DE4115786A1 - Verfahren und vorrichtung zum ueberwachen mechanischer kraftuebertragungssysteme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen mechani­ scher Kraftübertragungssysteme, wobei das Kraftübertragungs­ system mindestens ein Kraftübertragungselement aufweist. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Überwachen mechanischer Kraftübertragungssysteme, insbesondere zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Kraftübertragungssysteme im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Systeme, bei denen Kräfte auf ein Werkzeug oder dgl. über­ tragen werden. So kann es sich dabei beispielsweise um Pressen, Stanzen, Strangpreßanlagen, Schmiedehämmer, Spritzgießmaschi­ nen, Druckgießmaschinen, Kokillengießanlagen, etc. handeln. Die bei den voranstehend genannten Vorrichtungen verwendeten Kraftübertragungssysteme weise allesamt mindestens ein Kraftübertragungselement auf, welches eine vorgebbare Kraft me­ chanisch auf das Werkzeug überträgt. Das Kraftübertragungsele­ ment ist im Rahmen dieser Kraftübertragung großen Spannungen und somit entsprechend großen Dehnungen und/oder Stauchungen ausgesetzt. Gleichzeitig auftretende Biegespannungen bzw. Bie­ gemomente sind in der Regel Ursache für das Versagen des Kraftübertragungselements, sofern die Wechselfestigkeit des Ma­ terials überschritten wird. Folglich ist es zur Vermeidung von Beschädigungen des Kraftübertragungselements nahezu zwingend erforderlich, das Kraftübertragungssystem bzw. das Kraftüber­ tragungselement hinsichtlich der bei der Kraftübertragung auf­ tretenden Dehnungen bzw. Stauchung und Spannung, d. h. auch hin­ sichtlich der auftretenden maximalen Biegemomente, zu überwa­ chen. Diese Überwachung ist insbesondere deshalb erforderlich, da die mit den Kraftübertragungselementen verbundenen Werkzeuge oftmals nicht richtig justiert sind oder unbeabsichtigter Weise irgendwelche Fremdkörper im Arbeitsbereich aufweisen. Diese Tatsachen führen beim Auftreffen der Werkzeugteile aufeinander zu einem zumindest geringfügigen Verkippen, was wiederum bei dem mit dem Werkzeug wirkverbundenen Kraftübertragungselement eine Biegung hervorruft, die ohne weiteres zu einer Belastung oberhalb der Dauerwechselfestigkeit führen kann.

Aus der Praxis sind bislang Verfahren und Vorrichtungen zum Überwachen der in Rede stehenden mechanischen Kraftübertra­ gungssysteme bekannt. Dies sei im folgenden am Beispiel einer Druckgießmaschine erläutert:

Bei einer Druckgießmaschine unterscheidet man nach DIN 24 480, BL. 2, vier verschiedene Baugruppen, nämlich die Formschließeinheit, die Gießeinheit, die Auswerfeinheit und die Kernzieheinrichtung. Die Formschließeinheit dient dem Verschie­ ben der beweglichen Formhälften, wobei die Druckgießform ge­ schlossen, zugehalten und wieder geöffnet wird. Die Form­ schließeinheit, die unter anderem die erforderliche Zuhalte­ kraft aufzubringen hat, weist eine feste Aufspannplatte, eine bewegliche Aufspannplatte und Säulen auf, die einerseits der Führung der beweglichen Aufspannplatte und andererseits der Aufnahme der von der Formschließeinheit erzeugten Zuhaltekraft dienen. Diese bei Druckgießmaschinen als Säulen bezeichneten Maschinenteile sind Kraftübertragungselemente im Sinne der vor­ liegenden Erfindung.

Zur Vermeidung einer Überlastung der Säule, die schließlich ge­ mäß voranstehenden Ausführungen zum Säulenbruch bzw. zum Bruch des Kraftübertragungselements führen kann, können die Säulen bislang auf unterschiedlichste Arten überwacht werden. So wird beispielsweise die Zuhaltekraft der Formschließeinheit, d. h. die Kraft, mit der die Schließeinheit mit einem bestimmten Werkzeug dem Auftreten einer Formsprengkraft entgegenwirkt, ge­ messen. Dazu wird in bekannter Weise zwischen der festen und der beweglichen Aufspannplatte ein sogenanntes "Kissen" mon­ tiert, mit dem hydraulisch eine Kraft aufgebracht wird. Die über das "Kissen" aufgebrachte Kraft entspricht der Zuhalte­ kraft der Druckgießmaschine, wenn diese gerade noch zuhält.

Des weiteren lassen sich Zug- und Druckkräfte über die Dehnun­ gen in den Säulen ermitteln, zumal nach dem Hooke′schen Gesetz im elastischen Bereich ein linearer Zusammenhang zwischen der in der Säule auftretenden Spannung und der Dehnung vorliegt. Um nun diese Dehnung unter Belastung zu messen, gibt es wiederum in der Praxis verschiedene Verfahren. Zum einen mißt man die Längenänderung einer Säule bei Belastung an der Stirnseite der Säule in der sogenannten neutralen Faser. Biegespannungen in der Säule werden dabei nicht gemessen. Des weiteren kann man die Längenänderung unter Belastung auf einem bestimmten Stück im Bereich der Form messen. Hierzu können Meßuhren eingesetzt werden, die über Böcke und einer Stahlbandbefestigung die Bewe­ gung der Säule anzeigen. Die Böcke können auch über eine Ma­ gnetbandhaftung auf den Säulen angebracht werden.

Schließlich ist ein Verfahren bekannt, wonach auf bzw. an den Säulen Dehnmeßstreifen aufgebracht werden. Das Meßprinzip mit Dehnmeßstreifen basiert auf der Widerstandsänderung eines elek­ trischen Leiters, wenn dieser durch Krafteinwirkung gedehnt oder gestaucht wird. Das Aufbringen der Dehnmeßstreifen erfor­ dert jedoch einen erheblichen Aufwand. Beim Ziehen der Säulen wird der Meßaufbau in der Regel zerstört, wodurch dieses Ver­ fahren äußerst kostenaufwendig ist. Die Meßergebnisse hängen stets von der Lage der Dehnmeßstreifen ab, so daß zur vollstän­ digen Überwachung des in Rede stehenden Kraftübertragungs­ systems bzw. eines Kraftübertragungselementes dieses quasi auf der gesamten Oberfläche mit Dehnmeßstreifen versehen werden müßte. Dies ist jedoch einerseits aus Praktikabilitätsgründen, andererseits aus Kostengründen nicht möglich.

Die voranstehend erörterten bekannten Verfahren zum Überwachen mechanischer Kraftübertragungssysteme lassen sich entweder nur im Rahmen eines "Blindversuchs" durchführen, verursachen ande­ rerseits einen erheblichen Zeit- und Kostenaufwand.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Überwachen mechanischer Kraftübertragungs­ systeme anzugeben, welches eine zuverlässige Überwachung des Kraftübertragungssystems während des Betriebs des Kraftübertra­ gungssystems auf einfache Weise ermöglicht. Des weiteren soll eine entsprechende Vorrichtung zur Anwendung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens angegeben werden, wobei die Vorrichtung bei unterschiedlichen Kraftübertragungssystemen variabel einsetzbar sein soll.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Überwachen mechanischer Kraftübertragungssysteme löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patenanspruches 1. Danach weist das erfin­ dungsgemäße Verfahren folgende Verfahrensschritte auf: Zunächst werden am unbelasteten Kraftübertragungselement zwei im wesent­ lichen parallel zueinander angeordnete Ebenen aufgespannt, wo­ bei jede Ebene durch mindestens drei Raumkoordinaten bzw. Meß­ punkte am Kraftübertragungselement festgelegt wird. Erfindungs­ gemäß werden diese beiden Ebenen mit Bezug auf das Kraftüber­ tragungselement direkt am Kraftübertragungselement festgelegt. Der weitere Verfahrensschritt erfolgt bei belastetem Kraftübertragungselement. Bei Belastung wird dann nämlich die aus der im Kraftübertragungselement auftretenden Spannung bzw. Dehnung hervorgerufene relative Lageänderung der beiden Ebenen zueinander ermittelt. Schließlich wird die ermittelte relative Lageänderung der Ebenen mit der am Kraftübertragungselement auftretenden örtlichen Dehnung bzw. Stauchung korreliert, wobei das für den elastischen Bereich geltende Hooke′sche Gesetz zugrundegelegt wird.

An dieser Stelle sei kurz darauf hingewiesen, daß die Lageände­ rung der beiden in Rede stehenden Ebenen zueinander aufgrund einer Dehnung bzw. Stauchung des Kraftübertragungselements in Kraftübertragungsrichtung erfolgt ist. Der Begriff Dehnung ist als eine Längenänderung in bezug auf die Gesamtlänge definiert, wobei die Gesamtlänge der Abstand zwischen den Ebenen bei unbe­ lastetem Kraftübertragungselement ist. Die Dehnung ε ergibt sich demnach zu

wobei 1 der Abstand zwischen den Ebenen bei unbelastetem Kraft­ übertragungselement ist und dl die Lageänderung darstellt.

Die Zugspannung σz ergibt sich nach dem Hooke′schen Gesetz aus der Dehnung und dem materialspezifischen Elastizitätsmodul E wie folgt:

σz = E * ε

Die Zugkräfte werden aus der Querschnittsfläche sowie den Zug­ spannungen wie folgt errechnet.

Fz = A * σz,

wobei A die Querschnittsfläche des Kraftübertragungselements darstellt.

Die Biegespannungen lassen sich wie die Zugspannungen ebenfalls nach dem Hooke′schen Gesetz berechnen:

σb = E * εb,

wobei σb die Biegespannung und εb die Dehnung darstellt.

Die Biegemomente Mby und Mbz berechnen sich dann wie folgt:

Mb = Wb * σb,

wobei Wb das Widerstandsmoment darstellt.

Des weiteren berechnen sich die maximalen Biegemomente zu

Schließlich berechnen sich die Wirkungslinien der Biegemomente, d. h. die Richtungen der Biegemomente, zu

Zur Berechnung der Dehnung in dem Kraftübertragungselement bzw. in den Säulen der Druckgießmaschine ist es erforderlich, ein Koordinatensystem festzulegen. Dazu wird auf Fig. 2 verwiesen. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß die x-Achse in die Längsachse oder neutrale Faser der Säule bzw. des Kraftübertragungselements gelegt wird. Die Senkrechte dazu wird als z-Achse definiert und die Waagerechte entsprechend als y- Achse. Zur Berechnung der Spannungen und Biegungen in dem Kraftübertragungselement benötigt man mindestens drei Meßpunkte auf dem Kraftübertragungselement. Die drei Meßpunkte spannen eine Ebene im Koordinatensystem auf. Wird nun das Kraftübertra­ gungselement belastet, so verändert sich die Lage der Meß­ punkte. Erfolgt die Änderung nur in Richtung der X-Achse (y, z = 0) des Koordinatenursprungs (hier wird die als Referenzebene dienende erste Ebene definiert), so liegt eine reine Zugspan­ nung vor. Bei ungleicher Belastung liegen Zug-, Druck- und Bie­ gespannungen vor, die mit der Ebenengleichung bestimmt werden können. Im unbelasteten Zustand sollte die Ebene senkrecht zum Kraftübertragungselement stehen. Im belasteten Zustand des Kraftübertragungssystems bzw. des Kraftübertragungselements än­ dern sich Richtung und Lage der jeweiligen Meßpunkte.

Wie bereits zuvor erwähnt, läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in besonders vorteilhafter Weise aus der Dehnung und aus dem materialspezifischen Elastizitätsmodul des Kraftüber­ tragungselements die Zugspannung gemäß dem Hooke′schen Gesetz berechnen. In weiter vorteilhafter Weise läßt sich aus der Querschnittsfläche des Kraftübertragungselements und der be­ rechneten Zugspannung die Zugkraft berechnen. Aus der Dehnung und dem Elastizitätsmodul des Kraftübertragungselements läßt sich - ebenfalls nach dem Hooke′schen Gesetz - die Biegespan­ nung berechnen. Aus der berechneten Biegespannung läßt sich wiederum das maximale Biegemoment ableiten. Ebenso läßt sich die Lage der maximalen Spannung ermitteln.

Hinsichtlich der am Kraftübertragungselement aufgespannten bei­ den Ebenen ist es von besonderem Vorteil, wenn die Ebenen bei unbelastetem Kraftübertragungselement im wesentlichen orthogo­ nal zur Kraftübertragungsrichtung liegen. Diese Anordnung hat den großen Vorteil, daß im Falle der Anwendung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens zur Überwachung von Säulen bei Druckgießma­ schinen die Ebenen bei unbelasteten Säulen im wesentlichen pa­ rallel zu den Aufspannplatten und orthogonal zu den Säulen bzw. Kraftübertragungselementen liegen.

Hinsichtlich der Ermittlung bzw. Festlegung der Raumkoordinaten der beiden Ebenen ist es von besonderem Vorteil, wenn diese Er­ mittlung mittels kontaktlos arbeitenden Wegmeßsensoren erfolgt. Kontaktlos arbeitende Wegmeßsensoren sind deshalb besonders vorteilhaft, da aufgrund der "Kontaktlosigkeit" keine weitere Kraftübertragung erfolgt, die die Überwachung erschwert. Diese kontaktlosen Wegmeßsensoren messen jeweils gegen ein Meßobjekt. Die Wegmeßsensoren und die den Wegmeßsensoren zugeordneten Meß­ objekte sind an dem Kraftübertragungselement in dem zu überwa­ chenden Bereich ortsfest angeordnet, d. h. mit dem Kraftübertra­ gungselement in etwa fest verbunden. Die Raumkoordinaten der einen Ebene ergeben sich auf dem Standort bzw. der Wegmeßsenso­ ren, der dem Nullpunkt der Messung der Wegmeßsensoren ent­ spricht. Die Raumkoordinaten der anderen Ebene lassen sich aus der Messung der Wegmeßsensoren gegen die Meßobjekte ableiten. Folglich bilden die Wegmeßsensoren mit ihrem Standort die eine Ebene und die Meßobjekte, gegen die die Wegmeßsensoren kontakt­ los messen, die andere Ebene zur Überwachung des mechanischen Kraftübertragungssystems.

Des weiteren ist es besonders vorteilhaft, wenn das erfindungs­ gemäße Verfahren nicht nur eine Art stationäre Überwachung dar­ stellt, sondern vielmehr die korrelierten bzw. berechneten Da­ ten des belasteten Kraftübertragungselements auf die Kraftüber­ tragung rückgekoppelt werden. Eine solche Rückkopplung kann in vorteilhafter Weise zur Kraftregelung, zum Nachjustieren des Kraftübertragungselements oder gar zur Notabschaltung des Kraftübertragungssystems führen, wodurch wirksam eine Beschädi­ gung des Kraftübertragungssystems vermieden wird.

Zur Durchführung des zuvor erörterten Verfahrens wird die hier zugrundeliegende Aufgabe des weiteren durch die Merkmale des Patentanspruches 11 gelöst. Danach ist eine Vorrichtung zum Überwachen mechanischer Kraftübertragungssysteme mit mindestens einem Kraftübertragungselement dadurch gekennzeichnet, daß eine Spanneinrichtung zum Festlegen an dem Kraftübertragungselement vorgesehen ist. Die Spanneinrichtung weist zwei gegeneinander quasi frei bewegbare und in definierter Relativlage zueinander am Kraftübertragungselement festlegbare Spannteile auf. Das er­ ste Spannteil weist wiederum mindestens drei vorzugsweise kon­ taktlos arbeitende Wegmeßsensoren auf, die gegen dem zweiten Spannteil zugeordnete Meßobjekte messen.

Erfindungsgemäß ist demnach erkannt worden, daß die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren aufzuspannenden Ebenen mittels ei­ ner geeigneten Spanneinrichtung definierbar sind, wobei die Spanneinrichtung am Kraftübertragungselement festgelegt wird. Damit nun die beiden Ebenen bei belastetem Kraftübertragungs­ element sich relativ zueinander bewegen können, weist die Spanneinrichtung zwei gegeneinander quasi frei bewegbare Spann­ teile auf, wobei die Spannteile bzw. die Spanneinrichtung bei unbelastetem Kraftübertragungselement mit definiertem Abstand zueinander an bzw. auf dem Kraftübertragungselement montiert werden. Da nun zum Aufspannen einer Ebene mindestens drei Orts­ koordinaten erforderlich sind, weist das erste Spannteil minde­ stens drei vorzugsweise kontaktlos arbeitende Wegmeßsensoren auf. Diese Wegmeßsensoren bilden mit ihrer örtlichen Anordnung und den jeweils dadurch vorgegebenen Nullpunkten bereits die erste Ebene. Diese Wegmeßsensoren messen gegen Meßobjekte, die dem zweiten Spannteil zugeordnet sind, wobei sich aus dieser Messung, d. h. aus der Lage der Meßobjekte, die zweite Ebene er­ gibt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dann schließ­ lich bei belastetem Kraftübertragungselement die Lageänderung zwischen den Ebenen mittels der Wegmeßsensoren ermittelt.

In besonders vorteilhafter Weise arbeiten die in Rede stehenden Wegmeßsensoren nach dem Wirbelstromprinzip. Jedoch lassen sich ohne weiteres auch induktiv oder kapazitiv arbeitende kontakt­ lose Wegmeßsensoren verwendet, wobei stets darauf zu achten ist, daß elektrische bzw. elektromagnetische Felder die Messung der Wegmeßsensoren nicht beeinflussen.

Hinsichtlich der konstruktiven Ausgestaltung der Spanneinrich­ tung bzw. der Spannteile der Spanneinrichtung ist es von beson­ derem Vorteil, wenn die Spannteile als Winkelteile ausgeführt sind, deren Schenkel einen Winkel von vorzugsweise 90° bilden. Selbstverständlich können diese Winkelteile auch einen anderen Winkel bilden, wobei einerseits der Winkel, andererseits die Größe der Schenkel stets auf die zu überwachenden Kraftübertra­ gungselemente abgestimmt sein sollten. Die winkelig ausgebilde­ ten Spannteilen eignen sich besonders zur Überwachung von zylindrischen Kraftübertragungselementen. Damit nun die Spann­ teile dem Kraftübertragungselement, beispielsweise der Säule einer Druckgießmaschine, eindeutig und punktgenau zugeordnet werden können, weisen die Innenflächen der Spannteile Kontaktelemente mit vorzugsweise rundem Querschnitt auf. Eine solche Ausgestaltung der Kontaktelemente bewirkt, daß die Spannteile beim Anlegen bzw. Anspannen an ein zylindrisches Kraftübertragungselement mit diesem Kraftübertragungselement lediglich einen Punktkontakt je Schenkel bilden, was zu einer äußerst genauen Definition der jeweiligen Ebene führt.

Damit nun die Spannteile fest an dem jeweiligen Kraftübertra­ gungselement anbringbar sind, sind an den freien Enden der Spannteile einerseits ein vorzugsweise als Kette ausgeführtes Spannorgan und andererseits eine Spanneinrichtung zum Spannen des am anderen Ende angelenkten bzw. befestigten Spannorgans vorgesehen. Nach Anlegen des Spannteils an das Kraftübertra­ gungselement wird die Kette um den vom winkeligen Spannteil nicht umschlossenen Bereich des Kraftübertragungselements her­ umgelegt, am anderen freien Ende des Spannteils eingehängt und mittels des Spannorgans gespannt. Somit ist ein fester Sitz des Spannteils am Kraftübertragungselement gewährleistet. Auf diese Weise werden beide Spannteile, d. h. das die Wegmeßsensoren auf­ weisende Spannteil und das als Referenzobjekt dienende Spann­ teil, befestigt.

Weiterhin ist es von besonderem Vorteil, wenn die Wegmeßsenso­ ren in etwa orthogonal zu der von dem ersten Spannteil aufge­ spannten Fläche gegen das zweite Spannteil messen. Dieses zweite Spannteil sollte für sich ebenfalls eine Fläche bilden, die weitgehend orthogonal zur Kraftübertragungsrichtung und so­ mit parallel zum ersten Spannteil bzw. der vom ersten Spannteil aufgespannten Fläche angeordnet ist.

Damit nun die dem ersten Spannteil zugeordneten Wegmeßsensoren zuverlässig die zweite Ebene bzw. den Abstand der ersten Ebene zur zweiten Ebene ermitteln, sind dem zweiten Spannteil ent­ sprechend der Anzahl der Wegmeßsensoren mindestens drei dem er­ sten Spannteil zugewandte Meßobjekte zugeordnet, gegen die die Wegmeßsensoren messen. Die Vorkehrung der Meßobjekte hat den großen Vorteil, daß sie körperlich von dem zweiten Spannteil unabhängig sind, durch die feste Anlenkung an das zweite Spann­ teil jedoch insgesamt dessen Lageänderung erfahren, die die Wegmeßsensoren ungeachtet des Abstandes zwischen den Weg­ meßsensoren und den Meßobjekten ermitteln. Dabei ist es beson­ ders vorteilhaft, wenn die Meßobjekte von dem zweiten Spannteil in Richtung der Wegmeßsensoren bzw. in Richtung des ersten Spannteils abragen, so daß der Abstand zwischen den Wegmeßsen­ soren und den Meßobjekten möglichst gering gehalten wird, damit eine kontaktlose, auf dem Wirbelstromprinzip beruhende oder in­ duktive bzw. kapazitive Wegmessung problemlos möglich ist. Die­ ser Abstand der Meßobjekte relativ zu den Wegmeßsensoren läßt sich vorzugsweise mittels einer Mikrometerschraube oder dgl. einstellen, so daß bei unbelastetem Kraftübertragungssystem sämtliche Abstände - ungeachtet geringer Neigungen der beiden Ebenen zueinander - auf gleiche Werte eingestellt werden kön­ nen.

Damit nun die Anordnung von Wegmeßsensor und Meßobjekt gegen mechanische Einflüsse geschützt ist und damit der Wegmeßsensor bespielsweise bezüglich externer elektromagnetischer Felder hinreichend abgeschirmt ist, ist der Wegmeßsensor in besonders vorteilhafter Weise gekapselt, nämlich in einer am ersten Spannteil befestigten, sich in Richtung des zweiten Spannteils erstreckenden Hülse angeordnet. Das vom zweiten Spannteil abra­ gende Meßobjekt erstreckt sich jeweils in diese Hülse hinein in Richtung des Wegmeßsensors. Alternativ dazu könnte das Meßob­ jekt integraler Bestandteil einer am zweiten Spannteil befe­ stigten, sich in Richtung des ersten Spannteils erstreckenden Hülse sein, wobei sich der vom ersten Spannteil abragende Weg­ meßsensor in die Hülse hinein erstrecken würde. Beide zuvor ge­ nannten Anordnungen sind grundsätzlich möglich. Im letzteren Falle könnte das Meßobjekt in weiter vorteilhafter Weise vom Boden einer in der Hülse angelegten Bohrung gebildet sein, so daß die Hülse selbst das Meßobjekt darstellen würde.

Hinsichtlich der Montage der Spanneinrichtung bzw. hinsichtlich des Justierens der Spannteile ist es von besonderem Vorteil, wenn mindestens zwei zwischen die Spannteile verbringbare und mit beiden Spannteilen verbindbare Distanzstücke vorgesehen sind. Diese Distanzstücke bleiben so lange zwischen den Spann­ teilen montiert, bis die Spannteile an das Kraftübertragungs­ element gespannt sind. Somit sind die Spannelemente absolut parallel zueinander angeordnet und entsprechend justiert. Erst nach der Festlegung der Spanneinrichtung bzw. der Spannteile am Kraftübertragungselement werden die Distanzstücke vorzugsweise über Schrauben gelöst und zur quasi freien Bewegbarkeit der Spannteile zueinander von den Spannteilen entfernt.

Damit nun die Meßwerte der Wegmeßsensoren im Sinne des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens aufbereitet bzw. verarbeitet werden können, ist zur Verarbeitung der Meßwerte ein Rechner mit einem entsprechenden Auswerteprogramm vorgesehen. Ggf. ist des weite­ ren ein Display und/oder ein Drucker zur grafischen Darstellung der ausgewerteten Meßdaten zweckdienlich.

Lediglich beispielhaft läßt sich die erfindungsgemäße Vorrich­ tung zur Überwachung der Formschließeinheit einer Druckgießma­ schine verwenden. In einem solchen Falle sind mindestens vier Kraftübertragungselemente vorgesehen, wobei es sich bei den Kraftübertragungselementen um Säulen der Formschließeinheit der Druckgießmaschine handelt. So lassen sich mit der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mü­ helos die Säulen der Formschließeinheit überwachen, wobei diese Überwachung während des üblichen Druckgießprozesses geschieht.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorlie­ genden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und wei­ terzubilden. Dazu ist einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 11 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfol­ gende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung an­ hand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläute­ rung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestal­ tungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeich­ nung zeigt

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung die Formschließ­ einheit einer Druckgießmaschine im belasteten Zu­ stand,

Fig. 2 in einer schematischen Darstellung ein als Säule aus­ geführtes Kraftübertragungselement mit Aufspannplatte und einbeschriebenem Koordinatensystem zur Berechnung der Dehnungen in der Säule,

Fig. 3 in einer teilweise geschnittenen Darstellung eine an einem als Säule ausgeführten Kraftübertragungselement festgelegte Spanneinrichtung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 4 in perspektivischer Darstellung, schematisch, die in Fig. 3 dargestellte Spanneinrichtung ohne Kraftüber­ tragungselement.

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Überwa­ chen mechanischer Kraftübertragungssysteme am Beispiel des Kraftübertragungssystems einer Druckgießmaschine beschrieben. Bereits an dieser Stelle sei hervorgehoben, daß die nachfol­ gende Beschreibung lediglich der beispielhaften Erläuterung der erfindungsgemäßen Lehre dient, diese jedoch keineswegs auf Druckgießmaschinen einschränkt.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die bei Kraftübertra­ gungssystemen prinzipiell auftretende Problematik dahingehend, daß die als Säulen ausgeführten Kraftübertragungselemente beim Schließvorgang mehr oder weniger stark gebogen werden. Die schematisch dargestellte Formschließeinheit einer Druckgießma­ schine weist gemäß der Darstellung in Fig. 1 neben den Kraft­ übertragungselementen 1 zwei feste Aufspannplatten 2, 3 und eine bewegliche Aufspannplatte 4 auf. Bei der hier gewählten Darstellung ist die Formschließeinheit gerade geschlossen und wird zugehalten, so daß die Druckgießform 5 in die Aufspann­ platten 3, 4 hineingedrückt wird, so daß sich die Aufspannplat­ ten 3, 4 verformen.

Zum Überwachen des Kraftübertragungssystems der in Rede stehen­ den Druckgießmaschine bzw. zur Überwachung der als Säulen aus­ geführten Kraftübertragungselemente 1 der in Rede stehenden Druckgießmaschine ist eine in den Fig. 3 und 4 dargestellte Spanneinrichtung 6 zum Festlegen an dem Kraftübertragungsele­ ment 1 vorgesehen. Diese Spanneinrichtung 6 weist zwei gegen­ einander quasi frei bewegbare und in definierter Relativlage zueinander am Kraftübertragungselement 1 festlegbare Spannteile 7, 8 auf, die besonders gut in Fig. 4 zu erkennen sind. Das er­ ste Spannteil 7 weist kontaktlos arbeitende Wegmeßsensoren auf, die gegen Meßobjekte 10 messen, die dem zweiten Spannteil 8 zu­ geordnet sind. Die Wegmeßsensoren 9 arbeiten nach dem Wirbelstromprinzip.

Die Fig. 3 und 4 zeigen des weiteren besonders deutlich, daß die Spannteile 7, 8 der Spanneinrichtung 6 als Winkelteile aus­ geführt sind, deren Schenkel 11, 12 einen Winkel von 90° bil­ den. Die Innenfläche der Spannteile 7, 8 sind mit Kontaktele­ menten 13 ausgestattet, die einen runden Querschnitt aufweisen.

An den freien Enden der Spannteile 7, 8 ist einerseits ein als Kette ausgeführtes Spannorgan 14, andererseits ein Spanner 15 zum Spannen des am anderen Ende angelenkten Spannorgans 14 vor­ gesehen. Die Kette, ein Seil oder dgl. eignen sich besonders als Spannorgan 14, da sie einen nur geringen Raum einnehmen und somit zur platzsparenden Ausgestaltung der Spanneinrichtung beitragen.

Die Fig. 3 und 4 zeigen des weiteren, daß an dem ersten Spann­ teil 7 die kontaktlos arbeitenden Wegmeßsensoren 9 befestigt sind. Zwei der Wegmeßsensoren 9 sind den äußeren Schenkelberei­ chen und ein Wegmeßsensor 9 ist dem Winkelbereich des ersten Spannteils 7 zugeordnet. Fig. 4 zeigt besonders deutlich, daß die Wegmeßsensoren 9 in etwa orthogonal zu der von dem ersten Spannteil 7 aufgespannten Fläche gegen das zweite Spannteil 8 messen. Dem zweiten Spannteil 8 sind entsprechend der Anzahl der Wegmeßsensoren 9 drei dem ersten Spannteil 7 zugewandte Meßobjekte 10 zugeordnet, gegen die die Wegmeßsensoren 9 mes­ sen. Diese Meßobjekte 10 ragen von dem zweiten Spannteil 8 in Richtung der Wegmeßsensoren 9 bzw. in Richtung des ersten Spannteils 7 ab. Der Abstand der Meßobjekte 10 relativ zu den Wegmeßsensoren läßt sich über vorzugsweise als Mikrometer­ schrauben oder dgl. ausgeführte Schrauben 16 einstellen.

Wesentlich ist nun, daß das Meßobjekt 10 integraler Bestandteil einer am zweiten Spannteil 8 befestigten, sich in Richtung des ersten Spannteils 7 erstreckenden Hülse 16 ist. Der vom ersten Spannteil 7 abragende Wegmeßsensor 9 erstreckt sich in die Hülse 17 hinein, ist mit dieser jedoch nicht fest verbunden. Das Meßobjekt 10 könnte nun einerseits vom Boden einer in der Hülse 17 angelegten Bohrung oder vom stumpfen Ende einer der Hülse 17 angelegten Bohrung gebildet sein.

Zur Montage der Spanneinrichtung bzw. zum Justieren der Spann­ teile 7, 8 sind gemäß der Darstellung in Fig. 4 zwischen die Spannteile 7, 8 sechs Distanzstücke 18 verbracht, die mit den Spannteilen 7, 8 verbunden sind. Bei am Kraftübertragungsele­ ment 1 festgelegter Spanneinrichtung 6 gemäß Fig. 3 werden die Distanzstücke 18 entfernt, so daß eine Relativbewegung zwischen den Spannteilen 7, 8 möglich ist.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Überwa­ chen mechanischer Kraftübertragungssysteme wird auf den allge­ meinen Teil der Beschreibung verwiesen. Lediglich unter Bezug­ nahme auf Fig. 2 sei jedoch hervorgehoben, daß die am Kraft­ übertragungselement festzulegenden bzw. aufzuspannenden Ebenen durch drei Raumkoordinaten bzw. Meßpunkte am Kraftübertragungs­ element definiert werden. Zur Bestimmung dieser Ebenen dient das in Fig. 2 dargestellte Koordinatensystem, wobei die x-Achse in die Längsachse oder neutrale Faser des Kraftübertragungsele­ ments 1 gelegt ist. Die Senkrechte dazu wird als z-Achse defi­ niert und die Waagerechte entsprechend als y-Achse.

Abschließend sei nochmals darauf hingewiesen, daß die voranste­ hende Beschreibung lediglich eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung die erfindungsgemäße Lehre nicht auf das gewählte Ausführungsbeispiel einschränkt.

Claims (28)

1. Verfahren zum Überwachen mechanischer Kraftübertragungs­ systeme, wobei das Kraftübertragungssystem mindestens ein Kraftübertragungselement aufweist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Aufspannen zweier im wesentlichen paralleler Ebenen am un­ belasteten Kraftübertragungselement, wobei jede Ebene durch mindestens drei Raumkoordinaten bzw. Meßpunkte am Kraftübertra­ gungselement festgelegt wird;
Ermittlung der relativen Lageänderung der beiden Ebenen zueinander am belasteten Kraftübertragungselement;
Korrelierung der ermittelten relativen Lageänderung der Ebenen mit der örtlichen Dehnung bzw. Stauchung am Kraftüber­ tragungselement.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Dehnung und aus dem materialspezifischen Elastizitätsmodul des Kraftübertragungselements die Zugspannung nach dem Hook′schen Gesetz berechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Querschnittsfläche des Kraftübertragungselements und der berechneten Zugspannung die Zugkraft berechnet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß aus der Dehnung und dem Elastizitätsmodul des Kraftübertragungselements die Biegespannung nach dem Hook′schen Gesetz berechnet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus der berechneten Biegespannung das maximale Biegemoment abgelei­ tet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lage der maximalen Spannung ermittelt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ebenen bei unbelastetem Kraftübertra­ gungselement im wesentlichen orthogonal zur Kraftübertragungs­ richtung liegen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Raumkoordinaten der beiden Ebenen mittels vorzugsweise kontaktloser, gegen ein Meßobjekt messender Weg­ meßsensoren ermittelt werden, daß die Wegmeßsensoren und die zugeordneten Meßobjekte an dem Kraftübertragungselement in dem zu überwachenden Bereich ortsfest angeordnet werden und daß die Raumkoordinaten der einen Ebene aus dem Standort bzw. dem Null­ punkt der Wegmeßsensoren und die Raumkoordinaten der anderen Ebene aus der Messung der Wegmeßsensoren gegen die Meßobjekte abgeleitet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die korrelierten bzw. berechneten Daten des belasteten Kraftübertragungselements auf die Kraftübertragung rückgekoppelt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplung zu einer Kraftregelung, Nachjustierung des Kraft­ übertragungselements oder Notabschaltung des Kraftübertragungs­ systems führt.

11. Vorrichtung zum Überwachen mechanischer Kraftübertragungs­ systeme mit mindestens einem Kraftübertragungselement (1), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannein­ richtung (6) zum Festlegen an dem Kraftübertragungselement (1) vorgesehen ist, daß die Spanneinrichtung (6) zwei gegeneinander quasi frei bewegbare und in definierter Relativlage zueinander am Kraftübertragungselement (1) festlegbare Spannteile (7, 8) aufweist und daß das erste Spannteil (7) mindestens drei vor­ zugsweise kontaktlos arbeitende Wegmeßsensoren (9) aufweist, die gegen dem zweiten Spannteil (8) zugeordnete Meßobjekte (10) messen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegmeßsensoren (9) nach dem Wirbelstromprinzip arbeiten.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegmeßsensoren (9) induktiv arbeiten.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegmeßsensoren (9) kapazitiv arbeiten.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannteile (7, 8) der Spanneinrichtung (6) als Winkelteile ausgeführt sind, deren Schenkel (11, 12) einen Winkel von vorzugsweise 90° bilden.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenflächen der Spannteile (7, 8) Kontaktelemente (13) mit vorzugsweise rundem Querschnitt aufweisen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeich­ net, daß an den freien Enden der Spannteile (7, 8) einerseits ein vorzugsweise als Kette ausgeführtes Spannorgan (14) und an­ dererseits ein Spanner (15) zum Spannen des am anderen Ende angelenkten Spannorgans (14) vorgesehen sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß an dem ersten Spannteil (7) die vorzugs­ weise kontaktlos arbeitenden Wegmeßsensoren (9) befestigt sind und daß zwei der Wegmeßsensoren (9) den vorzugsweise äußeren Schenkelbereichen und ein Wegmeßsensor (9) dem Winkelbereich des ersten Spannteils (7) zugeordnet sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegmeßsensoren (9) in etwa orthogonal zu der von dem ersten Spannteil (7) aufgespannten Fläche gegen das zweite Spannteil (8) messen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeich­ net, daß dem zweiten Spannteil (8) mindestens drei dem ersten Spannteil (7) zugewandte Meßobjekte (10) zugeordnet sind, gegen die die Wegmeßsensoren (9) messen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßobjekte (10) von dem zweiten Spannteil (8) in Richtung der Wegmeßsensoren (9) bzw. in Richtung des ersten Spannteils (7) abragen.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeich­ net, daß der Abstand der Meßobjekte (10) relativ zu den Wegmeßsensoren (9) vorzugsweise mittels einer Mikrometer­ schraube (16) oder dgl. einstellbar ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegmeßsensor (9) jeweils in einer am ersten Spannteil (7) befestigten, sich in Richtung des zweiten Spannteils (8) erstreckenden Hülse (17) angeordnet sind und daß sich das vom zweiten Spannteil (8) abragenden Meßobjekt (10) jeweils in die Hülse (17) hinein erstrecken.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßobjekt (10) integraler Bestandteil einer am zweiten Spannteil (8) befestigten, sich in Richtung des ersten Spannteils (7) erstreckenden Hülse (17) ist und daß sich der vom ersten Spannteil (7) abragende Wegmeßsensor (9) in die Hülse (17) hinein erstreckt.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßobjekt (10) vom Boden einer in der Hülse (17) angelegten Bohrung gebildet ist.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß zur Montage der Spanneinrichtung (6) bzw. zum Justieren der Spannteile (7, 8) mindestens zwei zwischen die Spannteile (7, 8) verbringbare und mit beiden Spannteilen (7, 8) verbindbare Distanzstücke (18) vorgesehen sind.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verarbeitung der Meßwerte der Wegmeß­ sensoren (9) ein Rechner mit einem entsprechenden Auswertepro­ gramm, ggf. ein Display und/oder ein Drucker zur grafischen Darstellung der ausgewerteten Meßwerte vorgesehen ist.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens vier Kraftübertragungselemente (1) vorgesehen sind und daß es sich bei den Kraftübertragungselementen (1) um Säulen der Formschließeinheit einer Druckgießmaschine handelt.