nicht eliminierbare Meßfehler beseitigt.
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Man könnte zwar zunächst annehmen, daß der Meßbalken wegen seines
federnd elastischen Steges nur bei hohen Prüfkräften einsetzbar sei. Es hat sich
aber überraschend herausgestellt, daß der federnd elastische Steg ohne weiteres
hinreichend schmal ausgebildet werden kann, daß sich auch bei niedrigen Prüfkräften
der Fußteil sicher und reproduzierbar genau auf die Teilfläche des Prüflings einstellt.
Meßvorrichtungen, die ohnehin nur für geringe Prüfkräfte ausgelegt sind und bei
denen ein seitliches Verstellen der Meßaufnahme bezüglich des Meßkopfes praktisch
ausgeschlossen ist, enthalten schon von sich aus jegliche Sicherungen des beweglichen
Meßbalkens mit schmal ausgebildetem federnd elastischem Steg.
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Für Meßvorrichtungen mit variabler oder umstellbarer Prüfkraft-Erzeugung
kann in Weiterbildung der Erfindung dem federnd elastischen Steg des beweglichen
Balkens mindestens eine Überlastsicherung gegen übermäßige zentrische Prüfkräfte
zugeordnet sein.
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Beispielsweise kann diese Überlastsicherung gegen übermäßige zentrische
Prüfkräfte durch je - eine Verengung eines zu beiden Seiten des Steges zwischen
dem Kopfteil und dem Fußteil gebildeten Schlitzes zu beiden Seiten und in Nähe des
Steges gebildet sein.
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Für den Einsatz in Meßvorrichtungen, bei denen ein seitliches Verstellen
der Meßaufnahme gegenüber dem Meßkopf möglich ist, beispielsweise in Meßvorrichtungen
Für Durchführung verschiedener Meßmethoden, kann in Weiterbildung der Erfindung
am beweglichen Meßbalken dem federnd elastischen Steg mindestens eine Überlastsicherung
gegen außermittige Belastung zugeordnet sein. Beispielsweise kann diese Überlastsicherung
gegen außermittige Belastung in je einer Schlitzbreiten-Reduzierung in den äußeren
Endbereichen eines zwischen dem Kopfteil und dem Fußteil gebildeten Schlitzes bestehen.
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In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist der federnd elastische
Steg im mittleren Bereich des Meßbalkens angeordnet, wobei ein Schlitz zwischen
dem Kopfteil und dem Fußteil zu beiden Seiten des Steges gebildet ist. Die Anordnung
des federnd elastischen Steges im mittleren Bereich des Meßbalkens ergibt optimale
Symmetrie der relativen Bewegungen zwischen dem Kopfteil und dem Fußteil. Da das
Aufsetzen des Meßbalkens auf die Teilfläche des Prüflings mit dem mittleren Bereich
des Fußteiles und die Beaufschlagung mit Prüfkraft ebenfalls mittig zum Meßbalken
erfolgen, ergibt die Anordnung des federnd elastischen Steges im mittleren Bereich
des Meßbalkens auch eine optimale Übertragung der Prüfkraft sowohl innerhalb des
Meßbalkens als auch auf den Prüfling.
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Der bewegliche Meßbalken ist bevorzugt mit seinem Kopfteil, seinem
Fußteil und seinem Steg einstückig ausgebildet. Dies bedeutet, daß der zu beiden
Seiten des Steges zwischen dem Kopfteil und dem Fußteil gebildete Schlitz aus einem
den Meßbalken bildenden Materialblock, vorzugsweise Stahlblock, herauszuarbeiten
ist. Dieser einstückige Aufbau und diese Herstellungsweise ermöglichen hohe Präzision
des Meßbalkens, insbesondere im Bereich seines Steges.
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Die Überlastsicherungen im beweglichen Meßbalken können zumindest
zum Teil als innerhalb des zwischen
dem Kopfteil und dem Fußteil
gebildeten Schlitzes am Kopfteil und/oder am Fußteil einstückig geformte Vorsprünge
ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, die Überlastsicherungen zumindest zum
Teil durch innerhalb des zwischen dem Kopfteil und dem Fußteil gebildeten Schlitzes
am Kopfteil und/oder am Fußteil angesetzte Verengungsstücke zu bilden. Diese Verengungsstücke
können dann bezüglich der gewünschten Schlitzbreiten-Reduzierung einstellbar sein,
beispielsweise mittels Feingewinde.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Prinzipdarstellung für die herkömmliche
Bestimmung der Umfangslänge nach Prüfmethode A; F i g. 2 eine Prinzipdarstellung
für die herkömmliche Bestimmung der Umfangslänge nach Prüfmethode B; F i g. 3 die
wesentlichen Teile einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung, eingerichtet für Prüfmethode
B; Fig.4 einen in der Vorrichtung nach Fig.3 vorgesehenen Federmeßbalken schematisch
in Seitenansicht; Fig.S eine zweite Ausführungsform des in eine Vorrichtung nach
Fig.3 einsetzbaren beweglichen Meßbalkens schematisch in Seitenansicht; F i g. 6
eine Abwandlung eines beweglichen Meßbalkens nach Fig. 4 oder Fig. 5 im Bereich
6; Fig.7 eine andere Abwandlung eines Meßbalkens nach F i g. 4 oder Fig. 5 im Bereich
6; Fig.8 eine dritte Abwandlung eines Meßbalkens gemäß F i g.4 oder F ì g.5 im Bereich
6 und Fig.9 eine vierte Abwandlung eines Meßbalkens nach Fig. 4 oder Fig. 5 im Bereich
6.
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Wie aus F i g. 1 ersichtlich, ist bei der herkömmlichen Bestimmung
der Umfangslänge von halbzylindrischen Prüflingen 10, beispielsweise zweiteiligen
dünnwandigen Gleitlagerschalen eine Meßaufnahme 11 vorgesehen, die eine Meßaufnahmebohrung
12 mit dem auf den Prüfling abgestimmten Durchmesser D,b und zu jeder Seite dieser
Meßaufnahmebohrung 12 eine Bezugsfläche 13 trägt. Auf die eine Bezugsfläche 13 ist
für die Prüfmethode A ein fester Anschlag 14 angebracht, der über den Rand der Meßaufnahmebohrung
12 ragt und an den sich der Prüfling 10 von unten her anlegt. Mit der freien Bezugsfläche
und dem aus der Meßaufnahmebohrung 12 vorstehenden Ende des Prüflings 10 wird die
Meßaufnahme 11 unter einen beweglichen Meßkopf 15 gebracht, der einen beweglichen
Meßbalken 16 und einen Meßwertaufnehmer 17 enthält. Dabei wird der bewegliche Meßbalken
16 auf den überstehenden Teil des Prüflings 10 aufgesetzt, und der Meßwertaufnehmer
tastet die freie Bezugsfläche 13 ab. Auf den Meßkopf 15 wird die Prüfkraft Fausgeübt,
die über den Meßkopf 15 und den beweglichen Meßbalken 16 auf die Teilfläche des
Prüflings 16 direkt einwirkt, während die andere Teilfläche am festen Anschlag 14
anliegt. Unter diesen Bedingungen wird vom Meßwertaufnehmer 17 ein Abstand zwischen
der Bezugsfläche 13 und dem beweglichen Meßkopf 15 abgetastet, der ein Maß für den
Überstand, d. h. die Umfangslänge des Prüflings 10 ist. Um die Schieflage der Teilfläche
des Prüflings 10 zu ermitteln, kann an einem seitlichen Ende der Abstand des beweglichen
Meßbalkens 16 von der Bezugsfläche 13 von einem zweiten Meßwertaufnehmer abgetastet
werden.
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Die in Fig. 2 wiedergegebene Prüfmethode B sieht vor, daß die Meßaufnahme
11 an beiden Bezugsflächen 13 freigehalten ist und der Prüfling 10 mit beiden Enden,
d.
h. mit beiden Teilflächen aus der Meßaufnahmebohrung 12 vorsteht. Auf die eine Teilfläche
wird ein fester Meßbalken 18 mit Meßwertaufnehmer 17 und auf die zweite Teilfläche
des Prüflings 10 ein beweglicher Meßbalken 19 mit Meßwertaufnehmer 17 aufgesetzt.
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Die Prüfkräfte F, und F2 wirken über einen Meßkopf und die beiden
Meßbalken 18 und 19 auf die beiden Teilflächen des Prüflings 10 ein. Die Meßwertaufnehmer
17 tasten die Abstände SNI und SN2 ab, wobei der Überstand bzw. die Umfangslänge
des Prüflings 10 aus der Summe dieser beiden Abstände Sl + S2 ermittelt wird.
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Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung ist geeignet für die Bestimmung
der Umfangslänge und der Schieflage der aneinanderstoßenden Teilflächen von zweiteiligen,
dünnwandigen zylindrischen Prüflingen, insbesondere Gleitlagerschalen sowohl nach
der Prüfmethode A (F i g. 1) als auch nach der Prüfmethode B (F i g. 2). Fig.3 zeigt
die wesentlichen Teile einer Meßvorrichtung mit der Meßaufnahme 11, die zu beiden
Seiten ihrer Meßaufnahmebohrung 12 Bezugsflächen 13 trägt. In der Meßaufnahmebohrung
12 ist eine halbzylindrische Gleitlagerschale als Prüfling 10 eingelegt. Die Meßaufnahme
11 ist im Sinne des Pfeiles 20 unter Ausübung der jeweils vorgesehenen Prüfkraft
F von unten gegen den damit relativ zur Meßaufnahme 11 beweglichen Meßkopf 15 anzuheben.
Der Meßkopf 15 trägt zwei Meßwertaufnehmer 17, die auf getrennte oder auf ein gemeinsames
Anzeigegerät 21 wirken.
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Im Unterschied zu der Prinzipdarstellung gemäß F i g. 2 weist die
Meßvorrichtung gemäß Fig. 3 zwei bewegliche Meßbalken 19 auf, die mit Hilfe einer
Skala 22 seitlich symmetrisch an dem brückenartigen Meßkopf 15 verstellbar sind.
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jeder dieser beweglichen Meßbalken, die im folgenden als »Federmeßbalken«
bezeichnet werden, hat einen Kopfteil 23 und einen Fußteil 24, die über einen federnd
elastischen Steg 25 miteinander verbunden sind.
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Der Steg 25 ist im mittleren Bereich des Federmeßbalkens 19 angeordnet
und erstreckt sich über die gesamte Meßbalkenbreite. Im dargestellten Beispiel ist
sowohl in der Ausführung nach F i g. 4 als auch in der Ausführung nach Fig.5 der
Federmeßbalken 19 mit Kopfteil 23, Fußteil 24 und Steg 25 einstückig aus Stahl hergestellt,
in dem zu beiden Seiten des Steges ein Schlitz 26 zwischen dem Kopfteil 23 und dem
Fußteil 24 herausgearbeitet ist. Wie aus den Fig.3 bis 5 ersichtlich, ist der Federmeßbalken
19 direkt mit einem Meßwertaufnehmer 27 mit Anzeigegerät 28 ausgestattet, um die
gegenseitige Stellung von Kopfteil 23 und Fußteil 24 abzutasten. Hierzu ist am Kopfteil
23 ein Träger 29für den Meßwertaufnehmer angebracht. Gemäß F i g. 3 und 4 ist am
Fußteil 24 ein Ansatz 30 vorgesehen, auf den der Meßwertaufnehmer 27 greift. Im
Unterschied hierzu ist im Beispiel gemäß Fig.S der Kopfteil 23 kürzer ausgebildet
als der Fußteil 24 und auf der Oberseite des Fußteils 24 in dem vor dem Kopfteil
23 freiliegenden Bereich direkt eine Abtastfläche 31 gebildet, auf die der Meßwertaufnehmer
27 greift.
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Wie aus den Fig.3 bis 5 ersichtlich, ist der Federmeßbalken 19 mit
der oberen Fläche des Kopfteiles 23 an dem Meßkopf 15 befestigt, während die untere
Fläche des Fußteiles 24 mit jeweils einer Teilfläche des halbzylindrischen Prüflings
10 in Berührung kommt. Unter der Wirkung der Prüfkraft nimmt der Fußteil 24 unter
elastischer Verformung des Steges 25 die Schieflage der jeweiligen Teilfläche ein.
Die damit eintretende Verschwenkung des Fußteiles 24 gegenüber
dem
Kopfteil 23 ist dann direkt mittels des Meßwertaufnehmers 27 feststellbar.
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Um zu verhindern, daß bei außermittiger Belastung, also unrichtiger
Anordnung der Meßaufnahme 11 und des Prüflings 10 unter dem Meßkopf 15 an dem Steg
25 eine übermäßige Verformung evtl. sogar eine bleibende (plastische) Verformung
eintritt, ist der Federmeßbalken 19 mit einer Überlastsicherung gegen außermittige
Belastung ausgestattet. Hierzu sind gemäß Fig. 4 in den äußeren Endbereichen des
zwischen dem Kopfteil 23 und dem Fußteil 24 zu beiín Seiten des Steges 25 gebildeten
Schlitzes 26 jr eine Begrenzungsleiste 32 an der Unterseite des Kopfteiles 23 angebracht.
Entsprechend sind im Beispiel der Fig.S in den äußeren Endbereichen des Schlitzes
26 Begrenzungsleisten 33 an der Unterseite des Kopfteiles 23 einstückig mit diesem
ausgebildet. In beiden Fällen ergeben diese Begrenzungsleisten 32 bzw. 33 je eine
Schlitzbreitenreduzierung 34 derart, daß sich jeweils eine der Begrenzungsleisten
32,33 auf die Oberseite des Fußteiles 24 setzt, wenn die Verschwenkung des Fußteiles
24 gegenüber dem Kopfteil 23 einen vorher festgelegten Grenzwert erreicht.
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Wie die Fig. 6 bis 9 zeigen, kann der Federmeßbalken 19 zusätzlich
mit einer Überlastsicherung gegen übermäßige zentrische Prüfkräfte ausgestattet
sein.
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Hierzu sind gemäß Fig. 6 zu beiden Seiten und in unmittelbarer Nachbarschaft
des Steges 25 im Schlitz 26 sowohl an der Unterseite des Kopfteiles 23 als auch
an der Oberseite des Fußteiles 24 Anschlagleisten 35 einstückig ausgebildet, die
sich gegenüberstehen und so paarweise jeweils eine Schlitzverengung 36 zu jeder
Seite des Steges 25 bilden. Gemäß Fig.7 sind zur Bildung der Schlitzverengungen
36 Anschlagleisten 37 größerer Höhe mit dem Kopfteil 23 an dessen Unterseite einstückig
ausgebildet. Als Alternative sind im Beispiel der F i g. 8 die Schlitzverengungen
36 durch Anschlagleisten 37 gebildet, die einstückig mit dem Fußteil 24 auf dessen
Oberseite ausgebildet sind.
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Schließlich zeigt F i g. 9 als weitere Möglichkeit, daß in den Schlitz
26 zu beiden Seiten des Steges 25 je eine der Oberseite des Fußteiles 24 gegenüberstehende
Anschlagleiste 38 nachträglich eingesetzt und durch Schrauben am Kopfteil 23 befestigt
sind. Diese eingesetzten Anschlagleisten 38 bilden mit der Oberseite des Fußteiles
24 die Schlitzverengungen 36. Diese Schlitzverengungen 36 sind derart bemessen bzw.
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vorher berechnet, daß bei Überschreiten einer vorher bestimmten zentrischen
Prüfkraft der Steg 25 noch innerhalb seines elastischen Verformungsbereiches soweit
zusammengedrückt wird, daß sich die Anschlagleisten 35, 37, 38 unter Schließen der
Schlitzverengungen 36 aufsetzen und dadurch verhindern, daß der Steg 25 mit plastischer
Verformung zusammengedrückt werden kann. Hierdurch wird verhindert, daß der elastische
Steg 25 eines für kleinere Prüfkraft, beispielsweise maximal 25 kn ausgelegten Federmeßbalkens
19 bei irrtümlicher Höherbelastung der plastischen Verformung nahekommen könnte.
Im
Interesse einer guten Absicherung gegen plastische Verformung soll die Schlitzweite
im Bereich der Schlitzverengungen 36 nur sehr gering sein, beispielsweise einige
Hundertstel Millimeter. Dagegen muß im Interesse der unbehinderten Schieflage-Messung
die Schlitzbreite im Bereich der Schlitzbreiten-Reduzierungen 34 noch mindestens
einige Zehntel Millimeter betragen. Durch die Anordnung der Schlitzverengungen 36
in nächster Nachbarschaft des Steges 25 wird durch die Schlitzverengungen 36 die
Schieflagemessung nicht behindert.
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Aus wirtschaftlichen Gründen und im Interesse der exakten Funktion
wird der Federmeßbalken 19 vorzugsweise einstückig aus gehärtetem Stahl hergestellt.
Nach dem Härten und Anlassen wird das Rohteil fertiggeschliffen und zum Schluß mittels
Funkenaerosion durch Materialabtragung mit den Schlitzbreiten-Reduzierungen 34 und
durch Materialabtragung mittels Laser mit den Schlitzverengungen 36 versehen.
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Die erforderliche Prüfkraft für die Umfangslängenmessung beträgt
ca. 100 N/mm2, bezogen auf den Querschnitt des Prüflings 10. Durch Versuche wurde
überraschenderweise festgestellt, daß bei einem Querschnitt von 3 mm 20 mm = 60
mm2 des federelastischen Steges 25 für einen gehärteten Stahl von einer bestimmten
Materialspezifikation eine maximale Prüfkraft von 25 kN zugelassen werden kann,
wobei die Meßunsicherheit und die Reproduzierbarkeit nach VDI/DGQ-Richtlinie 3441
sowohl für die Umfangslängenmessung als auch für die Schieflagenmessung zuverlässig
einzuhalten sind. An Federmeßbalken 19, die mit Prüfkräften im Bereich von 25 kN
bis 50 kN einzusetzen sind, ist doppelter Stegquerschnitt vorzusehen, und zwar 6
mm 20 mm = 120 mm2, wobei die Meßbalkenbreite 20 mm beträgt.
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Je nach Materialspezifikation und Stegbreite sind mittels Reihenversuchen
durch Vergleichsmessungen Korrekturfaktoren zur Einstellung der Grenzwertmarkierungen
an den Meßwertaufnehmern für die Schieflage zu vermitteln, da der federnd elastische
Steg 25 außer der Prüfkraft eine eigene Kraft auf die Teilfläche der halbzylindrischen
Prüflinge ausübt und somit eine Verformung hervorruft, welche die Meßwertanzeige
beeinflußt.
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Wenn gemäß F i g. 3 die Meßmethode B mit zwei Federmeßbalken 19 ausgeführt
wird, von denen jeder einen Meßwertaufnehmer 27 für die Schieflagenmessung trägt,
so ist es auch ohne weiteres möglich, entsprechend F i g. 2 nur einen Federmeßbalken
19 mit Meßwertaufnehmer 27 und einen festen Meßbalken 18 am Meßkopf 15 anzubringen.
Die in F i g. 3 durch ihre wesentlichen Teile wiedergegebene Meßvorrichtung läßt
sich auch mit wenigen Handgriffen für die Durchführung der gleichzeitigen Messung
der Umfangslänge und der Schieflage nach der Prüfmethode A (Fig. 1) umrüsten, wobei
die Meßaufnahme 11 einseitig mit einem festen Anschlag zu versehen ist und nur ein
Federmeßbalken 19 am Prüfkopf 15 anzubringen ist.