DE10021491B4

DE10021491B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln des Schwerpunktes eines anbaubaren Werkstücks, insbesondere einer Kolbenmaschine

Info

Publication number: DE10021491B4
Application number: DE2000121491
Authority: DE
Inventors: Eduard Geisser
Original assignee: Brueninghaus Hydromatik GmbH
Current assignee: Brueninghaus Hydromatik GmbH
Priority date: 2000-05-03
Filing date: 2000-05-03
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2020-05-04
Also published as: DE10021491A1

Abstract

Verfahren zum Ermitteln des Schwerpunktes (Sw) eines anbaubaren Werkstücks (W), insbesondere einer Kolbenmaschine, das eine vertikale Anbaufläche (Wa) aufweist, auf einer Meßplatte (3), die an zumindest drei Stützpunkten (5a, 5b, 5c) abgestützt ist, die um den Schwerpunkt (Sm) der Meßplatte (3) verteilt angeordnet sind, und an denen jeweils ein Gewichtskraftsensor (4a, 4b, 4c) zum Ermitteln der an den Stützpunkten (5a, 5b, 5c) wirksamen Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) angeordnet ist, wobei die Stützpunkte (5a, 5b, 5c) einem horizontalen Koordinatensystem mit einer X-Achse und einer Y-Achse zugeordnet sind, mit folgenden Verfahrensschritten:
a) Ermitteln des Gewichtskraftverhältnisses der Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) der nur von der Meßplatte (3) beaufschlagten Gewichtskraftsensoren (4a, 4b, 4c),
b) Auflegen des Werkstücks (W) auf die Meßplatte (3) in einer Orientierung, in der die Anbaufläche (Wa) sich parallel zur X-Achse oder zur Y-Achse erstreckt,
c) Verschieben des Werkstücks (W) in einer bestimmten Orientierung in eine Position, in...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln des Schwerpunktes eines anbaubaren Werkstücks, insbesondere einer Kolbenmaschine.
Bei solchen anbaubaren Werkstücken übt das Werkstück dann ein Drehmoment auf seinen Träger aus, wenn es in einer aufrechten Position seiner Anbaufläche an den Träger angebaut wird. Ein solches Drehmoment kann beträchtlich groß sein und den Träger wesentlich belasten. Deshalb ist es üblich, bei der Datenbestimmung von anbaubaren Werkstücken auch den Abstand des Schwerpunkts von der Anbaufläche und das Gewicht des Werkstücks anzugeben. Diese Merkmale bestimmen im Montagezustand des anbaubaren Werkstücks dessen Drehmoment, mit dem es einen Träger durch sein Gewicht belastet.
Im Rahmen der Erfindung geeignete Gewichtskraftsensoren sind z. B. aus der EP 0 164 862 A2 bekannt.
In Dokument DE 34 40 571 A1 ist eine Anordnung zum Ermitteln eines Schwerpunkts eines Prüflings offenbart. Dabei wird ein Prüfling auf einem auf zumindest zwei Kraftmessern ruhenden Tragteil in einer vorbestimmten Lage positioniert. Die durch den Prüfling auf die Kraftmesser übertragenen Gewichtsteilkräfte werden von einem Rechner zur Berechnung der Koordinaten des Schwerpunkts des Prüflings verwendet. Dabei sind bei Verwendung dreier Kraftmesser, die um den Schwerpunkt des Prüflings herum angeordnet sind, zwei Koordinaten mit einer einzigen Messung zu berechnen. Die Berechnung kann grundsätzlich in Bezug auf ein kartesisches Koordinatensystem beliebigen Ursprungs durchgeführt werden.
Zur Ermittlung der dritten Koordinate wird der Prüfling mitsamt dem Tragteil in eine geneigte Position gebracht, ohne dabei die Lage des Prüflings relativ zu dem Tragteil zu verändern. Bei der Änderung der Lage des Prüflings bezüglich der Kraftmesser durch die Neigung ändern sich ebenfalls die Gewichtsteilkräfte, die auf die einzelnen Kraftmesser wirken. Aus der Änderung der Gewichtsteilkräfte, sowie der bekannten Länge des zur Neigung des Tragteils verwendeten Abstandsstücks lässt sich die dritte Koordinate des Schwerpunkts bestimmen.
In der US 2,782,631 A ist eine Vorrichtung zur Ermittlung des Schwerpunkts eines Prüflings dargestellt, bei welcher die Bestimmung der Lage des Schwerpunkts in jeder Raumrichtung durch einen eigenen Messvorgang ermittelt wird. Bei diesem Messvorgang wird eine Prüfplatte mit einem aufgesetzten Prüfling, welche an einer Art Schaukel fixiert ist, durch eine Linearverschiebung der Prüfplatte senkrecht zu der Verbindungslinie der Drehpunkte ausbalanciert. Das Bewegen einer Prüfplatte um den darauf befindlichen Prüfling auszubalancieren ist umständlich und muss für jede zu bestimmende Richtung wiederholt werden. Fehler die beim Ausbalancieren der Prüfplatte ohne Prüfling gemacht werden, haben ferner einen negativen Einfluß auf das Ergebnis. Dabei ist der Zeitaufwand nicht nur durch das Wiederholen der Messung für drei Achsen erheblich, sondern vor allem auch die Justierung der Prüfplatte mit dem Gegengewicht.
Eine entsprechend der US 2,782,631 A aufgebaute Vorrichtung und das damit verbundene Verfahren ist daher zur Bestimmung eines Schwerpunkts von Großgeräten wie hydrostatischen Antriebsmaschinen in der Praxis nicht geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die eine Ermittlung des Schwerpunktes eines anbaubaren Werkstücks in einfacher Weise ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 8 oder 4 bzw. 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Gewicht des Werkstücks und der Meßplatte sich immer in einem durch die Positionen der Stützpunkte vorgegebenen Verhältnis auf die an den Stützpunkten wirksamen Gewichtsteilkräfte aufteilt. Der Erfindung liegt des weiteren die Erkenntnis zugrunde, daß dann, wenn das Stützkraftverhältnis oder das Verhältnis der Gewichtsteilkräfte vor und nach dem Auflegen des Werkstücks auf die Meßplatte gleich ist, der Schwerpunkt des Werkstücks mit dem Schwerpunkt der Meßplatte in der Vertikalen zusammenfällt. Wenn sich dabei das Werkstück bezüglich seiner Anbaufläche in einer Orientierung befindet, bei der die Anbaufläche des Werkstücks sich parallel zur Abszisse bzw. Ordinate eines den Stützpunkten zugeordneten Koordinatensystems und außerdem vertikal erstreckt, ist lediglich der Abstand der Anbaufläche von der sich parallel dazu erstreckenden Hauptachse des Koordinatensystems zu ermitteln, um den Abstand des Schwerpunktes von der Anbaufläche zu erhalten. Diese Erkenntnisse macht sich die Erfindung bezüglich des Verfahrens nach Anspruch 1 und der Vorrichtung nach Anspruch 8 zu Nutze. Beim erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1 wird das Werkstück in seiner Orientierung so weit auf der Meßplatte verschoben, bis das Verhältnis der Gewichtsteilkräfte in den Stützpunkten nach dem Auflegen des Werkstücks auf die Meßplatte gleich dem Verhältnis vor dem Auflegen ist. Dann Bedarf es nur noch der Ermittlung des Abstands der Anbaufläche von der sich dazu parallel erstreckenden Hauptachse, um den Schwerpunkt zu bestimmen. Das Gewicht des Werkstücks läßt sich durch eine Addition der Stützkräfte in allen Stützpunkten ermitteln.
Der Erfindung liegt bezüglich des Verfahrens nach Anspruch 4 und der Vorrichtung nach Anspruch 10 die Erkenntnis zugrunde, daß sich der Abstand der Anbaufläche vom Schwerpunkt berechnen läßt und zwar aus den unterschiedlichen Verhältnissen der Gewichtsteilkräfte an den Stützpunkten vor und nach dem Auflegen des Werkstücks in einer bestimmten Position bezüglich den Hauptachsen des Koordinatensystems. Diese Berechnung wird dann durchgeführt und kann mittels eines Rechners automatisch erfolgen. Das Ergebnis der Berechnung kann abgerufen oder z. B. angezeigt werden. Für die Bedienungsperson bedarf es somit lediglich des Auflegens des Werkstücks in der bestimmten Position auf die Meßplatte, wonach nach manueller Einschaltung des Verfahrensschrittes oder automatisch der Abstand der Anbaufläche berechnet wird und vorzugsweise angezeigt wird.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen nach den Ansprüchen 8 und 10 ermöglichen die Durchführung der zugehörigen erfindungsgemäßen Verfahren, wobei sie sich durch einfache, handhabungsfreundliche und kostengünstige Bauweisen und mit einer Meßplatte gut kombinierbare Merkmale auszeichnen und dabei eine lange Lebensdauer und sichere Funktion gewährleisten.
Im Rahmen der Erfindung können zur Ermittlung des Schwerpunktes des Werkstücks anstelle der Gewichtsteilkräfte analoge Größen dienen, z. B. den Gewichtsteilkräften entgegengesetzt wirksame Stützkräfte, deren Größen den Größen der Gewichtsteilkräfte im wesentlichen entsprechen. Als analoge Größen können auch z. B. Druckgrößen von die Meßplatte samt Werkstück tragenden Tragelementen dienen, bei denen es sich z. B. um Fluid- oder Hydraulikzylinder handeln kann.
Die Erfindung eignet sich zur Ermittlung des Schwerpunktes von Werkstücken, die bezüglich einer sich rechtwinklig und vorzugsweise symmetrisch zur Anbaufläche erstreckenden Achse und bezüglich einer diese Achse enthaltenden Horizontalebene symmetrisch oder unsymmetrisch sind. Des weiteren ermöglicht die Erfindung auch die Ermittlung des räumlichen Schwerpunktes von vorgenannten Werkstücken, die in ihrer der Achse enthaltenden Vertikalebene unsymmetrisch sind. Der räumliche Schwerpunkt läßt sich dadurch ermitteln, daß die erfindungsgemäßen Verfahren jeweils in einer um die Achse um 90° gedrehten Position des Werkstücks nochmals durchgeführt werden.
Dabei ist es im Rahmen der Erfindung vorteilhaft, das Gewicht des Werkstücks und/oder den Abstand seiner Anbaufläche vom Schwerpunkt visuell anzuzeigen, z. B. durch Anzeige an einem Display oder durch Ausdruck, so daß diese Daten lediglich abgelesen zu werden brauchen, z. B. an einer Digitalanzeige.
Es ist außerdem vorteilhaft, den Schwerpunkt am auf die Meßplatte gelegten Werkstück anzuzeigen, vorzugsweise mittels eines Lichtstrahles. Hierdurch wird die Ermittlung des Abstands des Schwerpunkts von der Anbaufläche erleichtert.
Weitere Weiterbildungsmerkmale der Erfindung führen zu einer einfachen, stabilen, funktionssicheren und kostengünstig herstellbaren Bauweise für eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Nachfolgend werden die Erfindung und weitere durch sie erzielbare Vorteile anhand von vorteilhaften Ausgestaltungsmerkmalen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln des Schwerpunktes eines anbaubaren Werkstücks in perspektivischer Draufsicht, wobei die Vorrichtung ohne Werkstück dargestellt ist;
2 die Vorrichtung in der Draufsicht mit einem Werkstück;
3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in perspektivischer Draufsicht ohne Werkstück in abgewandelter Ausgestaltung;
4 die Vorrichtung in schematischer Draufsicht mit einem Werkstück in abgewandelter Ausgestaltung;
5 die Vorrichtung nach 4 in schematischer Draufsicht bei Ausführung eines abgewandelten Verfahrensschrittes; und
6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Berechnung des Schwerpunkts des Werkstücks.
Die in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnete Vorrichtung weist ein z. B. rahmenförmiges, insbesondere längliches Basisteil 2 auf, auf dem eine Meßplatte 3 mit Hilfe von mehreren dazwischen angeordneten Gewichtskraftsensoren 4a, 4b, 4c gelagert ist. Das Basisteil 2 und die Meßplatte 3 weisen z. B. eine längliche rechteckige Form auf. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei Gewichtskraftsensoren 4a, 4b, 4c vorgesehen, die sich an einander gegenüberliegender Enden der Meßplatte 3 befinden, wobei an einem Ende zwei Gewichtskraftsensoren 4a, 4b in den Eckenbereichen angeordnet sind und an dem gegenüberliegenden Ende ein Gewichtskraftsensor 4c mittig angeordnet ist. Die durch die Position der Gewichtskraftsensoren 4a, 4b, 4c bestimmten Stützpunkte sind mit 5a, 5b, 5c bezeichnet. Die Gewichtskraftsensoren 4a, 4b, 4c bzw. Stützpunkte 5a, 5b, 5c sind bezüglich des Nullpunktes eines Koordinatensystems mit an der oberen Tragfläche 3a verlaufenden Hauptachsen systemorientiert angeordnet, d. h., die Stützpunkte 5a, 5b weisen gleiche Abstände y' von der z. B. längsverlaufenden X-Achse auf, wobei der Stützpunkt 5c sich auf der X-Achse befindet, und alle drei Stützpunkte 5a, 5b, 5c weisen gleiche Abstände x' von der Y-Achse auf. Außerdem ist der Nullpunkt des Koordinatensystems zugleich Schwerpunkt Sm der Meßplatte 3, die bezüglich des Koordinatentsystems symmetrisch angeordnet ist.
Die Gewichtskraftsensoren 4a, 4b, 4c sind so ausgebildet, daß die im Schwerpunkt Sm wirksame Gewichtskraft G_m der Meßplatte 3 sich gleichmäßig auf die Gewichtskraftsensoren 4a, 4b, 4c verteilt. Es kann sich bei den Gewichtskraftsensoren um Fluidzylinder, z. B. Hydraulikzylinder handeln, deren z. B. nach oben ragende Kolbenstangen die Meßplatte 3 abstützen, wobei deren Signale, hier Drucksignale, jeweils mittels einer Signalleitung SLa, SLb, SLc einer zugehörigen Auswerteeinrichtung 6a, 6b, 6c einer elektronischen Auswerteschaltung zugeführt werden, die aus dem zugehörigen Signal die jeweilige Stützkraft 7a, 7b, 7c des Stützpunktes 5a, 5b, 5c ermittelt und speichert und/oder anzeigt, z. B. an einem Display Da, Db, Dc.
Die Meßplatte 3 kann zur Vermeidung einer seitlichen Verschiebung auf den Gewichtskraftsensoren 4a, 4b, 4c bzw. diese bildenden Trägern, z. B. Fluidzylinder, formschlüssig gesichert sein. Hierzu können z. B. an der Unterseite der Meßplatte 3 befestigte oder gehaltene Zentrierelemente 3b, z. B. Zentrierscheiben, dienen, in deren Ausnehmungen die Gewichtskraftsensoren 4a, 4b, 4c bzw. Teile davon, formschlüssig einfassen.
Die an den Stützpunkten 5a, 5b, 5c wirksamen Gewichtsteilkräfte Ga, Gb, Gc oder Stützkräfte 7a, 7b, 7c stehen in einem Größenverhältnis zueinander, das durch die Positionenen der Stützpunkte 5a, 5b, 5c im Koordinatensystem bestimmt ist. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Gewichtsteilkraft Gc oder die Stützkraft 7c doppelt so groß wie die Gewichtsteilkräfte Ga, Gb oder die Stützkräfte 7a und 7b, die gleich groß sind. Wenn z. B. die Gewichtskraft Gm der Meßplatte 3 100 N beträgt, betragen die Gewichtsteilkräfte Ga, Gb jeweils 25 N und die Gewichtsteilkraft Gc 50 N. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel läßt sich das Gewicht oder das Verhältnis an den Displays Da, Db, Dc ablesen.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Ermitteln des Schwerpunktes Sw eines anbaubaren Werkstücks W anhand 2 beschrieben, das eine Anbaufläche Wa zum Anbau an einem Träger aufweist. Bei dem Werkstück W kann es sich z. B. um eine hydraulische Maschine, insbesondere eine Kolbenmaschine, handeln mit einer Triebwelle Wb, die sich rechtwinklig zur Anbaufläche Wa erstreckt. Zur Schwerpunktbestimmung wird das Werkstück W in seiner Einbauposition auf die Meßplatte 3 gestellt und zwar in einer solchen Orientierung, daß die Anbaufläche Wa sich parallel zur X- oder Y-Achse und parallel zur vertikalen Z- Achse erstreckt. In dieser Orientierung wird das Werkstück W soweit auf der Meßplatte 3 verschoben, bis die Gewichtsteilkräfte Ga, Gb, Gc im gleichen Verhältnis stehen wie vor dem Auflegen des Werkstücks W. Dies kann durch eine visuelle Beobachtung der Gewichtsteilkraftwerte geschehen. Wenn das Gewichtsteilkraftverhältnis gleich dem vorherigen Gewichtsteilkraftverhältnis ist, befinden sich der Schwerpunkt Sm der Meßplatte 3 und der Schwerpunkt Sw des Werkstücks W übereinander bzw. in der vertikalen Z-Achse. Durch Abmessen des Abstandes a der Anbaufläche Wa von der sich dazu parallel erstreckenden Y-Achse und des Abstands b zwischen der Triebwellenachse Wc und der Y-Achse läßt sich der Schwerpunkt Sw des Werkstücks W bezüglich seinen Abstände a und b ermitteln.
Das Gewicht des Werkstücks W läßt sich durch eine Addition der Gewichtsteilkraftwerte nach dem Auflegen des Werkstücks W abzüglich der Summe Gewichtsteilkraftwerte vor dem Auflegen des Werkstücks W ermitteln und durch die Bedienungsperson anzeigen oder abrufen, z. B. anzeigen an einem Display oder abrufen durch Ausdrucken.
Der Schwerpunkt Sw eines Werkstücks W, das bezüglich einer der Triebwellenachse Wc entsprechenden Mittelachse symmetrisch ist, befindet sich auf der Mittelachse. Deshalb ist bei einem solchen Werkstück (nicht dargestellt) der Abstand b gleich Null und braucht nicht ermittelt bzw. gemessen zu werden.
Es ist vorteilhaft, die X- und Y-Achse oder nur den Schwerpunkt Sm auf der ebenen Tragfläche 3a der Meßplatte 3 sichtbar anzuzeigen, z. B. mittels Rillen bzw. einer Vertiefung oder durch gefärbte Linien bzw. einem kleinen Farbklecks. Da der Schwerpunkt SM auf der Tragfläche 3a bei einem aufgesetzten Werkstück durch dieses verdeckt ist, ist es vorteilhaft, der Vorrichtung 1 oberhalb der Meßplatte 3 eine Anzeigevorrichtung 11 zuzuordnen, die den Schwerpunkt Sm bzw. Sw durch einen vertikalen Lichtstrahl 12 z. B. als Fadenkreuz oder Lichtpunkt auf der Meßplatte 3 abbildet oder auf dem aufgesetzten Werkstück W abbildet. Hierbei handelt es sich um eine gemeinsame Anzeige für den Schwerpunkt Sm der Meßplatte 3 und den Schwerpunkt Sw der Werkstücks W. Hierdurch wird das Ermitteln des Abstands des Schwerpunkts Sw von der Anbaufläche Wa wesentlich erleichtert, weil die Messung an der Oberseite des Werkstücks W erfolgen kann. In 1 ist eine solche Anzeigevorrichtung 11 andeutungsweise dargestellt. Sie kann durch einen Lichtstrahlerzeuger 13 gebildet sein, der an einem die Vorrichtung 1 übergreifenden Traggestell oder an der Decke des die Vorrichtung 1 aufnehmenden Raumes befestigt sein kann und zu seiner Energieversorgung mit einem elektrischen Versorgungsteil der Vorrichtung 1 oder mit einem im Raum vorhandenen elektrischen Stromnetz verbunden sein kann.
Das Ausführungsbeispiel nach 3, bei dem gleiche oder vergleichbare Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, unterscheidet sich vom vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch, daß eine für die Signale der Gewichtskraftsensoren 4a, 4b, 4c gemeinsame Auswerteeinrichtung 6 vorgesehen ist, die einen Rechner aufweist, der unter Berücksichtigung des Verhältnisunterschiedes der Gewichtsteilkräfte Ga, Gb, Gc vor und nach dem Aufsetzen des Werkstücks W und unter Berücksichtigung einer bestimmten Position, mit der das Werkstück W auf die Meßplatte 3 aufgesetzt wird, die Abstände des Schwerpunkts Sw des Werkstücks W von der Anbaufläche Wa und von der Drehachse Wc der Triebwelle Wb des Werkstücks W oder einer entsprechenden Werkstück-Achse berechnet. Diese Abstände lassen sich z. B. abrufen oder anzeigen, z. B. durch Ausdruck oder an einem Display Da, Db.
In 3 ist die gemeinsame Auswerteeinrichtung dargestellt und mit 6 bezeichnet. Der Rechner ist in die Auswerteeinrichtung 6 integriert.
Zur Ermittlung des Schwerpunktes Sw wird das Werkstück W so auf die Meßplatte 3 aufgesetzt, daß die Anbaufläche Wa und die Achse Wc sich in Vertikalebenen befinden, die die X- Achse und die Y-Achse enthalten. Hierbei kann die Mittelachse Wc sich über der Y-Achse oder über der X-Achse befinden, wie es 4 zeigt. In der aufgesetzten Stellung der Werkstücks W weist dessen Schwerpunkt Sw die Abstände c, d, von der Y- bzw. X-Achse auf. Die Auswerteeinrichtung 6 berechnet diese Abstände c, d automatisch, wobei diese durch die Bedienungsperson abgerufen werden können oder ausgedruckt werden können oder an den Displays Da, Db angezeigt werden können.
Mit den erfindunsgemäßen Verfahren läßt sich der Schwerpunkt Sw des Werkstücks W ermitteln, der in der Einbauposition des Werkstücks W bzw. in der rechtwinklig zur die X-Achse und die Y-Achse enthaltenden Horizontalebene wirksam ist. Hierbei kann es sich um ein Werkstück handeln,

– das bezüglich der Triebwellenachse Wc bzw. einer entsprechenden Mittelachse symmetrisch ist
– oder das bezüglich der Triebwellenachse Wc oder einer entsprechenden Mittelachse in der die X-Achse und die Y-Achse enthaltenden Horizontalebene symmetrisch oder unsymmetrisch ist
– oder das bezüglich der Triebwellenachse Wc bzw. einer entsprechenden Mittelachse in der die X-Achse und die Z-Achse enthaltenden Vertikalebene symmetrisch oder unsymmetrisch ist.

Der räumliche Schwerpunkt (nicht dargestellt) eines Werkstücks, das bezüglich der Triebwellenachse Wc bzw. einer entsprechenden Mittelachse in der die X-Achse und die Y-Achse enthaltenden Vertikalebene unsymmetrisch ist, läßt sich durch den erfindungsgemäßen Verfahren entsprechende Verfahrensschritte nach einer um 90° um die Triebwellenachse Wc bzw. die Mittelachse verdrehten Anordnung des Werkstücks W auf der Meßplatte 3 ermitteln. Der räumliche Schwerpunkt unterscheidet sich bezüglich des Schwerpunktes Sw nur hinsichtlich des sich quer zur Triebwellenachse Wc bzw. Mittelachse erstreckenden Abstands b bzw. d, da der sich parallel zur Triebwellenachse Wc bzw. Mittelachse erstreckende Abstand a bzw. c bei der Drehung um 90° keine Veränderung erfährt.
Das Gewicht des Werkstücks W läßt sich auch bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine Addition der Gewichtsteilkraftwerte nach dem Auflegen des Werkstücks W abzüglich der Summe der Gewichtsteilkraftwerte vor dem Auflegen des Werkstücks W ermitteln und durch die Bedienungsperson anzeigen oder abrufen, z. B. anzeigen an einem Display Dc oder abrufen durch Ausdruck.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit vier Stützpunkten 5a, 5b, 5c, 5d, an welchen jeweils ein Gewichtskraftsensor 4a, 4b, 4c, 4d angeordnet ist. Die Meßplatte 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel also nicht an drei Stützpunkten sondern an vier Stützpunkten gelagert. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Berechnung der x-Koordinate c des Schwerpunkts Sw des Werkstücks W und der y-Koordinate d des Schwerpunkts Sw des Werkstücks W deshalb besonders einfach, weil sich der Stützpunkt 5b im Koordinaten-Nullpunkt, der Stützpunkt 5a auf der y-Achse und der Stützpunkt 5d auf der x-Achse befindet und der vierte Stützpunkt 5c die drei Stützpunkte 5a, 5b, und 5d zu einem rechtwinkligen Viereck ergänzt. Dabei befinden sich die Stützpunkte 5c und 5d in einem Abstand C von der y-Achse und die Stützpunkte 5a und 5c in einem Abstand D von der x-Achse.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird wie folgt vorgegangen:
Zunächst wird ohne Auflegen des Werkstücks W die Gewichtskraft Gm der Meßplatte 3 vermessen. Die Summe der von den vier Gewichtskraftsensoren 4a, 4b, 4c, 4d gemessenen Kräfte Ga', Gb', Gc', Gd entspricht der Gewichtskraft Gm der Meßplatte 3, so daß gilt: Ga' + Gb' + Gc' + Gd' = Gm (1)an. Diese Eichmessung kann einmal vorgenommen werden und dann in einem Speicher fest abgespeichert werden.
Anschließend wird das Werkstück W an einem beliebigen Punkt auf die Meßplatte 3 aufgelegt. Dabei kann die Meßplatte 3 zunächst um die beiden Stützpunkte 5b und 5d entlang der x-Achse als schwenkbar betrachtet werden und aufgrund des Hebelgesetzes ergibt sich unter Berücksichtigung der Gewichtskraft Gm der Meßplatte 3 und der in dem Schwerpunkt Sw mit der gesuchten y-Koordinate d angreifenden Gewichtskraft Gw des Werkstücks W folgende Gesetzmäßigkeit: Ga + Gc = 1/2·Gm + d/D·Gw (2)
Analog kann die Meßplatte 3 auch als in den Stützpunkten 5a und 5b um die y-Achse als schwenkbar gelagert betrachtet werden, wobei dann analog folgende Gesetzmäßigkeit gilt: Gc + Gd = 1/2·Gm + c/C·Gw (3).
Hierbei bedeuten c die gesuchte x-Koordinate des Schwerpunkts Sw, die Größen Ga, Gb, Gc, Gd werden gemessen; die Größen D und C sind bekannt. Außerdem gilt: Ga + Gb + Gc + Gd = Gm + Gw (4)
Die Gewichtskraft Gm der Meßplatte 3 ist aus der vorstehend beschriebenen Eichmessung ohne aufgelegtem Werkstück W aus der Formel (1) bekannt. Für die gesuchten Koordinatenabschnitte d und c ergibt sich somit nach Einsetzen der Formel (4) in die Formel (2) bzw. die Formel (3) und Auflösen nach d bzw. c: d = D(Ga + Gc – 1/2·Gm)/(Ga + Gb + Gc + Gd – Gm) (5) c = C(Gc + Gd – 1/2·Gm)/(Ga + Gb + Gc + Gd – Gm) (6)
Die so erhaltenen Koordinaten x = c und y = d des Schwerpunkts Sw des Werkstücks W können beispielsweise mittels eines Laserstrahls oder einer anderen Anzeige auf das Werkstück W projeziert werden und dann entweder automatisch oder händisch bezüglich der Anbaufläche Wa vermessen werden. Die Lage des Werkstücks W auf der Meßplatte 3 kann beispielsweise auch durch ein automatisches Bilderfassungsystem erfaßt werden, so daß die Lage des Schwerpunkts Sw auf der Meßplatte 3 in Bezug auf die durch Bilderfassung erfaßte Lage der Anbaufläche Wa auf der Meßplatte 3 ausgerechnet werden kann.
Die vorstehend beschriebene Messung ist auch grundsätzlich bei den anhand der 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsbeispiele möglich. Die mathematische Berechnung ist dort jedoch aufgrund der nicht rechtwinkligen Anordnung der Gewichtskraftsensoren 4a, 4b und 4c erschwert. Die konkrete Berechnung stellt jedoch für den Fachmann keine Schwierigkeit dar, so daß auf die konkrete mathematische Berechnung hier verzichtet werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und eignet sich beispielsweise auch bei Vorrichtungen mit mehr als vier Gewichtskraftsensoren, wobei aufgrund der Überbestimmung der Koordinaten des Schwerpunkts Sw des Werkstücks W sich die Meßgenauigkeit erhöht.

Claims

Verfahren zum Ermitteln des Schwerpunktes (Sw) eines anbaubaren Werkstücks (W), insbesondere einer Kolbenmaschine, das eine vertikale Anbaufläche (Wa) aufweist, auf einer Meßplatte (3), die an zumindest drei Stützpunkten (5a, 5b, 5c) abgestützt ist, die um den Schwerpunkt (Sm) der Meßplatte (3) verteilt angeordnet sind, und an denen jeweils ein Gewichtskraftsensor (4a, 4b, 4c) zum Ermitteln der an den Stützpunkten (5a, 5b, 5c) wirksamen Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) angeordnet ist, wobei die Stützpunkte (5a, 5b, 5c) einem horizontalen Koordinatensystem mit einer X-Achse und einer Y-Achse zugeordnet sind, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Ermitteln des Gewichtskraftverhältnisses der Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) der nur von der Meßplatte (3) beaufschlagten Gewichtskraftsensoren (4a, 4b, 4c), b) Auflegen des Werkstücks (W) auf die Meßplatte (3) in einer Orientierung, in der die Anbaufläche (Wa) sich parallel zur X-Achse oder zur Y-Achse erstreckt, c) Verschieben des Werkstücks (W) in einer bestimmten Orientierung in eine Position, in der das Verhältnis der Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) der Gewichtskraftsensoren (4a, 4b, 4c) dem Gewichtskraftverhältnis vor dem Auflegen des Werkstücks (W) nach a) entspricht, d) Ermitteln des Abstands (a) der Anbaufläche (Wa) von der sich parallel zu ihr erstreckenden X-Achse bzw. Y-Achse, e) Ermitteln eines Abstands (b) einer sich rechtwinklig zur Anbaufläche (Wa) erstreckenden Achse (Wc) des Werkstücks (W) von der sich dazu parallel erstreckenden X- bzw. Y-Achse, f) Drehen des Werkstücks (W) um die sich rechtwinklig zur Anbaufläche (Wa) erstreckende Achse (Wc) um 90°, g) Verschieben in der Orientierung in eine Position, in der das Verhältnis der Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) gleich ist dem Verhältnis der Gewichtsteilkräfte vor dem Auflegen des Werkstücks (W) und h) Ermitteln des Abstands (b) der Achse (Wc) von der sich dazu parallel erstreckenden X-Achse oder Y-Achse.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht des Werkstücks (W) durch Addition der von den Gewichtskraftsensoren ermittelten Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Anbaufläche (Wa) von der sich dazu parallel erstreckenden X-Achse oder Y-Achse und/oder das Gewicht des Werkstücks (W) gespeichert und/oder angezeigt werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Meßplatte (3), die an zumindest drei Stützpunkten (5a, 5b, 5c) abgestützt ist, die um den Schwerpunkt (Sm) der Meßplatte (3) verteilt angeordnet sind, und denen jeweils ein Gewichtskraftsensor (4a, 4b, 4c) zum Ermitteln der an den Stützpunkten (5a, 5b, 5c) wirksamen Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) zugeordnet ist, mit einer Auswerteeinrichtung (6), der die von den Gewichtskraftsensoren (4a, 4b, 4c) ermittelten Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) übermittelt werden und mit einem Rechner, der unter Berücksichtigung der Orientierung des Werkstücks (W) auf der Meßplatte (3) und der Verhältnisunterschiede der Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) vor und nach dem Auflegen des Werkstücks (W) auf die Meßplatte (3) den Abstand (c) zwischen der Anbaufläche (Wa) und dem Schwerpunkt (Sw) des Werkstücks (W) berechnet, dadurch gekennzeichnet, dass zur Projektion der berechneten Koordinaten (c, d) ein Lichtstrahlerzeuger (13) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) addiert und die Differenz der Summe der Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) vor und der Summe der Gewichtsteilkräfte (Ga, Gb, Gc) nach dem Auflegen des Werkstücks (W) als Gewicht des Werkstücks (W) ermittelt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen des Gewichts des Werkstücks (W) und/oder des sich parallel und/oder quer zur Achse (Wc) des Werkstücks (W) erstreckenden Abstands (a, b, c, d) des Schwerpunkts (Sw) des Werkstücks (W) von der Anbaufläche (Wa) bzw. von der Achse (Wc) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerpunkt (Sm) der Messplatte (3) im Nullpunkt des Koordinatensystems liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Stützpunkte (5a, 5b) einen gleichen Abstand von einer Hauptachse X des Koordinatensystems aufweisen und der dritte Stützpunkt (5c) auf dieser Hauptachse X liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass alle drei Stützpunkte (5a, 5b, 5c) von der anderen Hauptachse Y einen gleichen Abstand aufweisen.