CN105102950A - 力测量设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种力测量设备(1)，用于综合测量尤其径向压力机或夹头的至少三个在中心作用的径向力(FR)，它包括与测量轴线(M)同心、具有至少一个应变件(2)的应变件装置。此外力测量设备(1)还有至少三个沿周向彼此间隔的加压件(3)，其中，两个扩张件(4)与所述至少一个应变件(2、19)在其端侧连接，加压件(3)通过加压斜面(5)支承在扩张件(4)对应的滑动斜面(6)上，在两个扩张件(4)的第一个上固定传输件(7)，以及测量传感器(9)作用在两个扩张件(4)中第二个与传输件(7)之间。

Description

力测量设备

技术领域

本发明涉及一种力测量设备，用于综合测量尤其径向压力机或夹头的至少三个在中心作用的径向力，它包括与测量轴线同心、具有至少一个应变件的应变件装置。

背景技术

在许多工业应用中，尤其涉及径向压力机和夹头，可以在中心，亦即朝中心测量轴线，作用三个或更多个径向力。在径向压力机中，出现的这些径向力可例如由现有的一些压钳确定。有必要获知所述径向力它们在空间综合测量意义上的总体，并由此能确定一个体现叠加所作用的径向力的作用力。

由DE68915875T2已知一种设备，用它将流动介质沿径向作用在肋状保持架的多个肋上的力，转换为与肋耦合的压杆的增强的轴向作用力。为了将径向力转换为轴向力，肋借助弹簧预紧，弹簧的弹性紧度随时间逐渐减小。这同样适用于用弹性材料制成的肋。借助压杆的轴向力可以操纵开关。DE68915875T2尚未启示将该设备使用于力测量。而且这种设备也不能良好地适用于测量力，因为众多弹性元件的挠性对测量精度起不利的作用。此外，按该发明的这些肋很弱，它们不能承受大的力量。尤其当如作为替代方式同样应设置的这些肋能相互回转地固定时，此设备没有能力能经受住并能测量如它们例如在径向压力机中或在使用夹头时出现的那种大的力。

DE4025353A1公开了两个基本上圆柱形的传感器，用于测量垂直作用在它们各自外表面上的力。在这里规定，传感器例如推入一个孔内，以便在其中连续测量径向力的变化。按一种实施形式，传感器为此有对径向力产生反应的管状压电双晶体。这种方案非常昂贵。按另一种实施形式，采用一种注油的传感体。若径向力作用在传感体上，则处于其内部的油经受压力改变，通过压阻式传感器传输这种压力改变。为了通过所说明的这两个传感器测量力，需要机电转换装置，不可能用纯机械装置直接测量。此外，这些传感器更适用于长期动态的力变化，而不那么适用于短时改变的径向力，如在径向压力机或夹头中出现的那样。

通过US4259863A展示了一种非常昂贵的设备，用于借助多个传感器和弹簧，测量在x、y和z轴内以及围绕这些轴的力和弯矩。然而该设备只是有严格条件限制地适用于检测径向力。

在这方面还有DE10051010A1和EP419129构成本发明其他的背景技术，不过并没有呈现前言提及类型的应变件装置。通过DE10051010A1展示了一种力测量工具，其中将两个杆匹配于四芯压头的挤压几何结构，在挤压时这两个杆作用在压力传感器上。EP0419129A1展示了一种压力机，它有设置在压力机内的力测量设备，例如应变测量带。

援引的这些设备中没有一个能在前面提及的意义上以令人满意的方式用简单的装置实施准确而可靠地综合测量，尤其在径向压力机或夹头中。

发明内容

鉴于由现有技术已知的设备上述疑难问题、限制和缺点，本发明的目的是创造一种简单的力测量设备，用它可以更好地综合测量径向力，尤其在径向压力机或夹头中。

此目的通过按权利要求1所述的力测量设备达到。按本发明的力测量设备，通过与前言所提及特征的功能性组合，其特征在于，所述力测量设备包括至少三个沿周向彼此间隔的加压件，其中，两个扩张件与所述至少一个应变件在该应变件的端侧连接，加压件通过加压斜面支承在扩张件的对应的滑动斜面上，在两个扩张件的第一个上固定传输件，以及测量传感器作用在两个扩张件中第二个与传输件之间。

采用按本发明的力测量设备，能够将至少三个在其上作用的径向力，在内部转换成一个与径向力之和垂直的、与该作用力对应的轴向力，并能测量此轴向力。在这里，轴向力之值由扩张件的伸展以及可能还由所述至少一个应变件沿轴向的伸长确定。

下面，只要没有另外提及，在本发明说明书的范围内，涉及一种有至少三个压钳的典型的径向压力机，借助适用的加力机构，压钳可以沿径向向内垂直于共同的中心轴线移动，由此能径向压制处于压钳之间的工件。这种径向压力机意味着是本发明一种尽管优选的，但不限于它的应用领域。采用按本发明的力测量设备，同样能够例如测量由夹头产生的作用力。

所述力测量设备有至少三个加压件，压钳在中心作用的径向力可以施加在加压件上。为了测量压钳的作用力，可以将力测量设备取代工件定位在压钳之间。通过这种优选的并作为进一步说明的基础的使用，可以特别简单而又非常准确地测量作用力。此外还提供可能性，不仅工件而且力测量设备同时定位在压钳之间，不过这样做对于可操作性和测量精度而言会带来不良的后果。特别优选的是，要测量的径向力数量与加压件的数量一致。若例如径向压力机有四个压钳，通过它们可以作用四个径向力，则优选地规定，力测量设备有四个加压件，它们与压钳对应布置。压钳可以沿径向朝定位在它们之间的力测量设备的方向移动。当压钳的数量与加压件的数量一致时，压钳朝力测量设备的方向移动，直至将压钳贴靠在加压件上以及进一步将力传入压钳，因此这些力便能传输给加压件，并因而使它们沿径向垂直于测量轴线移动。

所述力测量设备基本上可以是圆柱形，在其圆周有容纳加压件的凹槽。每个加压件优选地可以分别置入一个凹槽中，并通过适用的装置保险，防止无意中从凹槽脱出。每个加压件可以通过传输给它的径向力，在按本发明的意义上沿径向朝测量轴线方向移动一个行程。例如为了保护力测量设备的其余部分免受压钳径向力的作用，可以规定，在不加载状态令加压件突起达移动行程的长度，或除此之外沿径向突起超过力测量设备的圆周。为了使加压件在其朝测量轴线沿径向移动期间不互相阻塞，加压件相互不直接接壤，而是彼此间隔。

所述至少一个应变件设置在加压件之间，以及在端侧与两个扩张件连接。应变件和扩张件用弹性材料制成，尤其扩张件设计为能沿轴向，亦即横向于径向力方向和沿测量轴线的方向以及平行于测量轴线伸展和重新收缩。按本发明的伸展通过加压件垂直于测量轴线的径向移动引起。

为了能将加压件垂直于测量轴线作用的径向力，转换成沿测量轴线作用的导致扩张件沿测量轴线的方向以及平行于测量轴线伸展的轴向力，加压件有加压斜面以及扩张件有对应的滑动斜面。在不加载状态，亦即当没有径向力作用在加压件上时，加压件、应变件和扩张件处于它们的起始位置，在此位置，加压件通过加压斜面支承在扩张件的滑动斜面上。因此在扩张件上仅作用加压件的自重造成的负荷，它不导致扩张件在按本发明意义上的伸展，并在必要时可例如作为偏置通过相应合适的装置从测量中减去。扩张件和应变件在配合作用方面设计为，使加压件在不加载状态保持在离测量轴线有一个为它规定的径向距离，这例如可以通过选择应变件和扩张件为此适用的弹性模量、几何形状和连接达到。若加压件基于传输给它们的径向力横向于测量轴线移动时，则通过加压斜面和滑动斜面，可以将与径向力之和成比例的轴向力传输给扩张件，并由此使扩张件沿测量轴线的方向以及平行于测量轴线伸展，与此同时还能使应变件伸长。若减小作用在加压件上的径向力，则扩张件的伸展和必要时还有应变件的伸长均能重新相应地减小，直至扩张件、应变件和加压件在加压件不加载状态重新处于它们各自的起始位置。

在扩张件之一上固定传输件。它将轴向力供给测量传感器用于其测量。测量传感器作用在第二个扩张件与传输件之间。第二个扩张件可例如沿轴向构成测量传感器的支座，以及测量传感器与传输件固定连接，或与传输件接触并通过使用相应的装置，例如弹簧，沿轴向跟随其运动。于是，通过将传输件固定在第一个扩张件上，两个扩张件的伸展以及，如果存在，还有应变件的伸长便能传给传输件，并因而可以由测量传感器检测。

按第一种实施形式，应变件装置通过应变套筒构成，加压件围绕它沿周向彼此间隔并沿径向相对于应变套筒有间距地排列。应变元件装置由通过应变套筒构成的应变件组成。应变套筒是在中心的元件，离其外表面有一定距离处，沿周向彼此间隔地排列加压件。这种实施形式提供可能性，能将径向力特别均匀地转换成轴向力，由此能特别准确地实施力的测量。此外，有可能在应变套筒与和它连接的扩张件之间特别牢固地连接。除此之外，传输件还能特别良好地安装在应变套筒内部并通过它导引。在加压件与应变件之间规定径向间隙，以便用特别简单的方式提供可能性，通过加压件的径向运动使扩张件沿轴向伸展，但并不沿径向挤压应变套筒。应变套筒的材料厚度基本上仅受用于容纳加压件和传输件的凹槽的限制。因此材料厚度可以选择得特别大，这对于应变套筒的稳定性起有利的作用，并因而能测量特别大的作用力。

按第二种实施形式规定，应变件装置通过多个平行于测量轴线、分别设置在两个相邻加压件之间的应变杆构成。应变件装置由多个分别由应变杆构成的应变件组成。所述多个应变杆同心地围绕测量轴线排列。每个应变杆在端侧总是与两个扩张件连接。这些应变杆构成应变件装置一种特别节省材料的实施形式，由此能减轻力测量设备的重量以及降低其成本。此外还有利的是，能特利轻松地导引传输件。

特别有利地规定，应变件用一种弹性模量小于加压件的材料制成。由此带来的好处是，作用在加压件上的径向力能导致应变件非常明显的伸长。于是加压件垂直于测量轴线的移动，能引起所述至少一个应变件和与之连接的扩张件特别大的总伸展量，由此可以提高力测量设备的灵敏度。

此外特别有利的是，扩张件与应变件一起构成一个整体单元。以此方式可以达到应变件与扩张件之间强度特别高的连接，这也能对应变件和扩张件的使用寿命起积极的作用。此外也有利的是，可以取消用于应变件与扩张件之间连接的开销。

按另一种有利的实施形式，扩张件有比应变件大的径向尺寸。由此扩张件的滑动斜面可以为加压件的加压斜面提供特别长的导引。

若这两个扩张件设计为端部盘的形式，则可以有助于制备两个连续的、在端侧贴靠在加压件上的扩张件，它们有特别高的强度。

也特别有利的是，传输件设计为轴向设置的传输杆。传输杆能特别准确地被导引。传输杆设计为能承受轴向拉力和压力。由此，借助传输杆以特别简单的方式提供可能性，既能检测轴向力的增大，而且能检测其减小，并因而还能检测作用在加压件上的径向力的增大和减小。

在另一种实施形式中规定，在两个扩张件上的滑动斜面设计为彼此成镜像。由此，作用在各加压件上的径向力能特别均匀地传输给相关的扩张件。由此得到的好处是，能提高测量精度并能便扩张件均匀受载。后者尤其能对扩张件的使用寿命起积极的作用。

特别有利的是，滑动斜面朝测量轴线收敛。采用这种几何形状，朝测量轴线作用的径向力可以特别有效地造成扩张件沿轴向伸展。

按另一种实施形式，加压件在端侧通过保险件有径向间隙地在扩张件上保证位置固定。所述保险件可以特别可靠、无歪斜并通过两侧保险还有冗余量地保护加压件，防止其从力测量设备的凹槽非预料和不希望地向外移出。通过所述的径向间隙，以特别简单的方式减少当加压件沿径向朝测量轴线运动时发生的保险件弯曲。

此外还特别有利的是，力测量设备在端侧有至少一个把手。这样做特别便于力测量设备的移动式使用。鉴于在径向压力机中使用，通过这种把手可以将力测量设备特别安全地由操作者定位在压钳之间。由此，力测量设备在没有设置把手的那个端侧可以设计成特别短。特别有利的是，也可以在两侧的端侧分别设置一个把手，从而能特别简单地实现力测量设备在两侧的可操作性。

按另一种实施形式，测量传感器配备有量测表。由测量传感器获知的数值因而可以特别简单地通过相应的指示器给出，无需电子转换装置。若作为替代方式，测量传感器配备有电信号转换器，则由测量传感器获知的数值能以多种多样的方式输送给例如指示器、评估器或控制器。

此外还有利的是，力测量设备有八个加压件。如此数量的加压件能特别好地适用于检测径向力，它们可使用于流行的有八个压钳的径向压力机中。

最后，有利地规定，加压斜面和滑动斜面通过对应的表面构成。这些对应的表面可以特别简单地通过平的表面或圆形或锥形车削的面构成。在有八个加压件的力测量设备中，提供尤其在其总体上八边形造型的表面。由此能作出的贡献是，加压件始终将其加压面同样大的部分，在扩张件滑动斜面同样大的部分上滑动。

附图说明

下面借助附图详细说明本发明。其中：

图1表示按本发明的力测量设备一种处于不加载状态时的实施形式的局部纵剖面；

图2a表示按本发明的力测量设备的另一种具有多个应变杆的实施形式的侧视图；以及

图2b表示按剖切面B-B通过图2a所示力测量设备的横截面。

具体实施方式

图1表示按本发明的力测量设备1，用于测量垂直于测量轴线M在中心作用的径向力F_R。应变件装置包括唯一的一个应变件，它由在中心的应变套筒2构成。力测量设备1还包括八个沿周向彼此间隔的加压件3。力测量设备1在图1中处于不加载状态，也就是说，没有外部径向力F_R作用在加压件3上(F_R＝0)。

应变套筒2在端侧分别与一个扩张件4连接，在这里，应变套筒2与扩张件4构成一件式的单元，以及扩张件4设计为端部盘的形式。由应变套筒2和扩张件4组成的单元用一种弹性模量小于加压件3的材料制成。加压件3通过加压斜面5支承在扩张件4的对应的滑动斜面6上。滑动斜面6在这里设计为彼此成镜像的形态。

在图1中通过垂直于测量轴线M的虚线，暗示在应变套筒2与扩张件4之间的过渡区。这些过渡区通过滑动斜面的内端确定，此内端作为加压件3的加压斜面5在最里面的作用点。加压斜面5和滑动斜面6是对应的平面以及朝测量轴线M收敛。扩张件4通过滑动斜面6有比应变件2大的径向尺寸。

在图1中表示在左边的那个扩张件4上，通过固定装置8间接固定形式上为传输杆7的传输件。测量传感器9作用在图1中表示在右边的那个扩张件4与传输件7之间，它设计为能测量作用在传输杆9上的轴向力。销柱10可以插入测量传感器9的套管11内以及可从其中抽出。销柱10通过图中没有表示的弹簧预紧在抽出的位置上，并将其端侧12接触传输杆7的对应的端侧13。当传输杆7朝背对销柱10的方向移动时，销柱10被弹簧跟踪，此时传输杆7的位置改变，以及由此也能获知作用在其上的轴向力，并可以通过量测表18指示该轴向力。这相应地适用于传输杆7朝相反方向的运动。

在每个加压件3上可以传送一个径向力F_R。若将径向力F_R传给加压件3，则后者沿径向垂直于测量轴线M移动。在这种情况下，加压件3的加压斜面5在扩张件6的滑动斜面4上滑动。扩张件4以及还有应变套筒2，因而沿轴向、横向于径向力F_R的方向，或沿测量轴线M和平行于测量轴线M的方向伸展一段距离，这一距离与叠加的作用在加压件上的径向力F_R成比例。传输杆7与固定装置8一起沿轴向向左运动。销柱10从套管11抽出与传输杆7及固定装置8相同的距离。

每个加压件3在端侧通过保险件14来保证位置固定。为此，加压件3在两侧的端侧沿轴向钻孔。扩张件4有对应的轴向孔。在加压件3和扩张件4的对应的孔中插入保险销15，它有比加压件3和扩张件4的孔径小的外径，由此使加压件3带有径向间隙地保证位置固定。此外，力测量设备还在两侧的端侧各有一个把手16、17。

图2a和图2b表示按本发明的力测量设备1另一种实施形式，它没有应变套筒，而是总共有八个应变杆19，它们分别设置在同样总共八个加压件3的两个之间，并与加压件3有周向间距。为了能看得更加清楚，在图2a和图2b中仅各有一个应变杆19和一个加压件3加上标记。应变杆19平行于测量轴线M延伸，并在两侧的端侧分别与扩张件4连接成一体。应变杆19与加压件它们在总体上构成基本上八角形的横截面。按与图1类似的方式，通过在图2a和图2b中没有表示的加压斜面和滑动斜面，可以将在加压件3上的径向力F_R传送给扩张件4，并因而可以转换为与径向力垂直的轴向力，类似于在图1中表示的实施形式，它们在力测量设备1内部测量并可通过量测表18指示。此外，在图2a中还表示把手16和固定装置8，以及在图2b中还表示了传输杆7，它们有与按图1所示实施形式中相应的把手16和传输杆7相同的特征。

Claims (17)

1.一种力测量设备(1)，用于综合测量尤其径向压力机或夹头的至少三个在中心作用的径向力(F_R)，该力测量设备包括与测量轴线(M)同心、具有至少一个应变件的应变件装置，以及至少三个沿周向彼此间隔的加压件(3)，其中

-两个扩张件(4)与所述至少一个应变件(2、19)在该应变件的端侧连接，

-所述加压件(3)通过加压斜面(5)支承在扩张件(4)的对应的滑动斜面(6)上，

-在两个扩张件(4)的第一个上固定传输件(7)，以及

-测量传感器(9)作用在两个扩张件(4)中的第二个与传输件(7)之间。

2.按照权利要求1所述的力测量设备(1)，其特征为，应变件装置通过应变套筒(2)构成，加压件(3)围绕它沿周向彼此间隔地并沿径向相对于应变套筒(2)有间距地排列。

3.按照权利要求1所述的力测量设备(1)，其特征为，应变件装置通过多个平行于测量轴线、分别设置在两个相邻加压件(3)之间的应变杆(19)构成。

4.按照权利要求1至3之一所述的力测量设备(1)，其特征为，应变件(2、19)用弹性模量小于加压件(3)的材料制成。

5.按照权利要求1至4之一所述的力测量设备(1)，其特征为，扩张件(4)与应变件(2、19)一起构成一件式的单元。

6.按照权利要求1至5之一所述的力测量设备(1)，其特征为，扩张件(4)有比应变件(2)大的径向尺寸。

7.按照权利要求1至6之一所述的力测量设备(1)，其特征为，这两个扩张件(4)设计为端部盘的形式。

8.按照权利要求1至7之一所述的力测量设备(1)，其特征为，传输件(7)设计为轴向设置的传输杆(7)。

9.按照权利要求1至8之一所述的力测量设备(1)，其特征为，在两个扩张件(4)上的滑动斜面(6)设计为彼此成镜像。

10.按照权利要求1至9之一所述的力测量设备(1)，其特征为，滑动斜面(6)向内朝着测量轴线(M)收敛。

11.按照权利要求1至10之一所述的力测量设备(1)，其特征为，加压件(3)在端侧通过保险件(14)有径向间隙地在扩张件(4)上保证位置固定。

12.按照权利要求1至11之一所述的力测量设备(1)，其特征为，力测量设备(1)在端侧有至少一个把手(16、17)。

13.按照权利要求12所述的力测量设备(1)，其特征为，在两侧的端侧分别设置一个把手(16、17)。

14.按照权利要求1至13之一所述的力测量设备(1)，其特征为，测量传感器(9)配备有量测表(18)。

15.按照权利要求1至13之一所述的力测量设备(1)，其特征为，测量传感器(9)配备有电信号变换器。

16.按照权利要求1至15之一所述的力测量设备(1)，其特征为，力测量设备(1)有八个加压件(3)。

17.按照权利要求1至16之一所述的力测量设备(1)，其特征为，加压斜面(5)和滑动斜面(6)通过对应的表面构成。