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Tensiometrisches Mess- und Kontrollelement, insbesondere für Walzapparate, Momentschlüssel u. dgl.
Die Erfindung bezieht sich auf ein tensiometrisches Mess- und Kontrollelement für Werkzeuge, Hilfsmittel sowie Mess- und Wägeapparate, insbesondere für Walzapparate, Momentschlüssel u. dgl., welches mit einem aus einem elastischen Tragelement bestehenden, auf Druck und Biegung in Abhängigkeit von der angewandten Kraft angeordneten Fühler versehen ist, auf dem die tensiometrischen Körper befestigt sind, als auch auf die mit diesem Fühler ausgestatteten Werkzeuge, Hilfsmittel und Mess-oder Wägeap- parate. Der empfindliche Fühler ermöglicht die kontinuierliche tensiometrische Messung und Kontrolle des Verlaufes und der Grösse der sich ununterbrochen ändernden oder pulsierenden konstanten Kraft, um die im Material auftretenden Veränderungen verfolgen zu können.
Es sind bereits Geräte bekannt, welche zur Messung verschiedener Werte die Eigenschaften jener Metallegierungen ausnützen, welche durch Veränderung ihrer Kraftbeanspruchung den elektrischen ohm'schen Widerstand verändern. Aus solchen Materialien hergestellte tensiometrische Körperchenwerden mittels des elektrischen Stromkreises an den Indikator der Veränderungen angeschlossen.
Zu diesem Zwecke wurde z. B. vorgeschlagen, die Widerstandskörperchen an den Enden eines elastischen, den Deformationen ausgesetzten Tragelementes aufzuspannen, welches lediglich einer Ziehkraft unterworfen wird (USA-Patentschrift Nr. 2, 393, 714). In der technischen Praxis hat sich jedoch erwiesen, dass die Anwendung dieses Systems nicht befriedigende Ergebnisse in allen Fällen bringt, in denen grosse Genauigkeit und Verlässlichkeit des Messvorganges im Maschinenbau usw. erforderlich ist. Ein weiteres tensiometriches Messsystem benutzt zentrische Beanspruchung des der Deformation ausgesetzten Tragelementes, dessen äusserer, mit dem Widerstandsmaterial versehener Umfang sich infolge von Plattenbiegungen vergrössert bzw. verkleinert (deutsche Patentschrift Nr. 905550). Diese Lösung eignet sich zwar für stabile Messeinrichtungen, welche z.
B. in den Betonbauwerken eingebettet sind, nicht jedoch für ortsbewegliche, raumsparende Werkzeuge und Geräte, wie z. B. Walzapparate. Ein anderes tensiometrisches Messgerät ist mit einem ringförmigen, dieWiderstandskörperchen tragenden Element ausgestattet, welches in radialer Rich- tung mittels zweier Hebel belastet wird (USA-Patentschrift Nr. 2, 440, 706). Bei dieser Anordnung des Messgerätes kann man teilweise die Belastung des tensiometrischen Körperchens auf Druck und Biegung erreichen, durch welche die Präzision des Messvorganges günstig beeinflusst wird. Die Benötigung eines viel Raum beanspruchenden Hebelsystems begrenzt aber die Verwendungsmöglichkeiten dieses Prinzips, namentlich bei der Konstruktion der mit dem empfindlichen Fühler ausgestatteten Werkzeuge.
Eine Vergrö- sserung von Dimensionen ist nämlich manchmal unzulässig bzw. kann die Arbeitsoperationen erschweren.
Alle erwähnten Nachteile sind durch die Erfindung behoben. Das Wesen der Erfindung beruht darin, dass zu den Messungen und Kontrollen ein empfindlicher FUhler verwendet wird, der aus einem mit im wesentlichen U-förmig profiliertem Querschnitt ausgebildeten Tragelement, wie Leiste, Ring od. dgl. besteht, das der Krafteinwirkung ausserhalb seiner Symmetrieachse an den Schenkeln des Profiles ausgesetzt ist und vorzugsweise im Scheitelteil ein oder mehrere tensiometrische Körperchen aufweist. Die tensiometrischen Körperchen können auf diese Weise die oberflächig Spannung des Fühlers abtasten, was vom Standpunkt der Messgenauigkeit sehr vorteilhaft ist.
Dieses Messelement ist im Werkzeug oder in der Mess- oder Wägeapparatur untergebracht, wobei der elastische Fühler mit den Tensiometern stets in Abhängigkeit von der angewendeten Kraft beansprucht wird und seine Formveränderungen durch die Änderung des ohm'sehen Widerstandes derTensiometer bestimmt und auf der Messbrücke abgenommen werden. Der Indikator der Veränderungen ist zweckdienlich ausserhalb des Gehäuses des eigentlichen Gerätes angebracht.
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Ein weiterer Erfindungsgegenstand ist daher die Anwendung des erfindungsgemlissen Gedankens auf gewisse typische Werkzeuge, wie z. B. auf Walzapparate und Momentschlüssel.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt, in der die Fig. l und 2 die Ausführung eines tensiometrischen Profilfählers in Seiten- bzw. Vorderansicht, die Fig. 3 und 4 die Ausführung eines tensiometrischen zylindrischen Ringfühlers in Draufsicht bzw. in achssymmetrischem Schnitt, die Fig. 5 den Längsschnitt durch den mit dem tensiometrischen Fühler versehenen. Walzapparat, Fig. 6 den Längsschnitt durch den tensiometrischen Momentschlüssel für grosse Drehmomente, Fig. 7 den Längsschnitt durch den tensiometrischen Momentschlüssel für kleine Drehmomente darstellen.
Fig. 1 und 2 bzw. 3 und 4 stellen zwei verschiedene Ausführungsbeispiele der FUhler dar.
Fig. 1 und 2 veranschaulichen einen tensiometrischen Fühler, der aus der im Querschnitt U-förmig gestalteten Profilleiste 11 als Tragelement besteht, auf der das tensiometrische Körperchen12 vorzugsweise im Scheitelteil des Profiles befestigt ist.
Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen einen tensiometrischen Fühler zylindrischer Form, der aus dem im Querschnitt U-förmig profilierten ringförmigen Tragelement 13 besteht, auf dem ein oder mehrere tensiometrische Körperchen 14 im Scheitelteil des Profiles befestigt sind.
Bei beiden in den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 4 gezeigten Fühlern wirkt die Kraft gegen die beiden Schenkel des U-Profiles.
Diese Art der Fühler kann namentlich für die Messung der Kräfte durch Wägen, für tensiometrische Schlüssel und schliesslich für verschiedene, Kraft und Gewicht abtastende Geräte verwendet werden. Der Austausch der tensiometrischen Abnehmer auf dem elastischen Körperchen des Fühlers ist billig, einfach und rasch. Die laufende Eichung derartiger Messzeuge ist in der Praxis mit keinen besonderen Schwierigkeiten verbunden.
Der in Fig. 5 veranschaulichte Rohreinwalzapparat besitzt das übliche zylinderförmige Gehäuse 15, das an beiden Enden offen und mit einer ungeraden Zahl von Rollen 16 und zwei Aussparungen für die Anzapfungen des Kontrollfühlers versehen ist. Das zylindrische Gehäuse 15 hat im Innern ein Gewinde für die hohle, durch einen Sechskant abgeschlossene Anzugsschraube 17. Der Walzdora 18 hat einen kegelförmigen Teil mit zylindrischem Absatz, der eine durch die Schraube 17 durchgehende und durch einen Vierkant abgeschlossene Spindel bildet.
Auf der Spindel des Walzdornes 18 Ist ein Kontrollorgan aufgesteckt, das aus dem mit zwei tensiometrischen Körperchen 14 versehenen elastischen Fühler 13 besteht. der zwischen die aus gehärtetem Material erzeugten Ringe 19 eingeschoben ist, die ebenfalls auf Spindeln des Walzdornes 18 aufgesteckt und gegen Drehen gesichert sind. Pertinaxbeilageplatten 20 ermöglichen den Axialschub der Ringe 19, z. B. dadurch, dass die in den Ringen befestigten Schrauben in den ovalen Ausschnitt in der Beilageplatte 20 eingreifen. Auf diese Weise ist eine empfindliche Kraftübertragung auf die tensiometrischen Körperchen 14 erzielt, die angezapft und mittels des elektrischen Stromkreises 22 an den Indikator der Veränderungen 21 angeschlossen sind.
Wird die Schraube 17 durch den Sechskant nachgezogen, dann wird infolge ihrer Drehung im Gewinde des zylindrischen Gehäuses 15 die Kraft auf den elastischen Fühler 13 übertragen, der beim Axialschub auf den Absatz des Walzdornes 18 drückt. Durch den Druck des eingeschobenen Domes dehnen sich die Rollen aus und verformen das Rohr, worauf dieses durch das Drehen des Vierkantes des Walzdornes 18 eingewalzt wird. Durch das Walzen des Rohres wird das Material in der ersten Phase bis zum Augenblick gestreckt wann es auf die Wände der Bohrung des Rohrbodens aufzuliegen beginnt. In der zweiten Phase erfolgt durch das Walzen zufolge der fortschreitenden Verformung das Stauchen des Rohrmaterials und die Festigkeit des Materials steigt bis auf den begehrten Wert.
Das Material der rohrrand und der Rohrbohrung wird so lange angedrückt, bis eine zur Erreichung der Dichtheit der Verbindung und ihrer Ausreissfestigkeit erforderliche haftfähige Spannung entsteht. Je mehr die Schraube 17 nachgezogen wird, desto grössere Kräfte wirken von den Seiten her auf den elastischen Fühler 13 ein, welcher zweckmässig derartzugerichtet ist, dass er sich elastisch verformt. Die Verformung dieses Organes wird auf zwei tensiometrische Kör- perchen 14 übertragen, die einander gegenüber derart aufgestellt sind, dass die störenden Einflüsse (Wärme usw.) ausgeschaltet bleiben. Bei der angeführten Anordnung ist das Widerstandsdrähtchen des Tensiometers einer mehrmals grösseren Beanspruchung als die Druckkraft der Schraube 17 unterzogen.
Durch die Stromeinschaltung kann man dann am Widerstandsanzeiger 21, d. h. am Indikator, die Veränderungen, insbesondere die Druckveränderungen in dem Material, die bei gleichem Drehwinkel des Nachziehen dem Grad des Einwalzens entsprechen, genau verfolgen. Der untere Teil des Messbereiches wird mit Rücksicht auf die erhebliche Empfindlichkeit der Einrichtung unterdrückt, da es praktisch keinen Sinn hat, die am Anfang des Walzvorganges verlaufenden Materialveränderungen zu verfolgen. Dabei wird von der Voraussetzung ausgegangen, dass der Messwert für alle Rohre gleicher Gattung und Qualität annähernd gleich ist,
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so dass es genagt, wenn er im voraus für jede Rohrkategorie eigens ermittelt wird.
Die Bedingung der richtigen Kontrolle ist das gleichmässige Nachziehen der Schraube 17, durch deren Einwirkung die Rollen in das gewalzte Rohr eingedrückt werden. Dieses Nachziehen kann von Hand und besonders vorteilhaft mechanisch, z. B. mittels zu diesem Zweck eigens gelöster Klinke und Sperrad, ausgeführt werden. Das Nachziehen muss bei jeder Teildrehung des Walzdomes 18 um den gleichen Wert regelmässig erfolgen.
Zum Vorteil der Erfindung gereicht, dass man den Grad des Einwalzt.'1S der Rohre schon während der Herstellung mit Sicherheit verfolgen kann. Auf diese Weise wird der Entwertung des Materials durch sein Nachwalzen, gegebenenfalls auch dem schädlichen Ausdehnen der Bohrung der Rohrwand, vorgebeugt.
Namentlich die bisherige unempfindliche mechanische Walzmaschine kann mit dem Indikator versehen werden, der den Einwalzzustand genau anzeigt. Das Kontrollorgan ist im Walzapparat derart angebracht, dass es bei der Arbeit nicht hindert und gegen Beschädigung sicher ist. Die Kontrolloperation istraschund leicht, wobei das Walzen nicht unterbrochen zu werden braucht. Ein weiterer Vorzug des vorgeschlagenen Walzens ist, dass es eine genaue Ermittlung der Werte der Materialbeanspruchung nicht voraussetzt. Als Indikator kann daher eine Einrichtung benutzt werden, die z. B. aus den laufenden Handelsbauteilen der Schwachstrowtechnik zusammensetzbar ist, so dass ihr Preis wesentlich niedriger ist als bei den auf genaue Messwerte geeichten Einrichtungen.
In Fig. 6 ist der Momentschlüssel dargestellt, dessen Kopf 23 mit einer rechteckigen Ausnehmung für das Kontrollorgan versehen ist, welches aus dem mit dem tensiometrischen Körperchen12 versehenen Lei- stenfühler 11 besteht. Der Doppelumkehranzughebel 24 wird durch die Schraube 25 festgehalten und liegt auf dem Fühler 11 auf. Die tensiometrischen Körperchen 12 sind durch den Stromkreis 26 gegen den Indikator ausgeführt. Vor Überlastung ist der Schlüssel durch das Plättchen 27 geschützt.
In Fig. 7 ist ein Momentschlüssel dargestellt, dessen Kopf 28 mit einer zylindrischen Öffnung versehen ist, in welche das Kontrollorgan eingesetzt ist, das aus dem mit den tensiometrischen Körperchen 14 versehenen Ringfühler 13 besteht. Der Doppelumkehrzughebel 29 ist durch die Schraube 30 festgehalten und sitzt auf dem am Ringfühler 13 anliegenden Zapfen 31 auf. Gegen Überlastung ist der Schlüssel durch die Achse des in die Verschlussschraube 32 eingeschobenen Zapfens 31 geschützt.
Die vorgeschlagene Art der Kontrolle des Grades des Nachziehen der zu verbindenden Bestandteile durch einen tensiometrischen Schlüssel übertrifft andere bekannte Gerätekonstruktionen durch ihre Einfachheit, Genauigkeit und Empfindlichkeit, femer durch leichte Handhabung und unbedeutende Verwundbarkeit.
Es ist selbstverständlich, dass die auf Druck und Biegung verfertigten tensiometrischen Messelemente auch anders ausgeführtwerden können, als beschrieben worden ist, und dass mit ihnen auch beliebige weitere Werkzeuge, Behelfe und Geräte für die in der Einleitung der Beschreibung der Erfindung angedeuteten Zwecke versehen werden können. Dabei müssen die Fühler stets dem Bereich der vorausgesetzten Belastung und den gegebenen Bedingungen formgerecht angepasst werden. Vorteilhaft ist die Anwendung der Erfin- dung für das Wägen der schwersten Lasten auf der Kranwaage, ferner bei Geräten für die Abtastung der Vibrationen. von Maschinen u. dgl.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Tensiometrisches Mess-und Kontrollelement für Werkzeuge, Hilfsmittel sowie Mess-und Wage- apparate, insbesondere für Walzapparate, Momentschlüssel u. dgl., welches mit einem aus einem elasti- schen Tragelement bestehenden, auf Druck und Biegung inAbhängigkeit von der angewendetenKraft ange- ordneten Fühler versehen ist, auf dem die tensiometrischen Körper befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Fühler aus einem mit im wesentlichen U-förmig profilierten Querschnitt ausgebildeten Tragelement, wie Leiste, Ring od. dgl. besteht, das der Krafteinwirkung ausserhalb seiner Symmetrieachse an den Schenkeln des U- Profiles ausgesetzt ist und im Scheitelteil des Profils ein oder mehrere tensiometrische Körperchen aufweist.