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Vorrichtung zum Prüfen der dynamischen Festigkeit von Federn Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Prüfen der dynamischen Festigkeit von Federn
der bekannten Gattung mit einem festen, für die statische Belastung einstellbaren
und einem beweglichen Widerlager, dessen Bewegungsgröße gegebenenfalls während des
Betriebes regelbar ist.
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Mit der neuen Einrichtung sollen vornehmlich sehr harte Federn (Schrauben-,
Wickel- oder Blattfedern) unter hoher Last bei geringer Federung (Schwingungshöhe)
geprüft werden, beispielsweise im Flugmotorenbau benutzte Federn aus sehr festem
Material mit sehr starken Querschnitten. Die gesamte Schwingung beträgt in sehr
vielen Prüfungsfällen nur Zehntelmillimeter. Es ist daher erforderlich, daß die
Einstellung der Schwingungsgröße auf Hundertstelmillimeter genau erfolgt.
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Diese Aufgabe kann mit den bekannten Maschinen der angegebenen Gattung
nicht gelöst werden, weil sie die erforderliche Einstellgenauigkeit nicht haben.
Eine bekannte
vornehmlich zur statischen und dynamischen Prüfung.
von Eisenbahnblattfedern geschaffene Maschine umfaßt zwei gesonderte Hubwerk zwischen
die die zu prüfende Feder eingespannt wird. Das eine Hubwerk, und zwar dasjenige
zur Erzeugung der statischen Belastung, greift in der Mitte der Feder an.
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Es besteht aus einem gegen die Feder verschiebbaren Schlitten, mit
welchem die die Feder belastende Kraft einstellbar ist. Das andere Hubwerk, mittels
dessen die mit ruhender Last vorgespannte Feder rhythmisch wirkenden zusätzlichen
Be- und Entlastungen unterworfen werden soll, besteht aus einem Tisch, auf welchem
die Feder befestigt ist, der mit Hilfe von zwei an seiner Untrseite ar;,eordneten
Kurbelgetrieben in Schnvinewetngen versetzt wird. Zur Regelung der Schwingungsgröße
ist vorgesehen, daß die Länge der Kurbelarme des Kurbelgetriebes während des Betriebes
einstellbar sind. Die Kurbelzapfen sollen beispielsweise in radialer Richtung mittels
Spindeln verstellt werden, die durch Kegelräder drehbar sind.
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Mit dem bekannten Vorschlag kann die gestellte Aufgabe nicht gelöst
werden. Die zur Erzeugung der rhythmischen Tischbewegung benutzten Kurbelgetriebe
lassen beispielsweise eine auf 1liio mm genaue Einstellung bei einer gesamten Schwingungsgröße
von beispielsweise nur t/o mm nicht zu. Bei jedem Kurbelgetriebe sind zwei Lagerzapfen
vorhanden, die das erforderliche Lagerspiel haben müssen. Allein aus diesem Grund
ist eine Einstellung auf Bruchteile eines Millimeters genau nicht möglich. Hinzu
kommt, daß für die Einstellung der Schwingungsgröße des Tisches während des Betriebes
eine große Anzahl von Zwischenelementen vorgesehen werden muß. die die Genauigkeit
noch weiter herabsetzen.
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Nach der Erfindung werden die geschilderten Mängel durch folgende
Maßnahme beseitigt: Das geführte bewegliche Widerlager wird mittels eines Hebelsystems
mit zwei symmetrisch zur senkrechten Mittelebene angeordneten Schwinghebeln bewegt,
von denen jeder mit seinem von der senkrechten Mittelebene abgelegenen Ende in einem
im Vorrichtungsgestell quer verschiebbaren Schlitten gelagert ist, während die einander
zugekehrten Hebelenden von einem in der senkrechten Mittelebene gelagerten Antriebsglied
beeinflußt werden.
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Bei dieser Ausbildung einer Prüfmaschine ist die erforderliche Prüfgenauigkeit
selbst bei Schwingungsgrößen von nur Zehntelmillimetern und eine Einstellgenauigkeit
mit Hundertstelmillimetern gegeben. Durch das symmetrisch zur senkrechten Mittelebene
aufgebaute Hebelsystem mit genauem gleichem Abstand der SchwinghebelgelenkeundAuflagepunkte
des beweglichen Widerlagers von der Auflagestelle der Schwinghebel auf dem Antriebsglied
sind Verschiebungen in dem Hebelsystem vermieden. Die Schwinghöhe des beweglichen
Widerlagers läßt sich genau vorher herechnen und einstellen. Es sind keine Lagerzapfen
vorhanden, die immer ein gewisses Spiel haben müssen. Dagegen wird durch die eigenartige
Lagerung der Schwinghebelarme ein großes Übersetzungsverhältnis in das Antriebssystem
hineingelegt, so daß bei etwaigen Einstellungenauigkeiten im System keine meßbaren
Auswirkungen vorhanden sind, beispielsweise dann, wenn etwa die Einstellung der
einen Seite des Hebelsystems gegenüber der anderen Seite um einen Bruchteil eines
Millimeters versetzt sein sollte.
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Nach einer wertvollen Einzelheit der Erfindung, die sich auf die
Einstellung der Schwingungsgröße des beweglichen Widerlagers während des Betriebes
bezieht, ist vorgesehen, daß die Schlitten, an welche die Schwinghebel angelenkt
sind, gemeinsam bebeweglich gelagert sind, derart, daß ihr Abstand von der senkrechten
Mittelebene in symmetrischer Übereinstimmung veränderbar ist. Vorteilhaft stehen
die beiden Schlitten mit einer gemeinschaftlichen mit Rechts- und Linksgewinde gleicher
Steigung versehenen Spindel im Eingriff.
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Diese Einstellung ergibt die erforderliche Genauigkeit. Auch hier
wirkt sich die eingeschaltete Hebelübersetzung günstig aus, wenn unter Umständen
einmal eine geringfügige Ungenauigkeit in der Symmetrie der Bewegung vorhanden sein
sollte, weil dank der großen Hebelarmlänge keine meßbare Veränderung entstehen kann.
Zweckmäßig weist einer der beiden Schlitten ein Anzeigeglied auf, welches mit einer
am Vorrichtungsgestell angebrachten Teilung zusammenarbeitet.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schwinghebel
mittels eines dieselben krampenartig. übergreifenden unter Federeinfluß stehenden
Gliedes ständig auf dem Antriebsglied, z. B. einer Exzenterwelle, oder einer auf
diesem Glied aufliegenden Zwischenrolle in Anlage gehalten werden.
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Dadurch wird erreicht, daß die Schwinghebel gezwungen werden, den
durch das exzentrische Antriebsglied hervorgerufenen Schwingbewegungen auch bei
hohen Frequenzen zu folgen.
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In den Abbildungen ist die Vorrichtung nach der Erfindung durch Ausführungsbeispiele
dargestellt, die in Abb. I eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht, in
Abb.
2 den Schnitt nach der Linie II-II der Abb. I und in Abb. 3 im größeren Maßstab
die Auflagerung der zu prüfenden Schraubenfedern zeigt.
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Zwei weitere Ausführungsbeispiele, welche die Vorrichtung nach der
Erfindung in Anwendung auf Blattfedern veranschaulichen, sind in Abb. 4 und 5 in
ähnlicher Weise wie in Abb. I dargestellt, während die Abb. 6 eine Einzelheit im
Querschnitt und Abb. 7 den Schnitt nach VI-VI der Abb. 6 zeigt.
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In einem Rahmen I sind zwei aufrecht stehende, parallele Führungssäulen
2 befestigt, die zur Führung eines beweglichen Widerlagers 3 und eines während des
Prüfvorganges festen Widerlagers 4 dienen. Unterhalb des als Schwingbalken ausgebildeten
beweglichen Widerlagers 3 ist der Schwingantrieb angeordnet. Er besteht aus einem
Zylinder 6, der einen exzentrischen Teil einer Welle bildet, welche mittels eines
Riementriebes von einem Elektromotor 5 in Umlauf versetzt wird. Das Ausführungsbeispiel
nach Abb. I bis 3 zeigt eine Einrichtung zum Prüfen von Schraubenfedern, die bei
jeder Schwingbewegung nur um einen geringen Betrag zusammengedrückt werden sollen;
infolgedessen ist die Exzentrizität e des Zylinders 6 entsprechend gering bemessen.
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Oberhalb des Zylinders 6 ist in dem ihn aufnehmenden Lagerkörper 7
eine Rolle 8 gelagert, auf die sich zwei Schwinghebel 9 und 10 abstützen. Jeder
der beiden Schwinghebel ist in einem Schlitten II gelagert, der in dem Rahmen 1
quer verschieblich angeordnet ist. In der Nähe des Gelenkes I2, mit dem jeder Schwinghebel
an seinem Schlitten II angreift, trägt er eine Rolle I3. Auf den beiden Rollen I3
ruht mittels einer Platte 14 aus verschleißfestem Werkstoff der Schwingbalken 3.
Die Schwinghebel g und 10 sind spiegelbildlich zur mittleren senkrechten Querebene
der Vorrichtung (dargestellt durch die Linie A-A der Abt. 1) derart angeordnet,
daß ihre Gelenke 12 und ihre Rollen I3 genau gleichen Abstand von der Auflagerstelle
der Hebel g und 10 auf der Zwischenrolle 8 haben, die mit ihrer Achse gleichfalls
in der Ebene A-A 4 liegt. Des weiteren ist diese Anordnung so getroffen, daß die
Achsen der Gelenke 12 und der Rollen 13 sowie die soeben erwähnten Auflagerstellen
in derselben waagerechten Ebene liegen. Dadurch werden Verschiebungen und Verzerrungen
in dem Hebelsystem vermieden; die Schwinghöhe des Balkens 3 läßt sich in einfacher
Weise genau vorher berechnen und einstellen. Durch die Einschaltung der Rolle 8
werden die von dem Exzenter 6 ausgehenden Schwingbewegungen in genau senkrechter
Richtung unter Vermeidung von seitlich wirkenden Kräften auf das Schwinghebelpaar
9, 10 übertragen Infolge der erwähnten symmetrischen Anordnung haben hierbei die
beiden Rollen 13 den gleichen Hub, so daß der Schwingbalken 3 an jeder Stelle seiner
gesamten Ausdehnung um das gleiche Maß ausschwingt Seine sämtlichen Bewegungen erfolgen
somit parallel zur senkrechten Längsachse der Einrichtung, also auch parallel zu
den Führungssäulen 2, denen gegenüber er sich somit auch nicht verkanten kann.
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In einer Hülse I6, die in dem Maschinenrahmen I in senkrechter Richtung
verschiebbar gelagert ist, ist oberhalb der Schwinghebelg, 10 ein Stift 15 angeordnet;
eine am Maschinenrahmen X und an der Hülse 16 angreifende Feder I7 zieht den Stift
15 an die Hebel 9, 10 heran und bewirkt dadurch, daß die Schwinghebel dauernd in
Auflage auf der Zwischenrolle 8 gehalten und auf diese Weise gezwungen werden, den
durch die exzentrische Rolle 6 hervorgerufenen und durch die Rolle 8 übertragenen
Schwingbewegungen auch bei hohen Frequenzen zu folgen. Wie Abb. 2 erkennen läßt,
stehen die Schlitten II der Schwinghebel 9, 10 durch eine im Rahmen I gelagerte,
mit Links- und Rechtsgewinde von gleicher Steigung versehene Schraubenspindel I8
im Eingriff, so daß ihr Abstand von der Ebene 2 4 mittels des Handrades 19 der Spindel
18 verändert werden kann, und zwar derart, daß dieser Abstand bei der einen Rolle
stets demjenigen bei der anderen Rolle gleichbleibt. Mit dieser Einrichtung läßt
sich der Hub des Schwingbalkens 3 innerhalb bestimmter Grenzen in einfacher Weise
auch während des Betriebes der Prüfvorrichtung regeln. Die genaue Einstellung des
Hubes kann mittels eines an-einem der Schlitten II angebrachten Zeigers 20 (Abb.
2) und einer ihm gegenüberliegenden Teilung 21 am Rahmen 1 erfolgen.
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Oberhalb des Schwingbalkens 3 ist auf den beiden Säulen 2 das feste
Widerlager 4 unter Zwischenschaltung je einer Druckfeder 22 in der Weise angeordnet,
daß in eine Ausnehmung 23 jeder Säule 2 ein Hebel 24 gelenkig eingreift, der an
dem festen Widerlager 4 schwenkbar gelagert ist. Die inneren Enden 25 jedes der
beiden Hebel 24 greifen in eine Hülse 26 ein, die mittels einer nicht dargestellten
Schraubenspindel und eines Handrades 27 in ihrer Höhenlage gegenüber dem festen
Widerlager 4 verstellt werden kann.
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Durch diese Einrichtung wird es ermöglicht, das feste Widerlager 4
genau einzurichten und auch den Abstand zwischen dem festen und dem schwingenden
Widerlager der Prüfvorrichtung
und damit die ruhende Belastung
der zwischen den beiden Widerlagern eingespannten zu prüfenden Schraubenfedern 28
zu ändern, und zwar ohne daß hierzu die Prüfvorrichtung stillgesetzt zu werden braucht.
Am Kopfende jeder Säule 2 ist eine mit einer Schraubenspindel versehene Nachstellvorrichtung
29 angeordnet, mittels welcher die Höhenlage des Hebels 24 innerhalb der Säule 2
in engen Grenzen eingestellt werden kann.
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Abb. 3 zeigt die Auflagerung einer zu prüfenden Schraubenfeder 28
in den beiden Widerlagern 3 und 4. Mit ihren beiden Stirnflächen ruht in an sich
bekannterWeise jede Feder 28 auf der ebenen Fläche eines Sugelabschnittes 30', der
mit seiner gekrümmten Fläche in je einer Kugelpfanne 30 bzw. 31 im schwingenden
bzw. im festen Widerlager 3, 4 ruht. Durch diese beiderseitige kugelige Auflagerung
wird der zu prüfenden Schraubenfeder die Möglichkeit gegeben, sich genau in Richtung
der von ihr aufzunehmenden Kraft einzustellen, ohne daß die Prüfgenauigkeit beeinträchtigende
Kräfte auftreten, wie sie z. B. durch eine Anlage an eine axiale Führung hervorgerufen
werden würden. Lediglich zur Verhinderung eines seitlichen Ausweichens der Federn
dient je ein die Stirnfläche des Kugelabschnittes 30' umgreifender flacher Ring
32, dessen lichte Weite so bemessen ist, daß er die zu prüfende Feder nicht berührt.
Im festen Widerlager 4 sind die Kugelpfannen 3I in Schraubenspindeln 33 gelagert,
so daß Höhenunterschiede zwischen den einzelnen zu prüfenden Federn ausgeglichen
und dadurch auch bei sämtlichen Federn die gleichen Belastungsbedingungen geschaffen
werden können.
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Durch die beschriebene Anordnung und Ausbildung der Schwinghebel
und der Auflagerung des Schwingbalkens 3 auf den Rollen 13 der Hebel g und 10 wird
im Verein mit der eingeschalteten Zwischenrolle8 und der Führung durch die beiden
parallelen Säulen 2 der Schwingbalken 3 in eine ßewegung versetzt, in der er genau
parallel zu sich selbst schwingt und auf die zu prüfende Feder eine diese zusammendrückende
Kraft ausübt, die bei jeder Bewegung in genau gleichbleibender axialer Richtung
und bei einer Anzahl gleichzeitig zu prüfender Federn auf jede einzelne in gleicher
Größe wirkt Diese Verhältnisse werden auch dann aufrechterhalten, wenn der Hub des
Schwingbalkens 3 in der beschriebenen Weise durch Verschiebung der beiden Schlitten
II unter Beibehaltung ihres untereinander stets gleichen Abstandes von der Mittelebene
A-A verändert wird. Die Hubverstellung kann auch während des Betriebes der Prüfvorrichtung
vorgenommen werden. Infolge der bereits durch die Übertragungsorgane stets parallel
bleibenden Schwingbewegung des Balkens 3 dienen die Säulen 2 nur zum seitlichen
Festhalten des Schwingbalkens 3, jedoch nicht etwa als Schutz gegen ein Verkanten,
da hier ein solches ausgeschlossen ist. Die beschriebene Ausbildung des festen Widerlagers
4 ermöglicht den gleichzeitigen Ein- oder Ausbau sämtlicher Prüffedern. Die Federn
22 bewirken die Ausschaltung jedes Spieles zwischen dem Schwingbalken 3 und dem
festen Widerlager 4.
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Zur Prüfung von Wickelfedern können die gleichen Federaufnahmen verwendet
werden wie bei Schraubenfedern; erforderlichenfalls werden hierbei die Kugelabschuitte
30' (Abb. 3) in der Größe ihrer ebenen Auflagefläche und die Ringe 32 in ihrer lichten
Weite dem Durchmesser der Stirnflächen der Wickelfedern angepaßt.
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Zur Prüfung von Blattfedern dient eine im festen Widerlager 4 am
unteren Ende der Spindeln 33 angeordnete Einspannvorrichtung 35, die zur Aufnahme
des bei der Prüfung in Ruhe verbleibenden Endes des Federblattes 36 dient (Abb.
4 und 5). Am Schwingbalken 3 besteht die Federaufuahme in dem in Abb. 4 veranschaulichten
Fall, daß die Feder 36 nur nach einer Seite, und zwar nach oben durchgebogen wird,
aus einem Körper 37 mit einer geradlinigen Schneide 38, die auf der Unterseite des
Federblattes 36 anliegt und die es gestattet, daß das Federblatt 36 den Schwingbewegungen
frei folgt.
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Der Körper 37 ist in einem schloßförmigen Teil 39, der in eine Ausnehmung
40 des Schwingbalkens 3 eingeschoben werden kann, mittels einer zylindrischen Führung
41 derart gelagert, daß er eine Schwenkbewegung um eine in der Zeichenebene der
Abb. 4 liegende Achse ausführen kann. Durch diese Einstellbarkeit der Federaufnahme
wird erreicht, daß die Prüfkraft stets rechtwinklig zur Ebene des Federblattes gerichtet
ist.
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In Abb. 5 ist die in gleicher Weise aus einem Körper 42 bestehende,
in den Schwingbalken 3 einschiebbare Aufnahme für den Fall dargestellt, daß das
Federblatt 36 in eine nach oben und unten ausschwingende Bewegung versetzt wird.
Hier wird das Blatt 36 von der Ober- wie von der Unterseite her durch je einen Schneidenkörper
37 gehalten, der, wie Abb. 6 zeigt, mit einer zylindrischen Führung im Körper 42
schwenkbar gelagert ist. Abb. 7 läßt die Schneidenanordnung nach Abb. 5 in größerem
Maßstab erkennen. Auch hier ist die Möglidkeit gegeben, etwaige Abweichungen der
Federblätter von der genau ebenen Gestalt dadurch auszugleichen, daß die Kraftangriffsstellen
im Sinne einer eindeutigen
Übertragung der Prüfkraft und ihrer
Richtung beweglich ausgebildet werden.