DE3440670A1 - Einrichtung zum messen der auf maschinenbauteile wirkenden kraefte - Google Patents

Einrichtung zum messen der auf maschinenbauteile wirkenden kraefte

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Description

  • Beschreibung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit Vorrichtung zur Messung mindestens einer der Schubkraftkomponenten Fx und F an Maschinenbauteilen, insbesondere an Werkzeugmaschinenz bauteilen durch ausschließliche Messung von mehreren Druckkräften an mindestens 3 Stellen, deren Meßrichtung auf den Richtungen der Schubkomponenten senkrecht stehen. Dabei wird davon ausgegangen, daß die zwischen den Meßstellen untereinander und in Bezug zum Kraftangriffspunkt gegebenen Abstände während der Meßdauer bekannt sind und einem Rechenwerk zugeführt werden, das auf der Basis des Drehmomentengesetzes au-s den Abständen und den einzelnen Druckkräften an den Meßstellen mindestens eine der Schubkomponenten F und x F bildet.
  • z Die Erfindung eignet sich insbesondere zur automatischen Messung von Kräften in Werkzeug- und Arbeitsmaschinen.
  • Sie ermöglicht die automatische Maschinenüberwachung und insbesondere die automatische Erkennung von Werkzeugbrüchen und von Werkzeugverschleißzuständen während der Bearbeitung eines Werkstückes und stellt damit eine wesentliche Voraussetzung für die Einführung automatischer Fertigungssysteme dar. Sie bietet ferner Möglichkeiten zur Erhöhung der Bearbeitungsgenauigkeit der Maschinen.
  • Bekannt ist, daß zur Werkzeugüberwachung die Schubkraftkomponenten (Fx und Fz) eines Werkzeuges, meist bezeichnet als Vorschub-, Passiv- bzw. Achsialkräfte im Gegensatz zur Schnittkraft (Fy) bzw. zum durch die Schnittkraft gebildeten Drehmoment am besten geeignet sind. Bekannt ist ferner, daß zur Messung der Schubkraftkomponenten (Fy und Fz) Kraftmeßlager an den Lagern der Haupt- und/oder Vorschubspindeln oder piezoelektrische Kraftmeßelemente für 3 orthogonale Kraftkomponenten bzw. für 2 Schubkraftkomponenten zwischen zwei Maschinenbauteilen montiert werden.
  • Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Kraftmeßlager bei stillstehenden Spindeln keine zur Überwachung aussagefähigen Signale abgeben können und damit eine Uberwachung häufig nicht möglich ist. Ferner werden bei Kraftmeßlagern in den Vorschubspindelmuttern auch die Schlittenreibungskräfte mitgemessen, welches in der Regel zu unvertretbaren Ungenauigketten' führt. Ursache hierfür ist die Tatsache, daß die Schlittenreibungskräfte sich mit dem Verfahrweg, der Maschinentemperatur, der Schmierstoffbeschaffenheit und dem Verschleißzustand der Führungsbahnen ändern. Demgegenüber bieten piezoelektrische Mehrkomponentenkraftmeßelemente keine me ßtechnischen Nachteile, verursachen jedoch verhältnismäßig hohe Sensor- und Montagekosten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der in Betracht gezogenen Art zu schaffen, mit der gleichzeitig beide Schubkraftkomponenten (Fx und Fz) oder zumindest eine Schubkraftkomponente (Fx oder Fz) gemessen werden können, jedoch nur Meßelemente für die senkrecht auf die Schubkraftkomponenten stehende Drucklastkomponente benötigt werden. Diese Drucklastmeßelemente (1,2,3,4) sind erheblich preiswerter und erheblich einfacher montierbar als Mehrkomponentenkraftmeßelemente. Die Meßaufgabe, die beiden Schubkraftkomponenten (Fx oder Fz) zu messen, ist jedoch aus den Meßsignalen mehrerer Drucklastmeßelemente (1,2,3,4) nur dann lösbar, wenn der Kraftangriffspunkt (13) eines Kräftetripels x, F und Fz) bekannte Abstände (A, B, C, D, E) zu den y Drucklastmeßelementen (1,2,3,4) hat, um über ein Rechenwerk aus diesen Abständen und den einzelnen Meßsignalen (y1, y2' y31 y4) der Drucklastmeßelemente (1,2,3,4) mindestens eine der Schubkraftkomponenten (Fx oder Fz) bestimmen zu können.
  • Bei der Anwendung dieser Erfindung wirkt sich eine neuere Entwicklung im Bereich der Steuerungen von Arbeitsmaschinen, insbesondere von Werkzeugmaschinen insofern positiv aus, daß für das Verfahren der modernen"Werkstückprogrammierung", im Vergleich zur veralteten "Werkzeugprogrammierung", die Werkzeugkoordinaten in Bezug zu einem Maschinenreferenzpunkt bekannt sind. Da aufgrund der mechanischen Konstruktion der Werkzeugmaschine bzw. Arbeitsmaschine die Lage der Drucklastmeßelemente (1,2,3,4) und die Lage der Werkzeugaufnahme festgelegt sind, ergibt sich aus den Werkzeugkoordinaten (auch Werkzeugkorrekturwerte genannt) unter Berücksichtigung der Lage des Maschinenreferenzpunktes in Bezug zur Mitte des Koordinantensystems der Drucklastmeßelemente immer ein bekannter, werkzeugabhängiger Abstand (C,D,E) zwischen dem Werkzeug bzw. seinem Kraftangriffspunkt (13) und den Drucklastmeßelementen (1,2,3,4).
  • Diese Abstände (C, D, E) sind also nicht eigens für diese Erfindung zu ermitteln, sondern bereits für die Programmierung der Maschinensteuerung erforderlich und damit bekannt.
  • Sie können off-line in das Rechenwerk (5 bis 39) bzw. in eine dieses Rechenwerk beinhaltende Werkzeugüberwachungseinheit oder auch on-line durch direkte Koppelung mit der Maschinensteuerung über die Eingabelemente (14 bis 18) eingegeben werden.
  • Vom Erfinder wird eine 2. Lösung zur Anordnung der Drucklastmeßzellen (1,2,3,4) vorgeschlagen. Dabei befinden sich diese nicht unmittelbar im Kraftfluß zwischen den beiden Maschinenbauteilen (9, 10), sondern aufgrund einer Einbettung in eine Zwischenplatte (43) nur im Kraftnebenfluß zwischen den Maschinenbauteilen (9, 10). Hierdurch wird es bei praktisch unbegrenzter Belastbarkeit dieser Anordnung möglich, wesentlich kleinere und damit preiswertere Drucklastmeßelemente (1,2,3,4) zu verwenden. Durch die Zwischenplatte (43) wird also die Möglichkeit geschaffen, die maximale Belastbarkeit der Sensorkonstruktion zu erhöhen und / oder ihren Preis durch die Verwendung kleinerer und damit kostengünstigerer Drucklastmeßelemente zu senken.
  • Die Erfindung wird in Form von Ausführungsbeispielen anhand einiger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt F i g . 1 eine schematische Darstellung einer Meßanordnung mit 4 Drucklastmeßelementen in einer Ebene, F i g. 2 eine schematische Darstellung des Rechenwerkes zur Bestimmung der Schubkraftkomponenten Fx und / oder F F i g . 3 eine schematische Darstellung eines erweiterten Rechenwerkes zur zusätzlichen Bestimmung der Druckkraftkomponente Fyr der Kraftquotienten FX/Fy und Fz/Fy sowie der y y Drehmomente M5 und MR, F i g. 4 eine schematische Darstellung einer Zwischenplatte,in der die Drucklastmeßelemente eingebettet sind.
  • Bei der in F i g . 1 dargestellten Anordnung werden die Kräfte Fxf F und F maximal vom Werkzeug (12) über das Bauy z teil (11) in das Bauteil no) und von dort ausschließlich über die Meßelemente ( 1- 4 ) in das Bauteil(9)geleitet.
  • Bei den bisher üblichen Anordnungen zur Messung der Schubkraftkomponenten Fx und F werden Mehrkomponentenkraftmeßz zellen gewählt, bei denen die jeweiligen Einzelsignale für die Richtungen x und z durch einfache Aufsummierung zum Kraftsignal Fx oderF führen.
  • z In der.dargestellten Anordnung kommen ausschließlich Drucklastmeßelemente (1, 2, 3, 4) mit einer selektiven Empfindlichkeit in Richtung y des Koordinatensystems zum Einsatz.
  • Diese Meßelemente befinden sich vorzugsweise auf den Eckpunkten eines Rechteckes, das symmetrisch um den Mittelpunkt des Koordinantensystems angeordnet ist, wodurch die Lage der Drucklastmeßelemente relativ einfach mit Hilfe der beiden Abstände A und B angegeben werden können. Auch die Abstände C, D und E zwischen dem Kraftangriffspunkt (13) und dem Mittelpunkt des Koordinatensystems sind einfach zu bestimmende Größen.
  • Auf Drehmaschinen z. B. bilden die Abstände A, B und C feste Werte, da sie durch die Konstruktion der Maschine und den Ort der fest eingebauten Drucklastmeßelemente (1 - 4) bestimmt werden. Lediglich die Abstände D und E zwischen den Symmetrielinien des Rechteckes und dem Kraftangriffspunkt (13) werden zusätzlich durch die veränderliche Geometrie des Werkzeuges (12) und des dieses aufnehmenden Bauteils (11) bestimmt. Die Werte der Abstände E und D sind unter Berücksichtigung des Referenzpunktes der Arbeits- bzw.
  • Werkzeugmaschine und den werkzeugabhängigen Werkzeugkorrekturwerten einfach und automatisch bestimmbare Größen.
  • Aus der Summe der einzelnen Meßsignale Y1, Y2, Y3, Y4 der Druckkraftmeßelemente (1, 2, 3, 4), die das Signal für die Druckkraftkomponente F ergibt und den Gleichungen, die sich y aus den Drehmomenten um die Achsen x (Ms und z (MR) - gebildet aus den Kraftkomponenten Fx, Fy und Fz, den Abständen A, B, C, D und E sowie den Meßsignalen Y1, Y2, Y3 und Y4 - ergeben, lassen sich für Fx und Fz die folgenden Gleichungen herleiten: Fy = Y1 + Y2 + Y3 + #MR = 0 = Fx C - Fy. E - (Y3 + Y4) B + (Y22 Y1) B .B #Ms = 0 = Fz.C - Fy. D - (Y2 + Y3) A + (Y1 + 4) . A Fx = Fy.E/C+(Y3+Y4)B/C-(Y1 + Y2).B/C Fx = E/C . (Y1 + Y2 + Y3 + Y4) - B/C. [(Y1 + Y2) - (Y3 + Y4)] Wie sich zeigt, ist im Falle von Drehmaschinen die zu bestimmende Schubkraft Fx nur von den Variablen, den Meßsignalen Y1, Y2, 3 und Y4 und dem Abstand E abhängig (B und C = konstant), während die Schubkraft F z nur von den Variablen, den Meßsignalen Y1, Y2, 3 und Y4 und vom Abstand D (A + C = konstant) abhängig ist. Da die Abstände D und E werkzeugabhängige und damit bekannte Werte sind und A, B und C als bekannte, feste Werte vorliegen, wird es möglich, die Kräfte Fx und Fz über ein Rechenwerk (5 - 39), welches nach den angegebenen Gleichungen arbeitet, zu bestimmen.
  • Beim Einsatz dieser Erfindung auf Bearbeitungszentren bzw.
  • Bohr- und Fräswerken können die Abstände C, D und E ständig veränderliche Werte annehmen, da sie neben der Werkzeuggeometrie auch von den Achspositionen der Maschinenschlitten abhängig sein können. Auch in diesen Fällen lassen sich die Werte der Abstände C, D und E automatisch, zum Beispiel über die Steuerung der Maschine, bestimmen, da die Achspositionen aufgrund der Achsmeßsysteme innerhalb einer Arbeits- bzw. Werkzeugmaschine bekannt sind. Die Bestimmung der Kräfte Fx und F z erfolgt dann über die entsprechende veränderlichen Werte der Abstände C, D und E ebenfalls über das Rechenwerk gemäß F i g. 2 oder F i g. 3.
  • In F i g. 2 stellen die Bausteine 1, 2, 3 und 4 die druckempfindlichen Drucklastmeßelemente dar, die über die sensorspezifischen Vorverstärker 5, 6, 7 und 8 zu den Meßsignalen Y1, Y2, Y3 und Y4 führen. Die Verstärkungsfaktoren der Vorverstärker sind variabel einstellbar, um Empfindlichkeitsunterschiede in den Drucklastmeßelementen auszugleichen oder solche Empfindlichkeitsunterschiede der einzelnen Meßstellen auszugleichen, die aufgrund unterschiedlicher Steifigkeiten in den Maschinenbauteilen (9 und/oder 10) und/ oder einer Zwischenplatte (43) entstehen. Im letztgenannten Fall lassen sich die unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren auf theoretischem Wege, z.B. nach der Finite-Element-Methode oder experimentell ermitteln.
  • Eine experimentelle Ermittlung der Verstärkungsfaktoren kann dadurch vorgenommen werden, daß bei bekannten Werten der Abstände (A - E) das Werkzeug (13) durch definierte Kräfte belastet wird und die entsprechenden theoretischen Sollwerte der Meßsignale (Yi, Y2, Y3 und Y4) gemäß den im folgenden wiedergegebenen Gleichungen mit den tatsächlichen Meßsignalen (Yi, Y2, Y3 und Y4) durch Verstellung der Verstärkungsfaktoren zur Deckung gebracht werden.
  • Über die Subtrahier- bzw. Addierverstärker (19 - 25) werden die in F i g. 2 angegebenen mathematischen Ausdrücke gebildet. Diese werden dann mit Hilfe der Werte für die Abstände A - E über die Dividierbausteine 28 - 31 und den Multiplizierbausteinen 34 - 37 sowie den Differenzbildnern 26 und 27 gemäß der skizzierten Schaltanordnung so verrechnet, daß sich die Schubkraftkomponenten Fx und Fz ergeben.
  • Für den Einsatz auf Drehmaschinen kann das Rechenwerk vereinfacht werden, da die Werte der Abstände A, B und C als unveränderlich anzunehmen sind und damit einige Bausteine durch einfachere ersetzt werden können. So kann der Baustein 37 durch einen Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor A/C ersetzt werden und der Baustein 28 sowie die Eingabe 14 entfallen. Ferner kann der Baustein 34 durch einen Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor B/C ersetzt werden und der Baustein 29 sowie die Eingabe 15 entfallen. Die Eingabe 16 für den Wert des Abstandes C kann ebenfalls entfallen, wenn für die Eingaben 17 und 18 direkt die Quotienten D/C und E/C eingegeben werden, wobei dann ebenfalls die Bauteile 30 und 31 überflüssig sind.
  • Falls das Rechenwerk vollständig oder teilweise durch einen Digitalrechner realisiert wird, ist zu berücksichtigen, daß die Rechenzeiten kurz genug sind, um hochfrequente, für Werkzeugbrüche typische Kraftsignalanteile,durch den Digitalrechner unverfälscht wiedergeben zu können.
  • F i g. 3 zeigt eine Erweiterung des Rechenwerkes um die Dividierbausteine 32 und 33 sowie um die Multiplizierbausteine 38 und 39. Mit Hilfe dieser zugefügten Bausteine wird es möglich, zusätzlich die Kraftquotienten FX/Fy und F z /F soxy y wie die Drehmomente M5 und MRzu bestimmen. Ferner ist hier ein weiterer Ausgang für die bereits gebildete Druckkraftkomponente F vorgesehen. Diese Erweiterung ist deswegen y sinnvoll, weil Anwendungsfälle bekannt geworden sind, wo sich die genannten Kraftquotienten (z.B. bei der Drehbearbeitung) besser zur Erkennung von Werkzeugverschleiß eignen als die Schubkraftkomponenten Fx und F z Ferner kommen Anwendungsfälle zur Werkzeugüberwachung bei Bohr- und Fräswerkzeugen vor, wo die Drehmomente M5 oder MR zur Werkzeugüberwachung günstige Überwachungsergebnisse liefern.
  • Die Montage der Drucklastmeßelemente (1 - 4) in den Kraftfluß der Arbeits- bzw. Werkzeugmaschine gemäß F i g. 1 bedeutet, daß die Meßelemente die gesamten Kräfte und Momente, die auf sie über die Maschinenbauteile (9 und 10) einwirken, aufnehmen. Die Meßelemente müssen deshalb unter Berücksichtigung ihrer maximalen Belastbarkeit entsprechend groß dimensioniert sein, weshalb sie relativ hohe Kosten verursachen. Zusätzliche Abdichtleisten (41) und Abdichtringe (42) sind sinnvoll, steigern jedoch den Montageaufwand und damit die Montagekosten weiter.
  • Aus den genannten Gründen sieht ein weiterer Teil der Erfindung vor, einen Teil der Kräfte nicht über die Drucklastmeßelemente (1 - 4), sondern über eine Zwischenplatte (43) zu leiten, die die Meßelemente einschließt und gleichzeitig als Abdichtung dient. Das Schema einer solchen Zwischenplatte (43) zeigt F i g. 4.
  • Die Zwischenplatte (43) füllt den Hohlraum (40) zwischen den Maschinenbauteilen (9 und 10) nahezu vollständig aus. Die Drucklastmeßelemente sind wie an den bisher bezeichneten Stellen in entsprechend größere Bohrungen der Zwischenplatte (43) eingelassen und vorzugsweise mit einer weichen, dauerelastischen Vergußmasse (48) positioniert. Zum Ausgleich von Höhenunterschieden sind zusätzlich planparallele Adapterscheiben (44) über bzw. unter den Drucklastmeßelementen vorgesehen. Es ist ferner vorgesehen, die Zwischenplatte (43) gemeinsam mit den Drucklastmeßeelementen (1 - 4) bzw. den Adapterplatten (44) planparallel auf der Ober- und Unterseite vollständig zu überschleifen.
  • Zur Erzielung der notwendigen Vorspannung der Drucklastmeßelemente (1 - 4) sind diese bzw. die Adapterscheiben (44) jeweils mit gleichdicken Druckscheiben (45) zu versehen, die aufgebracht werden. Die Dicke der Druckscheiben (45), die vorzugsweise aus Metallscheiben bestehen, sind unter Berücksichtigung der maximalen Belastbarkeit der Drucklastmeßelemente (1 - 4) und ihrer Steifigkeit bzw. der Steifigkeit der Zwischenplatte (43) im Bereich der Meßelemente auszulegen.
  • Die Empfindlichkeiten der Drucklastmeßelemente (1 - 4) hinsichtlich der Meßsignale (Y1 - Y4) kann durch ihre Auflagefläche bzw. durch die Auflagefläche der entsprechenden Adapterscheiben (44) und durch die entsprechenden Auflageflächen der Zwischenplatte (43) im Bereich der Meßelemente (1 - 4) bestimmt werden. Zur Anderung der Auflagefläche der Zwischenplatte (43) ist sie gezielt an Stellen ihrer Oberfläche auszunehmen (46 und 47).
  • Die Zwischenplatte (43) kann ohne Beeinträchtigung des Meßergebnisses zwischen den Maschinenbauteilen (9 und 10) an einer oder an mehreren Stellen verstiftet (49) werden. Eine Verschraubung (50) der beiden Maschinenbauteile ( 9 und 10) ist sowohl durch die Meßelemente (1 - 4) hindurch als auch zusätzlich oder ausschließlich neben den Meßelementen ( 1 - 4) möglich.
  • Ein weiterer Teil der Erfindung besteht darin, daß die Oberflächendehnungen eines der Maschinenbauteile (9 oder 10) von bereits bekannten, vorzugsweise 4 Dehnungsaufnehmern (51), die von außen an den Maschinenbauteilen (9 oder 10) befestigt sind, gemessen werden, und die entsprechenden Meßsignale (yl v Y4) dem Rechenwerk zugeleitet werden, um damit die Schubkraftkomponenten Fx und/oder F z zu bestimmen.
  • Erfindungsgemäß sind diese Dehnungsaufnehmer dann innerhalb der x-z-Ebene des Koordinatensystems auf den Eckpunkten des beschriebenen Rechtecks zu montieren.
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Claims (22)

  1. Einrichtung zum Messen der auf Maschinenbauteile wirkenden Kräfte Patentansprüche 1. Einrichtung zum Messen der auf Maschinenbauteile wirkenden Kräfte mit Hilfe von mindestens 3 Kraft- bzw. Dehnungsmeßelementen, die jeweils selektiv mindestens eine Drucklast messen und in einer Ebene zwischen zwei Maschinenbauteilen montiert sind, insbesondere zur Messung der Zerspankraftkomponenten an Schneidwerkzeugen von Werkzeugmaschinen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Meßsignale der an jeweils einer Meßstelle angeordneten Meßelemente (1,2,3,4) über meßelementspezifische Vorverstärker (5,6,7,8) in einzelne, dehnungs-bzw. kraftproportionale Spannungswerte (y1,y2,y3,y4)umgewandelt werden, um sie einem Rechenwerk zuzuführen, das unter Berücksichtigung der geometrischen Koordinaten der Meßelemente und des Kraftangriffspunktes (A bis E) auf der Basis des Drehmomentengesetzes mindestens die Schubkraftkomponenten (Fx und Fz) an der Stelle des Kraftangriffspunktes (13) bildet.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1,dadurch g e k e n n z e i c hnet, daß 4 Meßelemente in einer Ebene zwischen den beiden Maschinenbauteilen (9,10) vorzugsweise so angeordnet sind, daß sie sich an den Eckpunkten eines Rechteckes befinden, welche symmetrisch um die in der Meßebene befindliche Mitte eines Koordinatensystems angeordnet sind und zu dessen Achsen (x und z) definierte Abstände (A und B) aufweisen.
  3. 3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2,dadurch g e k e n nz e i c h n e t , daß die Meßelemente vorzugsweise aus piezoelektrischen oder DMS-bestückten Ringkraftaufnehmern bestehen, die in ihrer achsialen Richtung (y) eine selektive Stauchungs-/Dehnungs- bzw. Kraftempfindlichkeit aufweisen.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3,dadurch g e k e n nz e i c h n e t , daß der Kraftangriffspunkt (13) eines Kräftetripels (Fxt Fy, Fz) an einem der beiden Maschinenbauteile (9 oder 10) liegt und hinsichtlich seiner Abstände C, D und E zur Mitte des Koordinatensystems festliegt.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4,dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß sich der Kraftangriffspunkt (13) durch Auswechseln oder Verschieben des die Kräfte aufnehmenden Bauteils z.B. eines Werkzeugträgers (11) hinsichtlich seiner Abstände (C, D und E) zum Mittelpunkt des Koordinantensystems verändern kann.
  6. 6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5,dadurch g e k e n nze i c h n e t, daß die Abstande der Meßelemente und des Kraftangriffspunktes zum Mittelpunkt des Koordinantensystems (A, B, C, D und E) während der Messung bzw.
    während der Bildung der Schubkraftkomponenten (Fx und F bekannt sind.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6 ,dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß die Abstände (A, B, C, D und E) sowie etwaige Veränderungen derselben in das Rechenwerk über entsprechende Eingabeelemente (14, 15, 16, 17, 18) eingegeben werden.
  8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß die Abstände (A, B, C, D und E) sowie etwaige Veränderungen derselben auch von der Maschine, in der sich die Meßeinrichtung befindet, bzw. von deren elektronischer Steuerung jederzeit gemeinsam oder auch einzeln an die Eingabelemente des Rechenwerkes übergeben werden können.
  9. 9. Einrichtung nach.den Ansprüchen 5 bis 4 dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Eingabelemente (14, 15 und 16) für die Abstände(A, B und C) der Meßelemente und des Kraftangriffspunktes in y-Richtung zur Mitte des Koordinatensystems entfallen können und dafür diese Abstände im Rechenwerk fest vorgegeben werden.
  10. 10. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 8,dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß alle Abstände (A, B, C, D und E) als Konstanten fest in das Rechenwerk eingegeben werden, ohne daß sich das Ubersprechen durch die anderen beiden Kraftkomponenten (F und F oder F und Fz) auf die jeweils zu y x y messende Schubkraftkomponente (Fx oder Fz) in für den Meßzweck unvertretbarem Maße ändern.
  11. 11. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 10,dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß mit dem Rechenwerk neben den Schubkraftkomponenten (Fx und Fz) auch die Druckkraftkomponente (F ) sowie die aus den Schub- und Druckkräften y gebildeten Kraftquotienten ( F /F und F /F ) wie auch xy z y die Drehmomente (MS und MR) um die Koordinantenachsen x und z gebildet werden können.
  12. 12. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11,dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Rechenwerk in analoger und / oder digitaler Technik aufgebaut ist.
  13. 13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12,dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Meßelemente in einer Zwischenplatte (43) eingelassen sind.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13,dadurch g e k e n n z e ic h -n e t, daß die Meßelemente zum Dickenausgleich auf ihren Belastungsflächen Adapterplatten (44) aufweisen.
  15. 15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 und 14,dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Meßelemente und Adapterplatten (44) über eine dauerelastische Masse (48) mit der Zwischenplatte (43) vergossen sind.
  16. 16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 und 15,dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Meßelemente oder die Adapterplatten (44) gemeinsam mit der Zwischenplatte (43) beidseitig planparallel auf ihren Belastungsflächen überschliffen sind.
  17. 17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 bis 16,dadurch g e -k e n n z e i c h ne t, daß die Zwischenplatte (43) die Meßelemente und die Adapterplatten (44) mit Ausnahme der Druckflächen abdichtend voll umschließt.
  18. 18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 bis 17' dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß zur Vorspannung der Meßelemente nach dem gemeinsamen Uberschleifen von Zwischenplatte (43) und Meßelementen oder Adapterplatten (44) jeweils eine gleichdicke Druckscheibe (45) auf die Druckflächen der Meßelemente bzw. Adapterplatten (44) montiert und diese hinsichtlich ihrer Dicke so ausgelegt ist, daß unter Berücksichtigung der Steifigkeit der Zwischenplatte (43) im Bereich jedes Meßelementes und der Steifigkeit dieses Meßelementes zuzüglich der zugehörigen Adapterplatten (44) und der Druckscheibe (45) einerseits die Maximalbelastung des betreffenden Meßelementes nicht überschritten und andererseits die gewünschte Empfindlichkeit desselben erreicht wird.
  19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 18,dadurch g e k e n n z e i c hn e t, daß zur Erhöhung der Meßelemente-Empfindlichkeit die Auflagefläche der Zwischenplatte (43) durch gezielte Materialausnehmungen (46, 47) verkleinert oder die Meßelemente- bzw. Adapterplattenauflageflächen vergrößert sind.
  20. 20. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 bis 19,dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Maschinenbauteile (9 und 10) über Verschraubungen miteinander verbunden sind, die die Meßelemente bzw. die Zwischenplatte (43) vorspannen und sich durch die Mitte der Meßelemente erstrecken oder sich bei Vorhandensein der Zwischenplatte (43) neben diesen befinden.
  21. 21. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 bis 20,dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß zur Aufnahme von Schubkräften zwischen den Maschinenbauteilen (9 und 10) Verstiftungen (49) zwischen diesen und der Zwischenplatte vorgesehen sind.
  22. 22. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12 dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß Kraft- bzw. Dehnungsmeßelemente von außen auf das krafteinleitende Maschinenbauteil (9 oder 10) montiert werden und vorzugsweise so angeordnet sind,daß sie sich in der x-z-Ebene eines Koordinantensystems und an den Eckpunkten eines Rechteckes befinden, das symetrisch um die Mitte des Koordinantensystems angeordnet ist.
DE3440670A 1984-11-07 1984-11-07 Vorrichtung zum Messen der auf Maschinenbauteile wirkenden Kräfte und Momente Expired DE3440670C2 (de)

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