DE3913820C2 - Meßvorrichtung zur Erfassung von in den Säulen einer Druckgießmaschine auftretenden Zugspannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zur Erfassung von in den Säulen einer Druckgießmaschine auftretenden Zugspannungen, welche auftreten, wenn die bewegliche Aufspannplatte der Druckgießmaschine in eine dem Formenschluß der Druckgießform entsprechende Position gebracht und mit einer mit der für den Formenschluß im Betrieb erforderlichen oder mit einer dem Betrage nach damit vergleichbaren Haltekraft gegen die feststehende Aufspannplatte gedrängt wird, mit den Säulen einzeln zugeordneten Meßwertaufnehmern, welche zu den in den Säulen auftretenden axialen Zugspannungen proportionale elektrische Ausgangssignale erzeugen.

Derartige Meßvorrichtungen sind mit Hilfe bekannter Dehnungs­ meßstreifen Walter Baier, ELEKTRONIK LEXIKON, Franksche Verlagshandlung Stuttgart, 1974, S. 100 realisierbar, welche auf die Säulen der Maschine aufgeklebt sind und damit eine permanente Überwachung der im Betrieb in den Säulen auftretenden Zugspannungen ermöglichen.

Nachteilig an solchen Meßvorrichtungen ist zum einen, daß die Dehnungsstreifen bei den im Betrieb einer Druckgießmaschine auftretenden hohen Temperaturschwankungen einem erheblichen Verschleiß unterworfen sind und nach relativ kurzer Zeit beschädigt werden und ausfallen. Da das Auswechseln solcher Dehnungsmeßstreifen umständlich ist, wird nach einer Beschädigung derselben oftmals auf eine Reparatur der Meßvorrichtung verzichtet, und es werden dann die Säulen, nachdem sie z. B. zum Auswechseln von Gießformen von der feststehenden Aufspannplatte gelöst worden waren, lediglich durch eine übliche Positionsüberwachung der Verstellmuttern wieder einjustiert. Diese Art der Maschinen­ justage ist aber nicht nur schwierig sondern mit einer hohen Wahrscheinlichkeit dafür behaftet, daß die Säulen falsch justiert werden, mit der Folge, daß in den Säulen der Maschine ungleichmäßige Zugspannungen im Betrieb auftreten und die stärker belasteten Säulen erheblich schneller verschleißen als die weniger belasteten. Die Folge hiervon sind nicht nur teure Reparaturen sondern auch, solange die - ungleichmäßig belasteten - Säulen noch einen Betrieb erlauben, auch schlechte Qualität der Gußteile durch ungenügende Maßhaltigkeit.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Meßvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine sehr genaue Einjustierung der Säulen dahingehend ermöglicht, daß diese im Betrieb der Maschine in sehr guter Näherung gleichen Zug­ spannungen ausgesetzt sind, und daß auch die Meßvorrichtung selbst wesentlich weniger verschleißanfällig und vielfältig einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßwertaufnehmer in einer der Symmetrie der Anordnung der Säulen der Druckgießmaschine entsprechenden Symmetrie lösbar an einer der Aufspannplatten der Druckgießmaschine montierbar sind und mit Kraftübertragungselementen versehen sind, die mit der jeweils anderen Aufspannplatte in Anlage bringbare Stirnflächen haben, die in einer gemeinsamen, rechtwinklig zu der zentralen Achse der Maschine und den zentralen Achsen der Säulen verlaufenden Ebene liegen.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung ist dadurch, daß sie lediglich zum Einjustieren der Säulen der Druckgießmaschine eingesetzt wird, einem wesentlich geringeren Verschleiß unter­ worfen als z. B. permanent an den Säulen angebrachte Dehnungs­ meßstreifen, so daß ihre Gebrauchsbereitschaft praktisch unbe­ grenzt ist und daher von Zeit zu Zeit und mit geringem Aufwand ein sehr exaktes Nachjustieren, falls erforderlich, der Säulen möglich ist, was praktisch einer permanenten Überwachung der Zugspannungen in den Säulen gleichkommt. Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung ist mit bekannten Mitteln hoher Präzision und Qualität auf einfache Weise preisgünstig realisierbar, bevorzugt in der durch die Merkmale des Anspruchs 2 im Detail angegebenen Gestaltung.

Wenn die Führungshülsen, wie gemäß Anspruch 3 vorgesehen, lösbar an der Grundplatte der Meßvorrichtung angeordnet sind, so können diese Führungshülsen und die Meßwertaufnehmer in Verbindung mit verschiedenen Grundplatten benutzt werden, die hinsichtlich ihrer geometrischen Abmessungen an die verschiedensten Maschinengrößen angepaßt sind. Es genügt dann ein Satz verschie­ dener Grundplatten in Kombination mit einem Satz von z. B. vier Meßwertaufnehmern, um eine Vielzahl verschieden großer Maschinen justieren zu können.

Hierfür ist die durch die Merkmale des Anspruchs 4 angegebene präzise Oberflächenbearbeitung von Befestigungselementen der Führungshülsen und Einlageflächen der Grundplatte von Vorteil.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung kann ohne Schwierigkeit an die verschiedensten Typen von Druckgießmaschinen angepaßt werden, sowohl hinsichtlich der Zahl der Säulen als auch hin­ sichtlich deren - liegender oder stehender - Anordnung.

Ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung in Einzelheiten beschrieben und erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Druckgießmaschine, die als 4-Säulenmaschine ausgebildet ist, zur Erläuterung des Einsatzzweckes der Erfindung,

Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Meßsystems in vereinfachter, schematischer perspek­ tivischer Darstellung,

Fig. 3 einen Meßkopf des Meßsystems gemäß Fig. 2, im Schnitt längs der zentralen Längsachse des Meßkopfes gemäß Fig. 2.

Die in der Fig. 1 dargestellte, insgesamt mit 10 bezeichnete Druckgießmaschine umfaßt, in für sich bekannter Konstruktion, ein Maschinengestell 11, an dem gestellfest, vertikal vom Maschinengestell 11 aufragend die stationäre Aufspannplatte 12 montiert ist, an welcher der feststehende Teil einer - nicht dargestellten - Druckgießform festlegbar ist, sowie eine gegenüber der festen Aufspannplatte bewegliche Aufspann­ platte 13, an der - der festen Aufspannplatte 12 gegenüber­ liegend - der - ebenfalls nicht dargestellte - bewegliche Teil der Druckgießform festlegbar und zusammen mit der beweglichen Aufspannplatte 13 in die Schließstellung der Form bringbar ist. Weiter umfaßt die Druckgießmaschine 10 eine zum Einstellen auf die jeweilige Formhöhe, die in Schließ- bzw. Öffnungs­ richtung der Form gemessen wird, eine Traverse 14, welche ihrerseits - zum Zwecke des Einstellens der Druckgießmaschine auf die Formgröße beweglich am Maschinengestell 11 gelagert ist. Zwischen der Traverse 14 und der der festen Aufspann­ platte 12 erstrecken sich insgesamt vier Säulen 16, deren zentrale Achsen 17 die normal zur zentralen Längsachse 18 der Druckgießmaschine 10 verlaufende Mittelebene 19 der festen Aufspannplatte 12 in den Ecken eines Quadrates "durchstoßen".

Im Betrieb der Druckgießmaschine 10 müssen diese Säulen 16 die entlang der zentralen Achsen 17 der Säulen 16 wirkenden Zugkräfte aufnehmen, welche dadurch zustandekommen, daß die bewegliche Aufspannplatte 13 mit dem beweglichen Formteil mit großer Kraft in Richtung der zentralen Achse 18 der Maschine 10 gegen die feststehende Formhälfte bzw. die feste Aufspann­ platte 12 angepreßt wird. Die hierbei auftretenden axialen Kräfte betragen bei größeren Druckgießmaschinen, mit denen Formteile mit Querschnittsdimensionen von mehreren 100 cm² herstellbar sind, wobei Drücke von bis zu 1000 bar auftreten können, mehrere MN (Meganewton).

Um die Säulen, welche die entsprechenden Zugkräfte aufnehmen müssen, möglichst gleichmäßig zu belasten, bedarf es einer sehr genauen Einjustierung der Säulen, welche mit Kopfmuttern 21 an der festen Aufspannplatte 12 und mit Verstellmuttern 22, jeweils an den einander abgewandten Seiten der festen Aufspannplatte 12 bzw. der Traverse 14 axial abgestützt sind.

Um im Betrieb der Druckgießmaschine 10 die genannte gleichmäßige Zugbelastung der Säulen 16 zu gewährleisten, müssen die Verstellmuttern 22 sehr genau auf gleiche "Abstände" zu den Kopfmuttern 21 eingestellt werden. Die hierfür üblichen, mit einem Planetengetriebe arbeitenden Einstellvorrichtungen ermöglichen zwar eine sehr genaue Erst-Einstellung, sind aber problematisch hinsichtlich der Reproduzierbarkeit der Maschinenjustierung, wenn es zum Zwecke eines Formwechsels erforderlich ist, die Säulen 16 von der festen Aufspannplatte 12 zu lösen, um die Form einbringen zu können, bzw. wenn eine oder mehrere der Säulen 16, welche die kritischsten Verschleißteile der Druckgießmaschine 10 sind, ausgewechselt werden muß bzw. müssen.

Wird hierbei, was häufig der Fall ist, versäumt, die genaue Einstellung des Justier-Antriebes zu überprüfen, so ist es unvermeidlich, daß später im Betrieb die Säulen 16 unterschiedlichen Zugbelastungen ausgesetzt sind, da ein 4- Säulen-System statisch überbestimmt ist. Die Folge einer solchen Fehljustage, und sei diese auch nur geringfügig, ist dann zwangsläufig ein drastisch erhöhter Verschleiß der mehrbelasteten Säule(n) 16, mit der weiteren, sehr nachteiligen Folge, daß eine solchermaßen überbelastete Säule, die ein sehr teures Maschinenteil ist, umso früher ausgewechselt werden muß.

Um diesbezüglich Fehljustagen weitestgehend zu vermeiden, ist die ihrem grundsätzlichen Aufbau nach in der Fig. 2, auf deren Einzelheiten nunmehr ausdrücklich verwiesen sei, dargestellte insgesamt mit 25 bezeichnete Zugspannungsmeßvorrichtung verwendbar, die zur Einjustierung der Verstellmuttern 22 anstelle der feststehenden Formhälfte an die feste Aufspann­ platte 12 ansetzbar ist und, während die bewegliche Aufspann­ platte 13 mit hinreichender axialer Kraft gegen die Meßvor­ richtung 25 "gefahren" wird und in Anlage mit dieser gehalten ist, über vier Meßwert-Aufnehmer 24, die in derselben Symmetrie wie die Säulen 16 angeordnet sind, zu den in diesen wirkenden Zugkräften proportionale Kräfte erfaßt. Diese Proportionalität ist wegen derselben Symmetrie der Anordnung der Meßwertaufnehmer 24 und der Maschinensäulen 16 derart, daß auch die zentralen Längsachsen 26 der Meßwertaufnehmer die Ecken eines Quadrates durchstoßen, das geometrisch ähnlich zu dem Quadrat ist, durch dessen Ecken die zentralen Längsachsen 17 der Säulen hindurchtreten, zwangsläufig gegeben.

Diese zwangsläufige Proportionalität ist selbstverständlich auch dann gegeben, wenn die zentralen Achsen 17 der Säulen 16 die Ecken eines Rechteckes durchstoßen und die zentralen Achsen 26 der Meßwertaufnahmer die Ecken eines mit diesem Rechteck geometrisch ähnlichen Rechtecks durchstoßen, wobei natürlich die Anordnung dieser geometrisch ähnlichen Rechtecke so getroffen sein muß, daß sie dieselben Diagonalen haben.

Die Meßwertaufnehmer 24 sind als DMS(Dehnungs-Meß-Streifen) -Meß­ zellen ausgebildet und können ihrem grundsätzlichen Aufbau nach bekannten Gewichts-Meßwertaufnehmern entsprechen, die für sich als sogenannte "Wäge-Zellen" bekannt sind.

Die elektrische Beschaltung der Dehnungsmeßstreifen der Meßwertaufnehmer 24 ist so getroffen, daß - elektrische - Ausgangssignale des jeweiligen Meßwertaufnehmers proportional zu der in Richtung seiner zentralen Längsachse 26 wirkenden Kraft sind.

Bei einer Justierung der Druckgießmaschine 10 mit Hilfe der - erfindungsgemäßen - Meßvorrichtung 25 wird die bewegliche Aufspannplatte 13 mit einer Schließkraft, die annähernd der im Betrieb erforderlichen Schließkraft entspricht, gegen die Meßwertaufnehmer 24 gedrückt, die hierauf für die gleichzeitig in jeder der Säulen 16 auftretenden Zugspannungen charak­ teristische elektrische Ausgangssignale abgeben, die dem Pegel nach zu diesen Zugkräften proportional sind. Durch Verstellen der Verstellmuttern 22, dahingehend, daß die Ausgangssignale der Meßwertaufnehmer 24 gleichen Pegel annehmen, werden die Verstellmuttern 22, das heißt ihr Abstand von den jeweiligen Kopfmuttern 21 optimal justiert. Nach einer solchermaßen vorgenommenen Einrichtung der Druckgießmaschine 10 kann davon ausgegangen werden, daß auch im Gießbetrieb die in den Säulen 16 auftretenden Zugspannungen gleich, zumindest aber in sehr guter Näherung gleich sind und über längere Zeit hinweg gleich bleiben. Dies ergibt sich aus der sehr exakten "Erstjustierung" der Druckgießmaschine 10, wobei unter dem Begriff "Erst­ justierung" jeweils eine solche zu verstehen ist, die "vor" einer Inbetriebnahme der Maschine mit einer neuen Gießform oder nach dem Auswechseln einer oder mehrerer Säulen 16 vorgenommen werden muß.

Zur Erläuterung konstruktiver Einzelheiten der Meßvorrichtung 25 und ihrer Meßwertaufnehmer 24 sei nunmehr auf die Längsschnitt­ darstellung der Fig. 3 verwiesen, welche einen solchen Meßwert­ aufnehmer 24 im Schnitt längs seiner zentralen Längsachse 26 zeigt. Die Meßvorrichtung 25 umfaßt eine Grundplatte 27, welche auf eine zur Fixierung der feststehenden Gießformhälfte analoge Weise an der gestellfesten Aufspannplatte 12 festlegbar ist, wobei zur exakten Zentrierung der Grundplatte 27 bezüglich der zentralen Längsachse 18 der Maschine übliche, schematisch angedeutete, "horizontale und vertikale" Gleitsteine 28 bzw. 29 ausgenutzt werden und die Grundplatte mittels nicht dargestellter Spannpratzen an der Aufspannplatte 12 festlegbar ist. Die Grundplatte ist mit mit der zentralen Längsachse 26 der Meßwertaufnehmer 24 koaxialen Bohrungen 31 versehen, in welche zylindrisch-rohrförmige Führungshülsen 32 einsetzbar sind, die radial nach außend weisende Befestigungsflansche 33 haben, mittels derer die Führungshülsen 32 an der Grundplatte 27 befestigbar sind. Die Grundplatte 27 ist mindestens an den Anlageflächen, an denen die Befestigungsflansche 33 der Führungshülsen 32 zur Anlage kommen, plangeschliffen, des­ gleichen die Anlageflächen der Befestigungsflansche 33, derart, daß deren zentrale Längsachse 26 genau senkrecht zur Anlagefläche 34 der Grundplatte 27 verläuft. Die Führungs­ bohrungen 36 der Führungshülsen 32 sind ebenfalls geschliffen, um präzise Koaxialität zur zentralen Längsachse 26 der Führungshülse bzw. des Meßwertaufnehmers 24 zu erzielen. In die Führungsbohrungen 36 der Führungshülsen 32 ist je ein 2fach gestufter, insgesamt mit 37 bezeichneter Distanzbolzen einsetzbar, der in der jeweiligen Führungsbohrung 36 gleitend verschiebbar ist und sich mit seiner grundplattenseitigen End- Stirnfläche 38, die ebenfalls eben geschliffen ist, an der gestellfesten Aufspannplatte 12, in der Gebrauchslage gesehen, abstützt. In einem axialen Abstand D, der auf ein 1/100 mm exakt definiert ist und etwas größer ist als die axiale Ausdehnung der Führungsbohrungen 36 der Führungshülsen 32 hat der Distanzbolzen 37 eine ringflächenförmige Stufe 39, deren Ebene genau senkrecht zur zentralen Längsachse 26 des Distanz­ bolzens 37 verläuft. An diese Stufe 39 des Distanzbolzens 37 schließt sich ein dem Durchmesser nach kleinerer Mittelab­ schnitt 41 des Distanzbolzens 37 an, auf den ein mit den Dehnungsmeßstreifen 42, die lediglich schematisch angedeutet sind, versehener Meßring 43 aufsteckbar ist, der ebenfalls mit Gleitsitz auf dem Mittelabschnitt 41 des Distanzbolzens 37 verschiebbar geführt ist. In der Darstellung der Fig. 3 gesehen, sind die Dehnungsmeßstreifen 42 am Grund 44 einer nach außen offenen U-Nut 46 des Meßringes 43 angeordnet, welche nach außen hin durch eine rohrförmig-zylindrische Schutzhülse 47 abgedeckt ist. Diese Schutzhülse 47 ist auf nicht näher dargestellte Weise an dem Meßring 43 befestigt.

Die axiale Länge D₂ des Mittelabschnittes 41 des Distanz­ bolzens 37 ist etwas größer als die axiale Länge D₃ des auf diesen Mittelabschnitt 41 aufgeschobenen Meßringes 43. Der Mittelabschnitt 41 des Distanzbolzens 37 ist über eine weitere radiale Stufe 48 gegen einen freien Endabschnitt 49 des Distanz­ bolzens 37 abgesetzt, wobei der Durchmesser dieses Endab­ schnittes 49 um 0,5 bis 1 mm kleiner ist als der Durchmesser des Mittelabschnittes 41 des Distanzbolzens 37. Auf dem unmit­ telbar an die den Endabschnitt 49 gegen den Mittelabschnitt 41 absetzende Stufe 48 anschließenden, "freien" Teilabschnitt 51 des Mittelabschnittes 41 des Distanzbolzens 37 ist wiederum gleitend verschiebbar ein Übertragungsring 52 geführt, der sich mit seiner exakt eben geschliffenen Stirnfläche 53 an einer ebenfalls eben geschliffenen Stützfläche 54 des Meß­ ringes 43 abstützt. Dieser Übertragungsring 52 hat an seiner dem Meßring 43 abgewandten Seite eine seine zentrale Führungs­ bohrung 55 umgebende, entlang der zentralen Achse 26 gesehen, ringförmige Kugel-kalottenförmig konkave Stützfläche 56, an der ein Komplementär, das heißt konvex-kalottenförmig gewölbter Druckring 57 abstützbar ist, der eine mit dem Endabschnitt 49 des Distanzbolzens 37 koaxiale, zentrale Bohrung 58 hat, deren Durchmesser bei einem Absolutwert von z. B. 68 mm um 0,5 mm bis 1 mm größer ist als der Durchmesser des Endabschnittes 49 des Distanzbolzens 37. Über diesen Druckring 57 sind die bei einem "Zusammenspannen" der beweglichen Aufspannplatte 13 und der gestellfesten Aufspannplatte 12 auftretenden Kräfte auch dann exakt axial - über den Übertragungsring 52 - auf den Meßring 43 übertragbar, wenn - am Beginn einer Justierung - im Rahmen des Führungsspiels der beweglichen Aufspannplatte eine kleine "Schräglage" derselben bezüglich der zentralen Längsachse 18 der Druckgießmaschine 10 gegeben sein sollte, die - im Verlauf der Justierung - erst mittels der Meßvorrichtung 25 feststellbar ist.

Die Messung der axialen Spannkräfte erfolgt durch Erfassung der axialen Deformation des Meßringes 43 mittels der Dehnungsmeßstreifen 42, während die bewegliche Aufspannplatte 13 und die feste Aufspannplatte 12 - zum Zweck der Justage der Verstellmuttern 22 - miteinander verspannt sind. Um einen hinreichenden Deformationshub für den Meßring 43 zu ermöglichen, muß die axiale Ausdehnung der zentralen Führungsbohrung 54 des Übertragungsringes 52 um mindestens den Deformationshub größer sein als der axiale Abstand seiner Stützfläche 53 von der inneren Ringkante 58 seiner kalottenförmigen Stützfläche 56.

Claims (4)

1. Meßvorrichtung zur Erfassung von in den Säulen einer Druckgießmaschine auftretenden Zugspannungen, welche auftreten, wenn die bewegliche Aufspannplatte der Druckgießmaschine in eine dem Formenschluß der Druckgießform entsprechende Position gebracht und mit einer mit der für den Formenschluß im Betrieb erforderlichen oder mit einer dem Betrage nach damit vergleichbaren Haltekraft gegen die feststehende Aufspannplatte gedrängt wird, mit den Säulen einzeln zugeordneten Meßwertaufnehmern, welche zu den in den Säulen auftretenden axialen Zugspannungen proportionale elektrische Ausgangssignale erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertaufnehmer (24) in einer der Symmetrie der Anordnung der Säulen (16) der Druckgießmaschine (10) entsprechenden Symmetrie lösbar an einer der Aufspannplatten (12 bzw. 13) der Druckgießmaschine (10) montierbar sind und mit Kraftübertragungselementen (57) versehen sind, die mit der jeweils anderen Aufspannplatte (13 bzw. 12) in Anlage bringbare Stützflächen haben, die in einer gemeinsamen, rechtwinklig zu der zentralen Achse (18) der Maschine (10) und den zentralen Achsen (27) der Säulen (16) verlaufenden Ebene liegen.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwert-Aufnehmer (24) auf der Basis der Meßsignalerzeugung mittels Dehnungsmeß­ streifen (42) arbeitende, für sich bekannte Wägezellen vorgesehen sind, welche in Führungshülsen (32), die an einer an der jeweiligen Aufspannplatte (12 oder 13) der Druckgießmaschine (10) lösbar festlegbaren Grundplatte (27) angeordnet sind, einsteckbare Distanzbolzen (37) haben, die an der die Grundplatte (27) jeweils tragenden Aufspann­ platte (12 oder 13) axial abstützbar sind und an ihrer der anderen Aufspannplatte (13 bzw. 12) zugewandten Seite mit die Dehnungsmeßstreifen (42) tragenden, an radialen Stufen (39) der Distanzbolzen (37) axial abstützbaren Meßringen (43), an diesen axial abstützbaren Übertragungs­ ringen (52) und an diesen zentrierend axial abstützbaren Druckringen (57) jeweils gleicher effektiver axialer Aus­ dehnung versehen sind, wobei der axiale Abstand (D₁) der radialen Stufen (39) der Distanzbolzen (37) von ihren mit der die Grundplatte (27) tragenden Aufspannplatte (12 oder 13) in Anlage bringbaren End-Stirnflächen (38) jeweils derselbe ist.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülsen (32) lösbar an der Grundplatte (27) befestigbar sind.

4. Meßvorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülsen (32) mit radialen Befestigungsflanschen (33) versehen sind, deren mit der Grundplatte (27) zur Anlage kommenden Anlageflächen ebenso wie die Anlagefläche (34) der Grundplatte (27) mit exakt rechtwinkligem Verlauf zur zentralen Achse des Distanzbolzens (37) des jeweiligen Meßwert-Aufnehmers (24) plangeschliffen sind.