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Prüfeinrichtung für Federn mit innerer Reibung, insbesondere für Pumpendidtungen
Die
Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung für federnde Pumpendichtungen, die als Ring
ausgebildet sind und in ihrer Achsrichtung zusammengedrückt werden können. Solche
Dichtungen müssen, wenn sie für Pumpen verwendet werden sollen, sehr sorgfältig
geprüft werden. Es kommt darauf an, daß die Federkraft der Dichtung bei steigender
Belastung und bei dem Zusammendrücken bis auf die Einbauhöhe der Dichtung einen
bestimmten Wert nicht überschreitet, sowie darauf, daß nach dem weiteren Zusammendrücken
der Dichtung um einen vorgeschriebenen Betrag und wieder Entlasten auf die Einbauhöhe
die Federkraft nicht unter einem bestimmten Wert liegt. Die Federkräfte beim Hinundrückgang
der Dichtung sind wegen der inneren Reibung (Hysterese) der Dichtungen erheblich
voneinander verschieden. Die genaue Prüfung dieser Federeigenschaften nach den bekannten
laboratoriumsmäßigen Verfahren eignet sich nicht für die Prüfung großer Stückzahlen.
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Die Erfindung beschäftigt sich damit, eine schnell und genau anzeigende
Einrichtung zum Prüfen unter den vorgeschriebenen Bedingungen zu schaffen.
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Die Zeichnung zeigt eiln Ausführungsbeispiel der Prüfeinrichtung.
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Fig. I ist ein Längsschnitt der Prüfeinrichtung in der Arbeitsstellung;
Fig. 2 ist ein elektrisches Schaltschema der Prüflampen.
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1 ist das Gestell der Prüfeinrichtung. Dieses trägt zwei Arme 2 und
3. An dem oberen Arm 2 ist eine Federwaage 4 aufgehängt. Diese Waage ist von einem
Zylinder 5 umschlossen, der durch Öffnungen in den Armen 2 und 3 geht und in diesen
verschoben werden kann. Der Zylinder 5 ist in seinem Innern bei 6 an dem unteren
Ende der Federwaage 4 aufgehängt. Das obere Ende dieser Federwaage hängt bei 7 an
einem Bolzen, der beiderseits durch Schlitze in dem Zylinder 5 geht und an dem oberen
Tragarm 2 befestigt ist. Der Zylinder 5 ist an jedem der Tragarme 2 und 3 durch
drei um I20° gegeneinander versetzte Wälzlager 8 und g mit waagerecht liegenden
Drehachsen nahezu reibungsfrei gegen die Tragarine abgestützt. Ein weiteres Wälziager
Io gleitet in einen Einschnitt des unteren Tragarmes und sichert als reibungsarmer
Führungsbolzen den Zylinder gegen Drehung.
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Zur selbsttätigen Überwachung seiner Aufundabbewegung trägt der Zylinder
5 zwei einstellbare Kontakte 11 und 12 sowie einen einstellbaren Kontakt 13, der
durch eine Stellschraube 14 in der Richtung der Zylinderachse verschoben werden
kann und mit einer Halteschraube 15. £estklemmbar ist.
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An der oberen Fläche I6 des Zylinders Sitzt ein Anschlagstift 17,
der die zu prüfende Dichtung davor schützt, daß sie zu weit zusammengedrückt wird.
Über dem Zylinder ist gleichachsig mit ihm ein Druckkolben I8 in einem weiteren
an- dem Gestell 1 angebrachten Tragarm I9 verschiebbar befestigt. Eine Feder 20
wirkt der Abwärtsbewegung des Kolbens 18 entgegen. Am oberen Ende des Kolbens ist
ein Hebel 21 gelenkig angebracht, der bei 22 in dem Gestell I gelagert ist und art
seines über diese Lagerung hinausgehenden Ende über .eine., Stange 23, mit einer
Dämpfungseinrichtung 24- verbunden ist.
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Den Kontakten 11 und 12 am Zylinder stehen durch Schrauben 25 und
26 einstellbare Kontaktzungen an dem oberen Tragarm 2 gegenüber. Dem einstellbaren
Kontakt 13 steht eine federnde Kontaktzunge 27 am Kopf 28 des Druckkoibens I8 gegenüber,
die durch ein Isolierstück 29 gegen den Kolben isoliert ist und beim Nachgeben gegen
die Berührung mit dem einstellbaren Kontakt I3 an ihrer Spitze einen weiteren Kontakt
34 öffnet, der den soeben durch den Kontakt 13 geschlossenen Stromkreis wieder unterbricht.
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Die elektrische Schaltung geht aus der Fig. 2 hervor. Der eine Pol
einer Stromquelle 30 ist mit dem Kontakt 34 verbunden, so daß der Strom. von dort
über den einstellbaren Kontakt I3, 14 zu dem Zylinder 5 der Federwaage fließen kann,
von dem er beim Schließen eines der Kontakte 11 oder 12 zu der Leitung 31 und durch
die rote Prüflampe 32 in die Stromquelle 30 zurückfließt. Außer der roten Prüflampe
32 ist an der Stelle, wo die: Leitung 31 in die rote Lampe 32 eingeführt ist, noch
eine grüne Prüflampe 33 - angeschlossen, die größeren Wilderstand hat als die rote
Lampe 32. Die andere Seite dieser grünen Lampe 33 ist unmittelbar mit dem Gestell
der ganzen. Einrichtung verbunden, so daß ein Strom von der Batterie 30 über die
Lampen 32 und 33 in Reihe und über die Kontakte I3, 34 fließen kann, auch wenn weder
II noch 12 geschlossen ist. In diesem Fall leuchtet wegen ihres größeren Widerstandes
nur die grüne Prüflampe 33, Obgleich auch die rote Prüflampe 32 vom Strom durchflossen
wird.
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Die Einrichtung wirkt folgendermaßen: In ,der Ausgangsstellung ist
der Druckkolben 18 angehoben, und zwar so weit, daß der von der Feder 4 nach oben
gedrückte Zylinder 5 sich bis zur Schließung des Kontaktes 12 bewegt und dann in
dieser Stellung stehenbleibt, ohne daß das Ende der Stellschraube 14 mit der Kontaktzunge
27 in Berührung kommt. Die Kontaktzunge 27 schließt deshalb den Kontakt 34, aber
der Kontakt I3 bleibt offen. Der eine Pol der Stromquelle 30, in Fig. 2 der untere
Pols ist daher nicht an die Stromkreise angeschlossen, so daß keinesfalls ein Strom
fließen -kann,, obgleich ja der Kontakt 12 geschlossen ist und auch der Zylinder
5 über das Gestell I und die Leitung 35 mit- den Stromkreisen verbunden ist.
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Nun wird das zu prüfende Werkstück 36 auf-die obere Endfläche 16
des Zylinders 5 gelegt und der Druckkolben 18 abwärts bewegt. Sobald das untere
Ende des Druckkolbens das Werkstück berührt, beginnt sich sowohl das Werkstück zusammenzudrücken
als auch die Feder 4 zu spannen, weil der Zylinder 5 dem Druck nach unten nachgibt.
Das heißt, es ändert sich zugleich mit der Erstreckung des Werkstückes in seiner
Achsrichtung auch die Gägenkraft der Feder 4, und es kommt darauf an, festzustellen,
ob diese Gegenkraft bei einer.bestimmte vorgeschriebenen Längserstreckung des Werkstückes
einerseits während des Zusammendrückens und andererseits während des Ausdehnens
des Werkstückes innerhalb vorgeschriebener Grenzen bleibt.
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Diese Grenzen erkennt man am besten aus dem Diagramm Fig.3. Dort
sind als Abszisse die Längs-- erstreckungen des. Werkstückes aufgetragen, und zwar
von links nach rechts abnehmender Größe.
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Der Punkt am weitesten links bezeichnet also die größte Erstreckung,
die das Werkstück überhaupt, nämlich bei völliger Entlastung haben kann. Rechts
sind die Längserstreckungen 11,5 und 11 mm eingetragen. In dem Beispiel ist 11,5
mm die sogenannte Einbaulänge des Werkstückes. Das heißt bis auf diese Länge wird
das Werkstück, eine Dicht'ung, beim Einbau in die Pumpe zusammengedrückt. 11 mm
beträgt in dem Beispiel die Länge, auf die während der Prüfung in dem erfindungsgemäßen
Gerät das Werkstück im äußersten Fall zusammengedrückt wird. Als Ordinate des Diagramms
Fig. 3) ist die Kraft aufgetragen, die dazu gehört, das Werkstück auf eine der Längserstreckungen
nach der Abszisse zusammenzudrücken. Mit den Pfeilen in den Diagrammlinien ist die
zeitliche Abfolge der Vorgänge bei der erfindungsgemäßen
Prüfung
angedéutet. Diese beginnt links bei der Kraft o kg und größter Längserstreckung
des Werkstückes. Dann wird die Kraft bis auf 6 kg gesteigert, so daß die Längserstreckung
bis auf II,5 mm abnimmt. Da die Zusammendrückung des Werkstückes dem Hoockeschen
Gesetz folgt, ergibt sich eine ansteigende gerade Linie für den Zusammenhang zwischen
Kraft und Längserstreckung.
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Die Zusammendrückung wird weiter fortgesetzt bis auf II mm Längserstreckung.
Darauf wird das Werkstück allmählich entlastet. Dabei nun macht sich die innere
Reibung (Hysteresis) des Werkstückes bemerkbar, indem es sich zunächst trotz der
Entlastung bis auf etwa 3,7 kg nicht wieder ausdehnt, sondern die Längserstreckung
In mm beibehält, was sich im Diagramm in der senkrecht nach unten gehenden Linie
ausdrückt. Erst wenn die Kraft unter den Wert von 3,7 kg sinkt, beginnt die Wiederansdehnung
des Werkstückes. Auch diese geschieht nach dem Hookeschen Gesetz, verläuft also
im Diagramm als absteigende gerade Linie. Bei der Kraft 3 kg wird dieLängserstreckung
11 mm wieder erreicht und geht dann beim völligen Aufhören der Belastung auf den
Anfangsibetrag heraus, so daß im Diagramm sich der dreieckige Linienzug links wieder
schließt.
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Durch Ungenauigkeiten der Werkstoffeigenschaften und der Herstellung
werden nicht bei allen zu prüfenden Werkstücken die Zusammenhänge zwischen Belastung
und Längserstreckung so eingehalten, wie im Diagramm angegeben. Das Werkstück ist
trotzdem brauchbar, wenn bei seiner Einbaulänge II,5 mm während des Zusammendrückens
die Kraft nicht größer ist als 6 kg und während des Wiederausdehnens nicht kleiner
ist als 3 kg. Linien innerhalb des schraffierten Dreiecks bezeichnen also eine brauchbare
Dichtung, dagegen Linien außerhalb des Dreiecks eine unbrauchbare Dichtung.
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Das erfindungsgemäße Prüfgerät beruht nun darauf, daß jedesmal beim
Erreichen der Einbaulänge von 11,5 mm- eine grüne Lampe nur dann aufleuchtet, wenn
beim Zusammendrücken die Kraft kleiner oder gleich 6 kg und beim Wiederausdehnen
die Kraft größer oder gleich 3 kg ist. Wenn aber beim Zusammendrücken die Kraft
bei einer Längserstreckung von 11,5 mm größer ist als 6kg oder beim Wiederausdehnen
bei 11,5 mm Längserstreckung kleiner ist als 3 kg, so leuchtet eine rote Lampe auf
zum Zeichen, daß das Werkstück Ausschuß ist.
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Dies wird durch folgende Schaltung erreicht: Das eine Kontaktpaar,
nämlich die Kontakte 34 und I3, hat die Aufgabe, den Zeitpunkt festzustellen, in
dem bei der stetig erfolgenden Bewegung des Kolbens I8 die Einbaulänge II,5 mm erreicht
ist, und in diesem Augenblick den an die Leitung 37 (Fig. 2) angeschlossenen Pol
der Stromquelle 30 mit den Stromkreisen zu verbinden. Wie oben gesagt, ist in der
Ausgangsstellung der Kontakt 34 durch die Kontaktzunge 27 geschlossen, aber der
Kontakt I3 offen. Die Stellschraube 14 ist so eingestellt, daß genau dann, wenn
die untere Fläche des Kolbens I8 von der oberen Fläche i6 des Zylinders 5 einen
Abstand von II,5 mm hat, das Ende der Stellschraube 14 die Kontaktzunge 27 berührt
und so den Kontakt 13 schließt, ohne die Zunge 27 von dem Kontakt 34 abzuheben.
Nur in dieser relativen Lage zwischen dem Kolben I8 und dem Zylinder 5 sind also
beide in Reihe geschalteten Kontakte I3 und 34 geschlossen, so daß die Stromquelle
30 Strom liefern kann. Wird jedoch der Abstand der beiden das Werkstück einschließenden
Flächen auch nur wenig kleiner als II,5 mm, so bleibt zwar der Kontakt 13 geschlossen,
aber die Kontaktzunge 27 wird nach oben gedrückt und öffnet den Kontakt 34, so daß
die Stromkreise wieder stromlos sind. Bedingung dafür, daß überhaupt irgendein Strom
fließt, ist demnach eine genau eingehaltene Längserstreckung von II,5 mm.
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Das andere Kontaktpaar, nämlich die Kontakte 11 und I2, hat die Aufgabe,
festzustellen, ob die von der Feder 4 ausgeübte Gegenkraft innerhalb oder außerhalb
der zugelassenen Grenzen von 3 bis 6 kg liegt. Denn diese Gegenkraft ist ja in jedem
Augenblick gleich der Kraft, mit der das Werkstück 36 zwischen dem Kolben 18 und
dem Zyliner 5 zusammengedrückt wird. Die Größe der Gegenkraft ist eindeutig durch
die Dehnung der Feder4 bestimmt. Diese Dehnung bestimmt aber die relative Lage des
Zylinders 5 gegenüber dem Gestell 1. Jedesmal wenn die Gegenkraft größer als 6 kg
ist, ist der Kontakt II geschlossen. Wenn sie aber kleiner als 3 kg ist, dann ist
der Kontakt I2 geschlossen. Durch jeden dieser Kontakte II oder I2 wird die Leitung
3I (Fig. 2) mit dem Zylinder 5 verbunden. Geschieht das in dem Augenblick, wo die
beiden Kontakte 34 und I3 gleichzeitig geschlossen sind, so fließt ein Strom von
der Stromquelle 30 durch die Leitung 37, die Kontakte 34 und I3, sowie einen der
Kontakte II oder I2 zur Leitung 3I und von da durch die rote Lampe 32 zurück zur
Stromquelle 30. Die rote Lampe leuchtet also auf, weil bei der Längserstreckung
des Werkstückes von genau tI,5 mm die Kraft entweder größer als 6 kg oder kleiner
als 3 kg war. Die grüne Lampe 33 ist zwar in diesen Fällen über die Leitung 37,
die Kontakte34 und I3, den Zylinder5, das Gestell I und die Leitung 33 gleichfalls
eingeschaltet, kann aber nicht aufleuchten, weil ihr Widerstand größer ist als der
Widerstand der roten Lampe32. Sie leuchtet nur dann auf, wenn bei geschlossenen
Kontatktèn 34 und I3 keiner der beiden Kontakte I I oder 12 geschlossen ist. Dies
tritt aber dann ein, wenn bei einer Längserstreckung des Werkstückes von genau II,5
mm die Kraft gleich oder kleiner als 6 kg und größer oder gleich 3 kg ist. In diesem
zweiten Fall geht zwar der Strom, der die grüne Lampe 33 aufleuchten läßt, auch
durch die rote Lampe32, genügt aber wegen des geringeren Widerstandes der roten
Lampe nicht, um auch diese zum Aufleuchten zu bringen.
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Der Prüfvorgang verläuft also in der Weise, daß beim Abwärtsbewegen
des Kolbens 18 einen Augenblick der Kontakt I3 sich schließt, bevor noch der Kontakt
34 sich öffnet, und daß in diesem Augenblick entweder die rote Lampe 32 aufleuchtet,
wenn
der Kontakt 11 geschlossen, also die Kraft größer als 6 g'
ist ö'der die grüne Lampe 33 aufleuchtet, wenn der Kontakt 11 offen, also die Kraft
gleich oder kleiner als 6 ikg ist. Dann wird der Kolben r8 noch etwas weiter heru;titergedrückt,
bis er gegen den Anschlag 17 (Fig. I) stößt, wobei die Längserstreckung des Werkstückes
genau 11 mm beträgt.
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Dabei ist in jedem Fall der Kontakt 34 offen, so daß keine Lampe -aufleuchten
kann. Auch wenn man den Kolben 18 nun -noch etwas weiter -abwärts bewegt, ändert
sich die; Längserstreckung des Werkstückes nicht mehr, da der Anschlag I7 keine
weitere Näherung der Teile I8 und 5 gest-attet.
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Endlich wird der Kolben 18 wieder gehoben, so daß er sich wieder
von dem Anschlag 17 abhebt, weil das Werkstück beim Nachlassen der Kraft die Feder
4 wieder ausdehnt. Sobald es nun zum zweiten Man die Längserstreckung von genau
11,5 mm erreicht, schließt sich der bis dahin offen gewesene Kontakt 34, während
einen Augenblick lang noch der Kontakt I3 geschlossen bleibt. Dann ist wieder die
Stromquelle angeschlossen und es kommt darauf an, ob der Kontakt 12 in diesem Augenblick
geschlossen oder offen ist. Daher leuchtet auch beim Entlastungsvorgang die rote
Lampe 32 auf, wenn die Kraft kleiner als 3 kg ist, dagegen die grüne Lampe 33, wenn
die Kraft gleich oder größer als 3 kg ist Die Einrichtung läßt sich, wie aus der
Beschreibung ersichtlich, zumPrüfen beliebiger Federn-verwenden, insbesondere für
Federn mit innerer Reibung, die beim Zusammendrücken höhere -Federkräfte ergeben
als beim Ausdehnen.