DE2814988B2 - Vorrichtung zur Erfassung eines zwischen zwei Gegenstandes gewegbaren Maschinenteilen auftretenden, im wesentlichen axialen Kraft - Google Patents
Vorrichtung zur Erfassung eines zwischen zwei Gegenstandes gewegbaren Maschinenteilen auftretenden, im wesentlichen axialen KraftInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung
einer zwischen zwei gegeneinander bewegbaren Maschinenteilen auftretenden, im wesentlichen axialen
Kraft, bei der eines dieser Maschinenteile über ein formschlüssig mit ihm verbundenes Zwischenteil formschlüssig
an einem weiteren Maschinenteil befestigt ist, bei der das Zwischenteil zur Erfassung der Kraft
ausgebildet ist und in einer Ausnehmung eines Maschinenteils angeordnet ist, insbesondere für die
Verwendung im Rahmen der Überwachung von im wesentlichen umformenden und/oder zerspanenden,
zyklisch wiederkehrenden Produktionsprozessen.
Durch die DE-AS 21 41 382 wurde eine Tablettenpresse mit einer Preßkraftüberwachungseinrichtung
bekannt. Bei dieser Presse wird die gesamte Verformungskraft bis zur Erreichung des erforderlichen
Enddruckes in jedem Fall über das Meßelement geleitet. Der Vorschlag nach der Druckschrift ist in der
•3 gesamten Kraftmeßtechnik in allen Versuchsanordnungen üblich. Eine Übertragbarkeit auf Produktionsmaschinen
ist jedoch für die Erfassung der im wesentlichen axialen Kraft bei zyklisch wiederkehrenden Produktionsprozessen,
wie sie insbesondere auch bei umformenden und zerspanenden Maßnahmen in Maschinen
entstehen, schon im Hinblick auf die Größe der auftretenden Kräfte, nicht geeignet.
Darüber hinaus beinhaltet diese Konzeption ein sich lang erstreckendes Meßelement und beansprucht
dadurch eine erhebliche Bauhöhe.
Desweiteren wird auf eine, den Gegenstand der Erfindung nicht direkt betreffende Druckschrift, d. h. auf
die IBM Techn. Discl, 17 (1975) 8, S. 2245, Stellung
genommen. Sie behandelt eine Einstellhilfe für das Anziehen von Schrauben. Die Einstellhilfe wird
praktisch als Unterlegscheibe zu einer Schraube benutzt und zeigt an, ob die Schraube angezogen ist oder nicht,
also nur zwei Zustände.
Die Einstellhilfe beinhaltet eine Sicherung gegen
Überlastung des Gummis und zwar dadurch, daß der Verformungsweg des Gummis begrenzt wird. Jenseits
des vorgegebenen maximalen Verformungsweges kann keine Anzeige mehr stattfinden und wird auch nicht
gewünscht.
Das Hilfsmittel ist im wesentlichen für eine einmalige Benutzung vorgesehen, und eignet sich nicht für die
Erfassung der Kraft bei einem zyklisch sich wiederholenden Vorgang.
Durch die einschlägige Literatur, beispielsweise LUEGER (Lexikon der Technik, rororo-Ausgabe, Rowohlt 1971) Band 5, Seite 305, werden mehrere Kraftmeßsysteme ausgewiesen, und unter anderem piezoelektrische Meßverfahren, bei denen die bei Druckbelastung von Quarzscheiben entstehenden Ladüngen auf der Quarzoberfläche direkt proportional dem Druckverlauf sind, und die Umwandlung der Kraft in Längen- oder Winkeländerungen über ein elastisches Zwischenglied durch Hilfe von Dehnungsmeßstreifen erfolgt, gennant.
Durch die einschlägige Literatur, beispielsweise LUEGER (Lexikon der Technik, rororo-Ausgabe, Rowohlt 1971) Band 5, Seite 305, werden mehrere Kraftmeßsysteme ausgewiesen, und unter anderem piezoelektrische Meßverfahren, bei denen die bei Druckbelastung von Quarzscheiben entstehenden Ladüngen auf der Quarzoberfläche direkt proportional dem Druckverlauf sind, und die Umwandlung der Kraft in Längen- oder Winkeländerungen über ein elastisches Zwischenglied durch Hilfe von Dehnungsmeßstreifen erfolgt, gennant.
Die bei Dehnungsmeßstreifen auftretende Längung oder Verkürzung der Drahtschleifen ergibt eine
Widerstandsänderung, die ebenfalls proportional der Dehnung des Versuchsstückes ist, und die über einen
Verstärker gemessen wird.
Die durch diese Meßverfahren darstellbaren Ergebnisse lassen sich in vielen Fällen, auf Grund der meist nur
geringfügigen Änderungen und die damit verbundenen schwachen Signalgaben, nicht ohne weiteres für die
Überwachung und Steuerung zyklisch wiederkehrenden Produktionsprozesse einsetzen. Die Verwendung der
üblichen Verstärkungs- und Übersetzungsglieder ist meist mit erheblichen Risiken verbunden, da nicht nur
mit schaltungs- und steuerungsbedingten Verzerrungen des Meßergebnisses, sondern darüber hinaus mit
Störungen dieser Einrichtungen durch die durch den Produktionsablauf gegebenen Beanspruchungen, wie
Stoßlastenschwingungen usw., zu rechnen ist.
Eine weitere Schwierigkeit ist in der Tatsache zu sehen, daß zumindest unmittelbare Einrichtungen zum
Abgriff der Kraftänderungen in vielen Fällen erst nachträglich in vorhandene Maschinenteile eingebaut
werden müssen, so daß oft wesentliche Beschränkungen bei deren Auswahl gegeben sind.
Solche Dehnungsmeßstreifen werden beispielsweise im Rahmen der Ausbildung eines durch die DE-OS
17 73 870 beschriebenen lastempfindlichen Meßwertumwandlers
zur Verwendung vorgeschlagen..
Diese Meßwertumwandler werden zum Beispiel in Versuchsanwendungen eingesetzt.
Hierbei ist es notwendig, daß sie zusätzlich in den Kraftfluß eingebracht werden, wobei diese Notwendigkeit
beinhaltet, daß in der Meßanordnung in Krafterstreckungsrichtung zusätzlicher Platz für die räumliche
Unterbringung des Meßwertgebers vorhanden ist
Die vorgesehene Einleitung der Last über ein elastisches Element — das nach den Ausführungen
dieser Schrift in aller Regel Gummi ist — in dem mit Dehnungsmeßstreifen ausgerüsteten Körper genügt
nicht den Präzisionsansprüchen zur Erfassung einer im wesentlichen axialen Kraft, wie sie in zyklischer
Wiederholung bei den eingangs genannten Anwendungsfällen auftreten.
Des weiteren wird durch die DE-OS 26 34 385 ein System zur Überwachung von Belastungszuständen bei
einer Presse oder Stanze beschrieben.
Gemäß den Ausführungen dieser Schrift ist es vorgesehen, daß das Meßelement am Pressengestell im
Wirkungsbereich der Umformung an der Presse in Kraftwirkungsrichtung angebracht ist. Das Pressengestell
erfährt aber unter der Kraftwirkung an den verschiedensten Stellen Dehnung, wobei die Dehnungsverteilung meist unbekannt ist. Das Meßelement soll
zwar an einer Stelle angebracht werden, wo die Dehnungen vermutet werden, hierbei kann aber nur ein
Teil dieser Dehnungen sich auf das Meßelement auswirken und zur Anzeige gebracht werden.
Als Meßfehler können hierbei auftreten, daß, je nach Belastungszustand der Presse, an der Meßstelle völlig
unterschiedliche Dehnungen auftreten und unlineare Kennlinien und sogar Inversionen möglich sind. Damit
kann das Kraftsignal bei steigender Pressenlast sogar seine Vorzeichen wechseln, da hierbei, je nach
Belastungszustand, einmal Druck und einmal Zug vorliegen können.
Eine echte Erfassung der axialen Kraft zwischen zwei gegeneinander bewegbaren Maschinenteilen, ist mit
außerhalb des Kraftflusses liegenden Meßelementen nicht möglich.
Unabhängig von der durch den Stand der Technik ausgewiesenen Situation, muß auch darauf verwiesen
werden, daß das Problem der Überlastsicherung für die vorgesehenen Anwendungsbereiche der Vorrichtung,
als nicht konsenuent gelöst bezeichnet werden muß.
Überlastsicherungen auf Basis komplizierter Steuerungen sind, sofern sie die Abdeckung von Sicherheitsrisiken
beinhalten sollen, so zurückhaltend als möglich vorzuschlagen, während »Sollbruchlösungen« im Rahmen
zyklisch wiederkehrender Produktionsprozesse absolut störend sind.
Der Ersatz solcher Sollbruchkörper bedingt meist einen erheblichen Zeitaufwand, der zusätzlich zur
Beseitigung der eigentlichen Ursache entsteht.
Ausgehend von einer solchen Sachlage stellt sich als Aufgabe dieser Erfindung, eine Vorrichtung nach der
eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der die gegen eine Teilekombination gerichtete Kraft so
transformiert wird, daß die belastungsabhängige Änderung im Zwischenteil die Darstellung einer unmittelbaren
Vervielfachung des Abgriffswertes innerhalb eines vorgesehenen Meßbereiches zuläßt, wobei bei Erreichen
einer vorbestimmten Kraft im Zwischenteil diese durch Auslösung eines Überlastschutzes begrenzt wird;
dabei sind die Abmessungen der Teilekombination so zu konzipieren, daß sie ohne wesentliche Umbauarbeiten
in die Mehrzahl der vorhandenen Maschinen eingebracht werden kann.
Dh erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe sieht vor, daß die beiden durch das Zwischenteil verbundenen
Maschinenteile aus einem der zwei gegeneinander bewegbaren Maschinenteile durch Teilung desselben
ίο senkrecht zur Hauptkraftrichtung und durch eventuelle
Bildung einer Ausnehmung für das Zwischenteil gebildet sind, daß beide Teile in unbelastetem Zustand
unter Bildung eines Spalts mit vorbestimmter Größe über das Zwischenteil verbunden sind, daß der
Querschnitt des Zwischenteils geringer ist als der der beiden Teile und daß der Spalt so gestaltet ist, daß er bei
Erreichen einer bestimmten Kraft geschlossen wird, so daß er als Überlastschutz dienen kann und eine noch
größere Kraft durch den zusätzlichen Querschnitt des geteilten Maschinenteils plus dem Querschnitt des
Zwischenteils aufgenommen wird.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die gesamte Verformungskraft über zumindest ein ein
definiertes Verhalten aufweisendes Meßelement mit gegenüber dem geteilten Maschinenteil wesentlich
verkleinertem Querschnitt geleitet und der Abgriffswert entsprechend vergrößert wird, so daß über diesen
Bereich sichere Meßwerte und/oder Signale erfaßbar sind.
Beim Umbau des zum Meßgeber bestimmten Maschinenteils bleibt dessen äußere Gestalt sowie
dessen Funktion voll erhalten. Dieser Umbau erfordert nur einen begrenzten Eingriff in die vorhandene
Maschine, so daß der Aufwand für die Erzeugung von Meßsignalen niedrig gehalten werden kann. Die
Schaltung der zum Kraftabgriff erforderlichen, üblicherweise verwendeten elektrischen Geberelemente erfolgt
nach bekannter Technologie.
Der zwischen den beiden Teilen des geteilten Maschinenelementes bestehende Spalt ist im Hinblick auf einen Überlastschutz so dimensioniert, daß bei Überbeanspruchung die Meßelemente gerade um ein Maß zusammengedrückt werden, das dem Spaltmaß entspricht.
Der zwischen den beiden Teilen des geteilten Maschinenelementes bestehende Spalt ist im Hinblick auf einen Überlastschutz so dimensioniert, daß bei Überbeanspruchung die Meßelemente gerade um ein Maß zusammengedrückt werden, das dem Spaltmaß entspricht.
In dieser Situation kommen die beiden getrennten Maschinenteile wieder voll zur Anlage, so daß die
wirkenden Kräfte nicht mehr allein von den Meßelementcn aufgenommen werden müssen, sondern nunmehr
vom gesamten Querschnitt übertragen werden.
Durch diese Anordnung wird nicht nur ein sicherer Grenzwert für die Einsteilung einer Überlastsicherung
erreicht, sondern darüber hinaus ein Schutz für das Meßelement gegen Zerstörung bei gegebener Überbeanspruchung.
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt dieses Verfahrens liegt darin, daß kein unmittelbarer Kontakt zwischen
Meßelement und Maschinengestell sein muß, da das in zwei Teile getrennte, das Meßelement aufnehmende
Maschinenteil als eine Montageeinheit ausbildbar ist, die bei Verschleiß der Auflageflächen für das Element
separat auswechselbar ist
Für den Fall, daß das Zentrum der Kraftwirkungsrichtung zur Aufnahme von Werkzeugen oder dgl. frei
gehalten werden muß, ist vorgesehen, daß um das Zentrum des geteilten Maschinenteils mehrere als
Meßelemente ausgebildete Zwischenteile ringförmig und abstandsgleich zueinander angeordnet sind.
Die Änderung der Kraft wird in aller Regel dadurch
Die Änderung der Kraft wird in aller Regel dadurch
erfaßt, daß am Zwischenteil Dehnungsmeßstreifen zur Erfassung seiner Verformung angebracht sind.
Desweiteren ist vorgesehen, daß die Temperaturabhängigkeit
des Meßergebnisses durch eine geeignete Schaltung der Dehnungsmeßstreifen kompensiert ist.
F.benso kann vorgesehen werden, daß die Änderung der mechanischen Spannung um das Zwischenteil durch
piezoelektrische Meßgeber erfaßt wird.
Die Vorrichtung kann sowohl zur Überwachung und/oder Steuerung von umformenden Maschinen als
auch zur Überwachung und/oder Steuerung von verspanenden Maschinen verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird in Anwendung zur Überwachung und/oder Steuerung einer
verformenden Maschine — es handelt sich um eine Schraubenpresse — durch schematische Darstellung
beispielsweise erläutert. Es zeigt
F i g. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Schraubenpresse mit einem Werkzeugschlitten als druckerzeugendes
Element, einer Amboßplatte als feststehendes Element, die Anordnung der Werkzeuge und die Lage des
Werkstückes;
F i g. 2 einen Schnitt durch eine senkrecht zur Kraftrichtung geteilte, durch ein Zwischenteil formschlüssig
miteinander verbundene Amboßplatte, deren Unterseite mit dem Gestell der Presse verbunden ist.
Die Schraubenpresse besteht aus dem Maschinengestell 1, dem Pressenantrieb 2, dem Werkzeugschlitten 3
mit Werkzeug 4, dem das durch die Amboßplatte 7 getragene Werkzeug 5 entgegengerichtet ist.
Das Werkstück 6 wird zwischen die Werkzeuge 4 und 5 eingebracht.
Das Werkstück 6 wird zwischen die Werkzeuge 4 und 5 eingebracht.
Die Amboßplatte 7 ist mit ihrem Unterteil fest mit dem Maschinengestell 1 verbunden und Träger des als
Meßelement wirksamen Zwischenteils 9, dem das
ίο Oberteil 10 abstandsbildend und zu dem Unterteil 8 in
Druckrichtung, d.h. in Kraftwirkungsrichtung 13, formschlüssig zugeordnet ist, wobei das Zwischenteil 9
mit temperaturkompensierenden Dehnungsmeßstreifen 12 ausgerüstet ist.
!5 Die für die Fertigungsüberwachung und/oder Steuerung
zu erwartenden Signalgaben erfolgen innerhalb des durch die Spaltbreite definierten Bereiches entsprechend
den Voreinstellungen.
Der durch den Aufbau der Amboßplatte 7 entstehende Spalt 11 ist dabei so dimensioniert, daß sich dieser bei
Erreichung eines noch maximal zulässigen Druckes schließt und damit den Kraftfluß über den gesamten
Querschnitt der Amboßplatte in das sie tragende Maschinengestell 1 eingeleitet wird.
Die Erreichung dieses Zustandes ist üblicherweise mit einer Endsignalgabe zur Überlastsicherung verbunden.
Claims (5)
1. Vorrichtung zur Erfassung einer zwischen zwei gegeneinander bewegbaren Maschinenteilen auftretenden,
im wesentlichen axialen Kraft, bei der eines dieser Maschinenteile über ein formschlüssig mit
ihm verbundenes Zwischenteil formschlüssig an einem weiteren Maschinenteil befestigt ist, bei der
das Zwischenteil zur Erfassung der Kraft ausgebildet ist und in einer Ausnehmung eines Maschinenteils
angeordnet ist, insbesondere für die Verwendung im Rahmen der Überwachung von im wesentlichen
umformenden und/oder zerspanenden, zyklisch wiederkehrenden Produktionsprozessen, d a durch
gekennzeichnet,
daß die beiden durch das Zwischenteil (9) verbundenen Maschinenteile (8, 10) aus einem der zwei
gegeneinander bewegbaren Marchinenteile (3, 7) durch Teilung desselben senkrecht zur Hauptkraftrichtung
(13) und durch eventuelle Bildung einer Ausnehmung für das Zwischenteil (9) gebildet sind,
daß beide Teile (8,10) in unbelastetem Zustand unter Bildung eines Spalts mit vorbestimmter Größe über das Zwischenteil (9) verbunden sind,
daß der Querschnitt des Zwischenteils (9) geringer ist als der der beiden Teile (8,10) und
daß der Spalt (U) so gestaltet ist, daß er bei Erreichen einer bestimmten Kraft geschlossen wird, so daß er als Überlastschutz dienen kann und eine noch größere Kraft durch den zusätzlichen Querschnitt des geteilten Maschinenteils (8,10) plus dem Querschnitt des Zwischenteils (9) aufgenommen wird.
daß beide Teile (8,10) in unbelastetem Zustand unter Bildung eines Spalts mit vorbestimmter Größe über das Zwischenteil (9) verbunden sind,
daß der Querschnitt des Zwischenteils (9) geringer ist als der der beiden Teile (8,10) und
daß der Spalt (U) so gestaltet ist, daß er bei Erreichen einer bestimmten Kraft geschlossen wird, so daß er als Überlastschutz dienen kann und eine noch größere Kraft durch den zusätzlichen Querschnitt des geteilten Maschinenteils (8,10) plus dem Querschnitt des Zwischenteils (9) aufgenommen wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um das Zentrum des geteilten
Maschinenteils (8, 10) mehrere als Meßelemente ausgebildete Zwischenteile (9) ringförmig und
abstandsgleich zueinander angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Zwischenteil (9) Dehnungsmeßstreifen
(12) zur Erfassung seiner Verformung angebracht sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturabhängigkeit des
Meßergebnisses durch eine geeignete Schaltung der Dehnungsmeßstreifen (12) kompensiert ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der mechanischen
Spannung im Zwischenteil (9) durch piezoelektrische Meßgeber erfaßt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2814988A DE2814988C3 (de) | 1978-04-07 | 1978-04-07 | "Vorrichtung zur Erfassung einer zwischen zwei gegeneinander bewegbaren Maschinenteilen auftretenden,im wesentlichen axialen Kraft" |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2814988A DE2814988C3 (de) | 1978-04-07 | 1978-04-07 | "Vorrichtung zur Erfassung einer zwischen zwei gegeneinander bewegbaren Maschinenteilen auftretenden,im wesentlichen axialen Kraft" |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2814988A1 DE2814988A1 (de) | 1979-10-11 |
DE2814988B2 true DE2814988B2 (de) | 1981-06-04 |
DE2814988C3 DE2814988C3 (de) | 1982-04-15 |
Family
ID=6036347
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2814988A Expired DE2814988C3 (de) | 1978-04-07 | 1978-04-07 | "Vorrichtung zur Erfassung einer zwischen zwei gegeneinander bewegbaren Maschinenteilen auftretenden,im wesentlichen axialen Kraft" |
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DE (1) | DE2814988C3 (de) |
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