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Vorrichtung zum Ermitteln der infolge der elastischen Formänderung
bei belasteten Maschinen-und Baukonstniktionsteilen auftretenden ungleichmäßigen
Belastungsverteilung Die erfindungsgemåße Vorrichtung dient vor allem der, Feststeilnng
dfer Drücke, die an den verschiedenen. Stellen der Berührungsflächen von gegeneinander
gedrtickten Teilen auftreten. Es handelt sich dabei besonders -um die Erfassung
solcher Kräfte, die mit andern üblichen Mitteln nicht oder doch nicht genfigend
genau gemessen werden können, weil die betreffenden Teile nicht oder nur schwer
zugänglich sind, oder weil die durch die betreffenden Kräfte hervorgerufenen Formänderungswege
nur sehr klein sind.
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Außerdem ist die neue Vorrichtung zur Feststellung von Beanspruchungen
in den betref fenden zu untersuchenden Bauteilen geeignet.
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Man hat schon die verschiedensten Apparate, Instrumente und Vorrichtungen
vorgeschlagen, niet denen auf mechanischem oder hydraulischem Wiege Kraft-, Spannungs-,
Schub- oder Drehmomentmessungen vorgenommen- werden. Damit hat die Erfindung an
tsich nichts zu tun. Die Erfindung besteht darin, daß die Meßvorrichtung entweder
aus einem ständig eingebauten Bauelement des zu untersuchenden Bauteils oder aus
einem nur für die Untersuchung zu verwendenden zusätzlich in den zu untersuchenden
Bauteil einzusetzenden Bauelement besteht, das durch Einschnitte, Kerben o. dgl.
in einzelne Ab--schnitte, Zonen 0. dgl. unterteilt ist, deren Abstandsänderungen
zum Bestimmen der Belastungsverteilung des zu untersuchenden Bauteils gemessen werden.
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Niach dem weiteren Merkmal der Erfindung weisen die durch die Unterteilung
des als Meßorgan dienenden Bauelementes entstehenden Ansätze, Zapfen o. dgl. derartige
Abmessungen auf, daß das Meßorgan dieselbe elastische Charakteristik besitzt wie
der zu untersuchende Bauteil.
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In den Abbildungen ist die erfindungs- -gemäße Vorrichtung in drei
beispielsweisen Ausführungen schematisch dargestellt.
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Abb. I zeigt einen Schnitt durch zwei durch eine Schraube zusammengedrückte
Teile.
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Abb. 2 stellt die Draufsicht dazu - dar. In Abb. 4 sind Teile eines
Wälzlagers in teilweisem Schnitt dargestellt. Abb. 5 ist eine
Draufsicht
auf eine Seitenfläche einer besonders ausgebildeten Rolle des Wälzlagers nach Abb.
4. Die Abb. 3 und 6 zeigen Lastverteilungskurven, die auf Grund der Messungen mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhalten wurden. Die Abb. 7 und 8 zeigen ebenfalls
einen besonders ausgebilcleten Meßkörper in Form einer Rolle für ein Wälzlager.
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Es Ibedeuten in den Abb. 1 und 2 I einen Schaftteil einer Kolbenstange
eines Verbrennungsmotors, 2 den dazugehörigen Lagerdeckel, 3 eine diese beiden Teile
verbindende Schraube, welche an dem unteren Ende ein Gewinde 4 trägt, auf welchem
eine Mutter 5 sitzt. 6 ist der obere Teil der Schraube 3, die hier die erfindungsgemäße
Vorrichtung bildet. An der Schraube 3 sind eine Anzahl (8) Segmentstücke oder Zapfen
In bis IS angeordnet, die durch Stücke geringerer Höhe II' bis 18' mit dem Hauptteil
6 verbtinden sind. An den oberen Enden sind die Segmentstücke schmal ausgeführt,
so daß die entsprechenden Flächen II" bis I8" eben groß genug sind, um die Spitze
von Meßinstrumenten aufnehmen zu können. Die einzelnen Segmentstücke ii bis 18 sitzen
an den Punkten 2I bis 28 auf der an dein Schaftteil I hierfür vorgesehenen Fläche
auf. Von diesen, Punkten sind in der Abb. I nur die Punkte 21 und 25 ersichtlich,
die in der Schnittebene dieser Abbildung liegen. Die Auflagerstellen der Stücke
I2, 13-, 14, I6, I7, I8 auf dem Teil I sind nicht unmittelbar sichtbar. Diese seien
mit 22, 23, 24, 26, 27, 28 bezeichnet.
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Es soll nun die Kraftverteilung festgestellt werden, die entweder
durch die an der Stange ausgeübte Zugkraft entsprechend den im Betrieb auftretenden
Verbrennungs- bzw.
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Massenkräften oder beim Anziehen der Schraube 3 an den- Punkten 21
bis 28 auftritt. Die an diesen Stellen sich ergebenden Formänderungswege sind naturgemäß
verhältnismäßig klein. Auch sind diese Punkte vielfach wie in dem vorliegenden Beispiel
für die Messung nicht oder nur durch ganz besondere Maßnahmen zugänglich. Es werden
deshalb. Meßinstrumente mit geeigneter Meßlänge an den den einzelnen Segmentstücken
entsprechenden Punkten II", II'''; ... 15", I5"'; . . . i8", "' aufgesetzt und die
beim Anziehen oder Nachlassen der Mutter 5 entsprechende Änderung des Abstandes
der Punkte II", 1 1"' usw. voneinander mit dem Meßinstrument festgestellt. Die Messung
selbst erfolgt also in iiblicher bekannter Weise.
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Vor der Messung muß die die Segmentstiicke II bis Is tragende Schraube
3 in einer besonderen Vorrichtung, bei der eine gleichmäßige Lastverteilung gesichert
ist, z. B. in einer Zerreißmaschine, einer Eichung unterworfen werden. Dabei ist
der Formänderungsweg jedes einzelnen Segmentstücks bezogen -auf die übertragene
Last zu messen.
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Bei der Herstellung der Segmentstücke läßt sich leicht erreichen,
daß jedes Segmentstück den gleichen spezifischen Formänderungsweg (bezogen auf die
übertragene Kraft) besitzt.
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Auf Grund dieser Eichung lassen sich die bei der Vorrichtung nach
Abb. I durch jedes einzelle Seginentstück auf die - entsprechenden Flächenteile
21 bis 28 ü,bertragenen Drücke bestimmen. Alldererseits kann man daraus auch die
an diesen Punkten vorhandenen Formänderungswege berechnen.
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In Abb. 3 ist das Ergebnis einer derartigen Messung gezeigt. Der
Kreisumfang, auf weil schein die Meßpunkte 2I bis 28 liegen, ist dabei in die Bildebene
abgewickelt. Nachdem die Stangenverbindung durch Anziehen der Mutter 5 einer gewissen
Vorspannung unterworfen ist, werden an den Punkten II", II"' usw. Meßinstrumente
aufgesetzt; es kann auch ein einzelnes Meßinstrument der Reihe nach an verschiedenen
Punkten aufgesetzt werden Die durch die Schraube ausgeübte gesamte -Zugkraft kann
z. B. durch Feststellung der Äpderung der Gesamtlänge der Schraube vermittels eines
Mikrometers gemessen werden. --Wenn nun die Stange durch eine Massenkraft belastet
wird, wird, wie die Kurve zeigt, der größte, infolge dieser Kraft auftretende zusätzliche
Druck an dem inneren Ende der Auflagefläche an dem dem Stangenschaft zu gelegenen
-Punkt 21 übertragen, während die in den Punkten 22, 23, 24 einerseits sowie 25,
26, 27 andererseits auftretenden Drücke nach dem äußeren Ende der Stange zu abnehmen.
In dem ganz außen liegenden Punkt25 wird durch die Messung ein negativer zusätzlicher
Druck, also ein Zug festgestellt. Die durch die Vorspannung belastete Schraube 3
wird also- durch diese zusätzlichen Kräfte in dem auf der linken Seite der Abbildung
zu gelegenen Teil am stärksten gezogen, während in dem äußeren Teil der Schraube
eine Druckspannung sich von der Vorspannung abzieht.
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Um die gleichen Verhältnisse zu erhalten, die bei der Schraubenverbindung
im Betrieb vorliegen, muß darauf gesehen werden, daß die Kraftübertragung durch
die Stücke- 1 1 bis IS zwischen der Schraube 3 und den Punkten 21 bis 28 in gleicher
Weise erfolgt, wie dies durch die normal verwendete Schraube der Fall ist. Die Abmessungen
der Segmentstücke II bis I 8, insbesondere der Teile 11' bis ISt, miissen also so
gewählt werden, daß die gleiahen Formänderungseigenschaften (die gleiche elastische
Charakteristik) ;bei diesem' -Stück vorliegt wie bei der normal an dieser Stelle
-+rerwendeten Schraube.
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Die in den Abb. 4 und~5 gezOeigte, dort die erfindungsgemäße Meßvorrichtung
darstellende Rolle 31 eines Wälzlagers liegt zWischen den Laufflächen der Laufringe
32 und 33, die z. B. einem Kolbenstangenlager eines Verbrennungsmotors angehören.
Die Rolle 3I ist in ihrem' unteren Teil mit einem axialen Verläiigerungsstück 34
versehen, das aus dem Lager seitlich heraustritt, und besitzt in ihrem oberen Teil
einen in der gleichen Richtung liegenden Zapfen 35, der von dem Rand der Rolle 3I
durch eine Vertiefung 36 und von dem Verlängerungsstück 34 .durch eine Einfräsung
37 getrennt ist. Diese Vertiefung 37 reicht nach links um einen Betrag 38 über die
Mitte der Rolle bzw. das Mittel des Kraft angriffs binaus. An den Punkten 35" und35"'
wird ein Meßinstrument aufgesetzt.