DE102015101326B4

DE102015101326B4 - Messvorrichtung und Umformvorrichtung mit einer Messvorrichtung

Info

Publication number: DE102015101326B4
Application number: DE102015101326.6A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Zorn; Christoph Eppler
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2020-07-02
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: DE102015101326A1

Abstract

Messvorrichtung (10) zur Messung von Kraftverteilungen,- mit zumindest einem Messmodul (12), das zueinander beweglich angeordnete Kraftaufnahmeabschnitte (14, 16) aufweist, und- mit einer Mehrzahl von Kraftsensoren (18) zur Messung von Druckkräften,- wobei die Kraftsensoren (18) jeweils zwischen den Kraftaufnahmeabschnitten (14, 16) eines des zumindest einen Messmoduls (12) angeordnet sind und- wobei das Messmodul (12) zur In-Prozess-Messung von Kräften innerhalb einer krafterzeugenden Vorrichtung (100) ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Messung von Kraftverteilungen, sowie eine Umformvorrichtung, insbesondere zum Herstellen von Blechbauteilen.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, innerhalb von Umformmaschinen Kräfte und Kraftverteilungen zu erfassen. Die Druckschrift DE 10 2012 013 371 A1 offenbart eine Messvorrichtung für ein Stößelkissen einer Presse. Dabei wird die Messvorrichtung zur Bestimmung der vom Pressenstößel ausgeübten Presskräfte anstelle eines Werkzeugs auf den Pressentisch einer Umformpresse angeordnet. Die Messvorrichtung ist mit einem Messmodul zur Bestimmung der Gesamtpresskraft und mit am Messmodul nach oben abstehenden Druckbolzen mit Kraftsensoren zur Bestimmung der Kraftverteilung in der Fläche ausgerüstet.
Weiterhin ist aus der Druckschrift DE 10 2010 033 001 B3 eine Prüfvorrichtung zur Prüfung der Funktionsfähigkeit einer Tiefziehpresse bekannt. Die Prüfvorrichtung weist einen Messkörper auf, der zur Durchführung eines Prüfvorgangs anstelle eines Blechhalters und eines Tiefziehwerkzeugs zwischen einem Pressentisch und einem Pressenstößel einsetzbar ist. Mit dem Messkörper ist eine Ist-Kraft erfassbar, die sich ergibt, wenn das Ziehkissen mit einer benutzerseitig eingestellten Soll-Kraft gegen den Pressenstößel drückt, wobei durch Vergleich der Ist-Kraft mit der Soll-Kraft die Funktionsfähigkeit der Tiefziehpresse ermittelbar ist.
Weiterhin offenbart die Druckschrift DE 693 310 016 T2 eine Vorrichtung zur Messung der Blechhalterkraft, welche anstelle eines Werkzeugs in die jeweilige Presse eingebaut wird. Ziel ist hierbei die Messung der Kraftverteilung, welche auf den Blechhalter wirkt.
Weiterhin zeigt die Druckschrift DE 10 2012 013 722 B4 ein Prüfwerkzeug (100) zur Ermittlung der Eigenschaften einer Umformpresse, die ein auf dem Pressentisch zu befestigendes Werkzeugunterteil (300) und ein am Pressenstößel zu befestigendes Werkzeugoberteil (200) umfasst, wobei das Werkzeugoberteil (200) zur Durchführung eines Messhubs mittels des Pressenstößels zum Werkzeugunterteil (300) relativ beweglich ist und wobei das Prüfwerkzeug mehrere Messsensoren umfasst, die während dem Messhub eine dynamische Erfassung der Eigenschaften der Umformpresse ermöglichen.
Eine ähnliche Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen die Druckschriften DE 34 11 528 A , DE 37 34 023 A1 , DE 10 2007 056 409 A1 , DE 693 09 610 T2 , EP 0 264 047 A2 , WO 2013 / 042 680 A1 und JP 2003 - 225 799A .
Wie bereits erwähnt, erfordern die voranstehend dargestellten Messvorrichtungen einen Ausbau des eigentlichen Umformwerkzeugs. Dies hat zur Folge, dass mittels dieser Messvorrichtungen keine tatsächlich wirkenden Prozesskräfte beziehungsweise Kraftverteilungen gemessen werden können. So hängt nämlich die konkrete Kraftverteilung während des Prozesses von der Werkzeugsteifigkeit und auch von dem jeweiligen Umformverfahren ab. Daher kann mittels derartiger Messvorrichtungen die Einrichtung und Kalibrierung von Umformvorrichtungen nur mit unzureichender Genauigkeit vorgenommen werden. Ferner erfordert eine Messvorrichtung, die anstelle eines Werkzeugs in eine Presse eingebaut wird, einen hohen Rüst- sowie Logistikaufwand und auch eine geeignete Lagerhaltung. Schließlich sind derartige Messeinsätze zum Teil komplex aufgebaut, sodass die jeweilige Anwendung nur von erfahrenen Fachleuten vorgenommen werden kann.
Des Weiteren ist zur Messung von Kraftverteilungen innerhalb von Umformwerkzeugen der Einsatz von drucksensitiven Folien bekannt. So wird beispielsweise in der Veröffentlichung „Messen des Niederhaltedruckes und seiner Verteilung“ von Dietrich Bauer und Helmut Schmidt, Bänder Bleche Rohre 1 - 1984, Seiten 14 bis 15 beschrieben, dass eine drucksensitive Folie in ein Umformwerkzeug eingelegt wird und anhand einer Verfärbung die Höhe des lokalen Druckes ermittelt werden kann. Hierzu ist jedoch eine wiederholte Unterbrechung des Ziehvorgangs erforderlich, um die Druckverteilung über verschiedene Ziehstufen hinweg zu messen. Eine dynamische Erfassung der Kraftverteilung während des Umformens ist mittels solcher drucksensitiver Folien nicht möglich.
Vor dem oben dargelegten Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Messvorrichtung anzugeben, die mit nur geringem Aufwand und gleichzeitig verbesserter Genauigkeit die Einrichtung beziehungsweise den Betrieb einer krafterzeugenden Vorrichtung ermöglicht. Ebenso soll eine Umformvorrichtung mit einer Messvorrichtung angegeben werden.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe mit einer Messvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst worden. Eine erfindungsgemäße Umformvorrichtung ist Gegenstand von Anspruch 18. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend erläutert.
Eine erfindungsgemäße Messvorrichtung umfasst zumindest ein Messmodul, das zueinander beweglich angeordnete Kraftaufnahmeabschnitte aufweist. Derartige Kraftaufnahmeabschnitte können in besonders vorteilhafter Weise dazu ausgebildet sein, mit Flächen kontaktiert zu werden, über die eine Krafteinleitung in das Messmodul erfolgt.
Weiterhin ist eine erfindungsgemäße Messvorrichtung mit einer Mehrzahl von Kraftsensoren zur Messung von Druckkräften ausgestattet. Dabei sind die Kraftsensoren jeweils zwischen den Kraftaufnahmeabschnitten eines des zumindest einen Messmoduls angeordnet. Demgemäß ist es möglich, dass sämtliche Kraftsensoren zwischen den Kraftaufnahmeabschnitten eines einzelnen Messmoduls angeordnet sind. Gleichermaßen können die Kraftsensoren zwischen den Kraftaufnahmeabschnitten unterschiedlicher Messmodule angeordnet sein, insbesondere für den Fall, dass die Messvorrichtung eine Mehrzahl von Messmodulen aufweist. Durch die Anordnung einer Mehrzahl von Kraftsensoren besteht die Möglichkeit, Kraftverteilungen entlang verhältnismäßig große Ebenen zu erfassen.
Erfindungsgemäß ist nun das Messmodul zur In-Prozess-Messung von Kräften innerhalb einer krafterzeugenden Vorrichtung ausgebildet. Bei einer solchen krafterzeugenden Vorrichtung kann es sich grundsätzlich um jede Vorrichtung handeln, in der unterschiedliche Komponenten relativ zueinander durch Kraftbeaufschlagung bewegt werden und damit eine Kraft erzeugt wird, insbesondere auf eine zu bearbeitenden Komponente aufgebracht wird.
Die In-Prozess-Messung, die auch als sogenannte In-Situ-Messung bezeichnet werden kann, ermöglicht es, die während des jeweiligen krafterzeugenden oder kraftbeaufschlagenden Prozesses tatsächlich wirkenden Prozesskräfte zu erfassen. Auf diese Weise können unverfälschte Rückschlüsse auf die während des jeweiligen Prozesses wirkenden Kräfte und Kraftverteilungen gezogen werden. Dies ermöglicht eine verbesserte Kalibrierung beziehungsweise Einstellung der jeweiligen Vorrichtung und auch eine fortwährende Steuerung beziehungsweise Regelung des jeweiligen Prozesses mit erhöhter Genauigkeit. Auftretende Prozesskräfte und Prozesskraftverteilungen können also mittels einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung in verbesserter Weise eingestellt werden.
In bevorzugter Weise ist das Messmodul zur In-Prozess-Messung von Kraftverteilungen innerhalb einer Bearbeitungsvorrichtung zur mechanischen Werkstückbearbeitung, besonders bevorzugt innerhalb einer Umformvorrichtung oder einer Schneidvorrichtung, ausgebildet. Bei derartigen Umformvorrichtungen kann es sich beispielsweise um Vorrichtungen zum Umformen von Blechbauteilen oder um Vorrichtungen zum Schneiden von Blechbauteilen oder dergleichen handeln.
In weiter bevorzugter Weise ist das Messmodul für die Anordnung innerhalb einer Umformvorrichtung ausgebildet, die eine Umformpresse sowie ein darin angeordnetes Umformwerkzeug aufweist. Demgemäß können die Umformpresse sowie das Umformwerkzeug für die Bearbeitung von Blechbauteilen ausgebildet sein. Die Ausbildung der Messvorrichtung für die Anordnung innerhalb einer solchen Umformvorrichtung erlaubt in besonders vorteilhafter Weise, die Kalibrierung und damit die Einrichtung einer Umformpresse für den Betrieb mit einem bestimmten Werkzeug vorzunehmen. Gleichermaßen kann eine erfindungsgemäße Messvorrichtung innerhalb einer solchen Umformvorrichtung auch für den dauerhaften Betrieb angeordnet werden. Dies kann für die Regelung des jeweiligen Umformprozesses von Vorteil sein.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Messmodul zur Anordnung zwischen einem Umformwerkzeug und einem Pressenabschnitt einer Umformpresse ausgebildet, besonders bevorzugt zur Anordnung angrenzend an ein Umformwerkzeug. Bei einem Pressenabschnitt kann es sich beispielsweise um einen Pressenstößel oder einen Pressentisch handeln. Für den Fall, dass die Umformpresse mit einem untenliegenden Pressenstößel ausgestattet ist, kann es sich bei dem Pressenabschnitt auch um einen gegenüberliegend des Pressenstößels, also oberhalb des Werkzeugs, angeordneten Stützabschnitt der Umformpresse handeln. Eine Anordnung des Messmoduls zwischen einem Umformwerkzeug und einem Pressenabschnitt ermöglicht eine präzise Messung der jeweiligen Prozesskräfte zwischen dem Umformwerkzeug und dem jeweiligen Pressenabschnitt. Der pressenseitige Krafteinfluss auf das jeweilige Umformwerkzeug kann so besonders genau erfasst werden. Zudem gestattet eine derartige Anordnung eine einfache Installation mit geringer Fehleranfälligkeit. Weiter bevorzugt ist das Messmodul der erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur Messung der Kraftverteilung innerhalb einer Ebene zwischen einem Umformwerkzeug und einem Pressenabschnitt einer Umformpresse ausgebildet.
Ferner kann es von Vorteil sein, wenn das Messmodul zur statischen und/oder dynamischen Kraftmessung eingerichtet ist. Eine statische Kraftmessung kann mit nur geringem Aufwand vorgenommen werden und ermöglicht insbesondere den Einsatz einfacher Kraftsensoren. Eine dynamische Kraftmessung ermöglicht die Erfassung von Kräften und Kraftverteilungen über unterschiedliche Kraftstufen hinweg, insbesondere eine stufenlose Erfassung, wodurch der jeweilige Prozess, insbesondere der Umformprozess, in besonders geeigneter Weise auf Grundlage der erfassten Messdaten beeinflusst werden kann.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist jeweils ein Messmodul eine Mehrzahl von Kraftsensoren auf, besonders bevorzugt vier Kraftsensoren. Zum einen ermöglicht dies, dass eine Messung der Kraftverteilung bereits mit einem einzigen Messmodul vorgenommen werden kann, da innerhalb des einzelnen Messmoduls an unterschiedlichen Punkten unterschiedliche Kräfte erfasst werden können. Darüber hinaus kann die Anordnung einer Mehrzahl von Kraftsensoren innerhalb eines einzelnen Moduls die Messdynamik verbessern. Insbesondere bei verhältnismäßig großen Messmodulen kann dies von Vorteil sein, da je nach eingesetztem Kraftsensor, beispielsweise bei kapazitiven Messsensoren, eine Hochskalierung die Messdynamik herabsetzen würde.
In weiter bevorzugter Weise ist das zumindest eine Messmodul hinsichtlich Größe und Gewicht so dimensioniert, dass es von einer Bedienperson gehoben beziehungsweise getragen und positioniert werden kann. Insbesondere kann die Dimensionierung eines einzelnen Messmoduls so vorgenommen werden, dass eine Handhabung ohne Hilfsmittel möglich ist. Der Aufwand für die Installation der jeweiligen Messmodule kann somit verringert werden.
Dabei können die Messmodule auch hinsichtlich ihrer jeweiligen Messaufgabe in ihrer Größe dimensioniert werden. Die Anordnung einer Vielzahl von kleinen Messmodulen wirkt sich hinsichtlich der Messauflösung günstig aus. Die Anordnung von größeren Messmodulen verringert hingegen den Aufwand für die Positionierung und Installation der gesamten Messvorrichtung.
In bevorzugter Weise ist das zumindest eine Messmodul struktursteif ausgebildet, beispielweise aus einem metallischen Werkstoff hergestellt. Unter struktursteif soll hier verstanden werden, dass das Messmodul eine Steifigkeit aufweisen soll, die im jeweiligen Anwendungsfall lediglich Verformungen innerhalb des linearelastischen Bereichs erlaubt. Eine derartige struktursteife Ausbildung des Messmoduls gewährleistet, dass das Messmodul innerhalb des Kraftflusses des jeweiligen Prozesses angeordnet werden kann und dass aufgrund der nur geringen Verformungen eine nennenswerte Auswirkung auf den eigentlichen Prozess ausgeschlossen werden kann. In besonders vorteilhafter Weise sind dabei die Kraftaufnahmeabschnitte des Messmoduls als struktursteife Ober- und Unterteile ausgebildet. Vorzugsweise sind die Ober- und Unterteile miteinander verschraubt und/oder vorgespannt, sodass die relative Beweglichkeit der Kraftaufnahmeabschnitte auf das notwendige Maß reduziert werden kann. Ebenso ist es möglich, die Kraftaufnahmeabschnitte über ein Festkörpergelenk miteinander zu verbinden, wodurch die Messung verhältnismäßig kleiner Kräfte möglich ist.
Nach einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind die Kraftaufnahmeabschnitte in Draufsicht rechteckförmig, insbesondere quadratisch ausgebildet, wodurch bei Anordnung einer Mehrzahl von Messmodulen eine vorteilhafte Abdeckung des jeweiligen Messbereichs erzielt werden kann. In besonders bevorzugter Weise ist jeder der Kraftaufnahmeabschnitte in Draufsicht aus einer Mehrzahl von Rechteckabschnitten gebildet, die über Materialstege miteinander verbunden sind, wobei in weiter bevorzugter Weise jeder der Rechteckabschnitte für die Aufnahme eines Kraftsensors ausgebildet ist. Dies ermöglicht mit einem einfachen konstruktiven Aufbau, die Anordnung einer Mehrzahl von Kraftsensoren innerhalb eines einzelnen Messmoduls bei gleichzeitig individueller Beaufschlagbarkeit der einzelnen Kraftsensoren zu realisieren.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Messvorrichtung weist das zumindest eine Messmodul eine integrierte Auswerteelektronik auf, die zur Aufbereitung der gemessenen Sensordaten eingerichtet ist. Somit können Messdaten von jedem Messmodul individuell bereitgestellt werden. Die Einsatzflexibilität der Messmodule wird somit erhöht, da jedes der Messmodule unabhängig einem anderen Messmodul eingesetzt werden kann. In bevorzugter Weise ist die Auswerteelektronik des Messmoduls dazu eingerichtet, die aufbereiteten Sensordaten als Analog- oder Digitalsignal bereitzustellen, wodurch das Auslesen der Sensordaten sowie die Einbindung in Regelkreise in besonders einfacher Weise vorgenommen werden kann. Ferner kann die Auswerteelektronik des Messmoduls an einen Datenbus, insbesondere einen CAN oder Profibus gekoppelt sein, wodurch ein sicherer Datentransport gewährleistet werden kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Messvorrichtung ist das zumindest eine Messmodul mit zumindest einem weiteren Messmodul verbindbar. Für den Fall, dass Kraftverteilungen über große Flächen erfasst werden sollen würde eine Vergrößerung eines einzigen Moduls einhergehend mit der Anordnung weiterer Sensoren einen signifikanten Mehraufwand in der Handhabung und Einrichtung der jeweiligen Vorrichtung zur Folge habe. Demgegenüber erlaubt die Verbindbarkeit des Messmoduls mit einem weiteren Messmodul, Kräften und Kraftverteilungen auch entlang verhältnismäßig großer Flächen bei nur geringem Handhabungsaufwand zu erfassen. Insbesondere kann bei Anordnung einer Mehrzahl von Messmodulen hierdurch eine einfache und sichere Relativanordnung zwischen den Messmodulen vorgenommen werden, sodass die Gefahr von Messfehlern aufgrund ungenauer Relativpositionierungen der Messmodule verringert wird.
Demgemäß kann eine erfindungsgemäße Messvorrichtung aus einer Mehrzahl von Messmodulen bestehen, die modular miteinander verbindbar beziehungsweise verbunden sind. In weiter bevorzugter Weise kann zumindest ein Messmodul mit zumindest zwei weiteren, insbesondere mit drei weiteren beziehungsweise mit vier weiteren Messmodulen verbindbar sein. Die Einsatzflexibilität der Messvorrichtung wird hierdurch verbessert.
In weiter vorteilhafter Weise ist das zumindest eine Messmodul mechanisch mit zumindest einem weiteren Messmodul verbindbar. Dabei kann das zumindest eine Messmodul unmittelbar oder mittelbar über zumindest ein Verbindungselement mechanisch mit einem weiteren Messmodul verbindbar ausgebildet sein. Die Möglichkeit einer unmittelbaren mechanischen Verbindung der Messmodule verringert den Handhabungsaufwand, da die Messmodule ohne Zwischenschaltung einer weiteren Komponente miteinander gekoppelt werden können. Durch den Einsatz zusätzlicher Verbindungselemente kann sichergestellt werden, dass die jeweils mit einem Verbindungselement in Eingriff gelangenden Verbindungsschnittstellen der benachbarten Messmodule identisch ausgebildet sind, was hinsichtlich der Einsatzflexibilität der Messmodule von Vorteil sein kann.
Vorzugsweise ist die Messvorrichtung mit einem Verbindungselement versehen, das zur Herstellung einer kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung von zumindest zwei Messmodulen ausgebildet ist. Hierdurch kann eine besonders sichere Relativpositionierung zwischen zwei Messmodulen auch im Falle großer Prozesskräfte sichergestellt werden. Beispielsweise kann das Verbindungselement über eine Rastfixierung mit den jeweiligen Messmodulen verbindbar sein. Dabei kann die Rastfixierung bevorzugt zwischen die Kraftaufnahmeabschnitte des Messmoduls eingreifen. Bei der Rastfixierung kann es sich beispielsweise um einen sogenannten Kugelschnäpper handeln, der eine feder-elastisch vorgespannte Kugel aufweist, die zur kraft- und formschlüssigen Verbindung in eine Korrespondierende Ausnehmung der jeweils anderen Komponenten eingreift. Auf diese Weise kann mit einfachen fertigungstechnischen Mitteln eine mechanische Verbindungsschnittstelle zwischen einem Verbindungselement und einem Messmodul bereitgestellt werden. Weiter bevorzugt ist das Verbindungselement manuell mit zumindest einem Messmodul verbindbar und/oder von diesem lösbar. Hierdurch wird eine einfache und sichere manuelle Montage beziehungsweise Demontage der Messvorrichtung gewährleistet, wodurch Rüstzeiten insgesamt minimiert werden können.
In weiter bevorzugter Weise ist das zumindest eine Messmodul elektrisch und/oder informationstechnisch mit zumindest einem weiteren Messmodul verbindbar, insbesondere über einen Datenbus und/oder drahtlos. Die Möglichkeiten des Mess- und Auswerteverfahrens werden somit vergrößert. Zudem vereinfacht die elektrische beziehungsweise informationstechnische Verbindung zwischen den Modulen die Installation einer aus mehreren Modulen bestehenden Messvorrichtung. Die elektrische und/oder informationstechnische Verknüpfung kann ebenfalls über ein voranstehend beschriebenes Verbindungselement, welches auch zur mechanischen Verbindung eingesetzt wird, hergestellt werden.
In weiter bevorzugter Weise ist eine Mehrzahl von Messmodulen vorgesehen, die zu einem Messverbund zusammengefügt sind, vorzugsweise über zumindest ein Verbindungselement. Eine solche Messvorrichtung, die aus einem Messverbund mehrerer Messmodule besteht, kann Kraftverteilungen über verhältnismäßig große Fläche erfassen, ohne dass der Einsatz großer und unhandlicher Messmodule erforderlich ist. Handhabungsaufwand, Rüstzeiten sowie Herstellkosten können somit verringert werden. Dabei können in weiter bevorzugter Weise die Messmodule elektrisch und/oder informationstechnisch miteinander verknüpft sein, sodass der Messverbund eine integrierte Kommunikation der Messmodule untereinander aufweist. Auf diese Weise kann bereits innerhalb des Messverbundes eine Verarbeitung der Daten der einzelnen Kraftsensoren vorgenommen werden. So kann beispielsweise die Auswertung der Daten innerhalb eines Messmoduls unter Berücksichtigung der erfassten Daten eines anderen Messmoduls erfolgen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Messvorrichtung ist eines der Mehrzahl der Messmodule als Mastermodul konfiguriert und/oder zumindest eines der Mehrzahl der Messmodule als Slave-Modul konfiguriert. Dabei kann das Mastermodul dazu eingerichtet sein, Messdaten von zumindest einem Slave-Modul zu empfangen, insbesondere kann das Mastermodul zum Auslesen der Messdaten sämtlicher Messmodule des Messverbundes konfiguriert sein. Insbesondere kann das Mastermodul zum Auslesen der Messdaten des Mastermoduls selbst und des zumindest einen Slave-Moduls konfiguriert sein. Auf diese Weise entfällt das Erfordernis, die aufbereiteten Daten der einzelnen Messmodule von jedem einzelnen Modul einzeln abzufragen. Stattdessen erlaubt eine integrierte Kommunikation zwischen dem zumindest einen Mastermodul und dem zumindest einen Slave-Modul, das die aufbereiteten Daten lediglich durch das Mastermodul für die weitere Verarbeitung bereitgestellt werden. Eine Messanordnung aus mehreren Messmodulen kann auf diese Weise mit nur einem einzigen Zugriffspunkt betrieben werden.
Hierbei kann durch eindeutige Identifikation eines jeden Moduls sowie der Kenntnis der jeweiligen Nachbarmodule von dem Mastermodul eine geeignete Zuordnung von erfassten Kraftdaten und dem jeweiligen Messort vorgenommen werden, sodass mit geringem Aufwand eine Messung der Kraftverteilung über verhältnismäßig große Abstände erfolgen kann. Hierzu kann es von Vorteil sein, wenn zumindest ein Slave-Modul dazu eingerichtet ist, eine Identnummer sowie die Identnummer des jeweiligen Nachbarmoduls an das Mastermodul zu senden. Aus den empfangenen Daten kann dann eine Karte über die Lage der Module erstellt werden. Dabei kann das Mastermodul zur Erstellung einer Karte über die Lage der Module eingerichtet sein. Gleichermaßen kann das Mastermodul dazu eingerichtet sein, die von dem zumindest einen Slave-Modul empfangenen Daten zur Erstellung einer Karte über die Lage der Module an eine externe Datenverarbeitungseinrichtung zu übermitteln. Somit kann durch den Anwender mit nur geringem Aufwand nach Art einer „Plug and Play“-Anwendung eine beliebige Anordnung der Module vorgenommen werden, wobei lediglich das Mastermodul als Fixpunkt auszurichten ist.
Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Messvorrichtung ist der zumindest eine Kraftsensor ein kapazitiver Sensor, insbesondere ein Sensor auf Basis von elektroaktivem Polymer, der auch als EAP-Sensor bezeichnet wird. Ein solcher EAP-Sensor kann vorzugsweise aus zwei Elektroden aufweisen, die weiter bevorzugt auf zumindest einer Isolationsschicht aus dehnbarem Material aufgebracht sind. Durch Annäherung der Elektroden kann eine Kapazitätsänderung erfassbar sein. Derartige EAP-Sensoren ermöglichen eine Kraftmessung mit einer hohen Messgenauigkeit und können bei Einsatz entsprechender Fertigungstechnologie in gro-ßen Mengen und somit zu geringen Kosten hergestellt werden.
Dabei kann in weiter bevorzugter Weise der zumindest eine Kraftsensor als Faltsensor ausgebildet sein. Insbesondere kann ein voranstehend beschriebener EAP-Sensor als Faltsensor ausgebildet werden. Bevorzugt ist dabei jede Elektrode des Sensors aus einem gefalteten Folienstrang gebildet, sodass jede der Elektroden mehrschichtig ausgebildet ist. Durch die vielschichtige Ausbildung der Elektroden kann die wirksame Fläche der Kapazität vergrößert werden, was zu einer Steigerung der Sensorsensitivität führt. Die Messgenauigkeit kann somit verbessert werden.
In weiter bevorzugter Weise kann bei Ausbildung des Kraftsensors als Faltsensor die Faltorientierung einer der Elektroden mit der Faltorientierung der jeweils anderen Elektrode einen Winkel einschließen, insbesondere einen rechten Winkel. Die unterschiedlichen Faltorientierungen der Elektroden erlauben es, die jeweiligen Elektroden mit nur geringem Aufwand und fehlerfrei zu falten. Insbesondere können hierdurch die jeweiligen Isolierschichten getrennt voneinander beziehungsweise unterbrochen ausgebildet sein, was den Faltvorgang der jeweiligen Elektroden erleichtert.
Dabei kann jeder Folienstrang eine Mehrzahl von Wirkabschnitten und zumindest einen die Wirkabschnitte verbindenden Brückenabschnitt aufweisen, wobei die Wirkabschnitte in gefalteter Stellung des Folienstrangs parallel zueinander angeordnet sein und/oder wobei die Wirkabschnitte der beiden Elektroden entlang der Schichtrichtung des Sensors abwechselnd angeordnet sind. Ein derartiger Wirkabschnitt ist in vorteilhafter Weise durch eine Isolierschicht von dem jeweils benachbarten Wirkabschnitt getrennt. Demgegenüber ist ein Brückenabschnitt, welcher zwei Wirkabschnitte einer Elektrode miteinander verbindet, nicht in unmittelbarer Umgebung eines Brückenabschnitts der jeweils anderen Elektrode. Aufgrund der unterschiedlichen Faltorientierungen sind die Brückenabschnitte der einen Elektrode an jeweils zwei Längsenden des Faltsensors und die Brückenabschnitte der jeweils anderen Elektrode an den jeweiligen anderen Längsenden der Faltelektrode angeordnet sind. Es bedarf somit keiner Schichtisolierung zwischen den Brückenabschnitten der einen Elektrode gegenüber den Brückenabschnitten der jeweils anderen Elektrode, wodurch die Faltung der Elektroden weiter vereinfacht wird.
In noch weiter bevorzugter Weise weist der Kraftsensor eine Mehrzahl von Isolationsschichten auf, wodurch der schichtweise Aufbau des Kraftsensors ermöglicht wird. Dabei sind zwei benachbarte Elektroden, vorzugsweise zwei in Schichtrichtung benachbart angeordnete Wirkabschnitte, jeweils durch eine Zwischenisolationsschicht getrennt. Dabei können die Zwischenisolationsschichten an ihren Seitenkanten Ausnehmungen für die Brückenabschnitte aufweisen, was sich ebenfalls vorteilhaft auf die Faltbarkeit der Elektroden beziehungsweise auf die Außenabmessungen des Faltsenors auswirkt. Schließlich können die in Schichtrichtung zuletzt angeordneten Wirkabschnitte durch Endisolationsschichten bedeckt sein. Derartige Endisolationsschichten können dabei frei von Ausnehmungen sein, sodass die Brückenabschnitte zum Schichtende ebenfalls isoliert sind, wodurch die Gefahr von Fehlfunktionen des Kraftsensors verhindert wird.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Umformvorrichtung, insbesondere zum Herstellen von Blechbauteilen vorgesehen. Eine erfindungsgemäße Umformvorrichtung weist eine Umformpresse auf, die einen Pressenstößel und eine dem Pressenstößel gegenüberliegend angeordneten Stützabschnitt aufweist. Bei einem solchen Stützabschnitt kann es sich beispielsweise um einen Pressentisch handeln. Ebenso ist es möglich, dass ein solcher Stützabschnitt oberhalb des jeweils einzusetzenden Werkzeugs angeordnet ist. In diesem Fall befindet sich der Pressenstößel der Presse unterhalb des jeweils einzusetzenden Werkzeugs.
Weiterhin ist eine erfindungsgemäße Umformvorrichtung mit einem Umformwerkzeug, das innerhalb der Umformpresse zwischen dem Pressenstößel und dem Stützabschnitt angeordnet ist, ausgestattet. Ein solches Umformwerkzeug kann beispielsweise für die Umformung von Blechbauteilen ausgebildet sein, insbesondere für die Herstellung von Karosseriebauteilen.
Ferner weist die erfindungsgemäße Umformvorrichtung eine Messvorrichtung zur In-Prozess-Messung von Kräften und Kraftverteilungen auf. Vorzugsweise kann es sich dabei um eine voranstehend beschriebene Messvorrichtung handeln.
In erfindungsgemäßer Weise ist nun die Messvorrichtung innerhalb der Umformpresse zwischen dem Werkzeug und dem Pressenstößel oder zwischen dem Werkzeug und dem Stützabschnitt angeordnet. Auf diese Weise können mit nur geringem Handhabungsaufwand und mit geringen Kosten tatsächlich wirkende Prozesskräfte innerhalb einer Umformvorrichtung gemessen werden. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, den pressenseitigen Einfluss auf die Kraftverteilung zwischen dem Pressenstößel und dem Werkzeug oder auf die Kraftverteilung zwischen dem Werkzeug und dem Stützabschnitt, insbesondere dem Pressentisch, zu erfassen. Die so gewonnenen Daten über die Kraftverteilung können für die Einstellung beziehungsweise Kalibrierung und auch für die fortwährende Regelung des Pressenantriebes genutzt werden, wodurch die Prozessgenauigkeit insgesamt verbessert werden kann.
In vorteilhafter Weise kann der Stützabschnitt der Umformpresse mit einer Ziehkissenvorrichtung ausgestattet sein. Um eine Beeinträchtigung der Funktion der Ziehkissenvorrichtung zu vermeiden, kann die Messvorrichtung zwischen dem Werkzeug und dem Pressenstößel angeordnet werden. Ebenso ist es möglich, die Messvorrichtung zwischen dem Werkzeug und dem vorzugsweise als Pressentisch ausgebildeten Stützabschnitt anzuordnen. Hierbei kann eine Beeinträchtigung der Funktion der Ziehkissenvorrichtung dadurch erreicht werden, dass die Messvorrichtung, bevorzugt die einzelnen Messmodule, in Bereichen angeordnet wird, in denen sich keine Druckbolzen der Ziehkissenvorrichtung befinden.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

1 eine Umformvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Seitenansicht.
2 eine Umformvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Seitenansicht.
3 eine Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Explosionsdarstellung.
4 eine Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Perspektivdarstellung mit Detailschnittansicht.
5 eine Messvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Perspektivdarstellung.
6 eine Messvorrichtung gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Perspektivdarstellung.
7 ein schematisches Schaltbild einer Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8 eine schematische Draufsicht der Bestandteile eines Kraftsensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
9 eine schematische Perspektivdarstellung gefalteter Elektroden eines EAP-Kraftsensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
10 eine schematische Perspektivdarstellung gefalteter Elektroden sowie Zwischenisolationsschichten eines EAP-Kraftsensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
11 eine schematische Perspektivdarstellung eines EAP-Kraftsensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Die 1 zeigt eine schematische Seitendarstellung einer Umformvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Umformvorrichtung 100 weist eine Umformpresse 102 auf, die mit einem Pressenstößel 104 und mit einem dem Pressenstößel 104 gegenüberliegend angeordneten Stützabschnitt 106 ausgestattet ist. Bei dem Stützabschnitt 106 kann es sich insbesondere um einen Pressentisch handeln. Ferner weist die Umformvorrichtung 100 ein Umformwerkzeug 108 auf, das innerhalb der Umformpresse 102 zwischen dem Pressenstößel 104 und dem Stützabschnitt 106 angeordnet ist. Bei einem solchen Umformwerkzeug kann es sich insbesondere um ein Werkzeug zur Herstellung von Karosserieblechteilen handeln. Ebenso ist es möglich, dass es sich bei einem solchen Werkzeug 108 um ein Schneidwerkzeug handelt, welches innerhalb einer Schneidvorrichtung angeordnet ist.
Weiterhin ist die Umformvorrichtung 100 mit einer Messvorrichtung 10 zur In-Prozess-Messung von Kräften und Kraftverteilungen ausgestattet. Wie der 1 entnommen werden kann, ist die Messvorrichtung 10 innerhalb der Umformpresse 102 zwischen dem Werkzeug 108 und dem Pressenstößel 104 angeordnet. Ebenso ist es möglich, wie der 2 entnommen werden kann, die Messvorrichtung 10 innerhalb der Umformpresse 102 zwischen dem Werkzeug 108 und dem Stützabschnitt 106 anzuordnen, bei dem es sich vorliegend um einen Pressentisch handelt.
Durch eine Anordnung der Messvorrichtung 10 zwischen dem Werkzeug 108 und dem Pressenstößel 104 oder zwischen dem Werkzeug 108 und dem Stützabschnitt 106 können in besonders vorteilhafter Weise pressenseitige Einflüsse auf das jeweilige Werkzeug beziehungsweise auf den jeweiligen Prozess erfasst werden. Insbesondere erlaubt eine derartige Anordnung, die Kraftverteilung, welche auf das jeweilige Werkzeug einwirkt, zu erfassen und somit Rückschluss auf den pressenseitigen Einfluss des jeweiligen Prozesses zu ziehen. Auf Grundlage der erfassten Kraftverteilung können so Justierungen der Presse beziehungsweise des Pressenantriebs vorgenommen werden, was sowohl für die erstmalige Einrichtung einer Umformpresse 102 beziehungsweise eines darin angeordneten Umformwerkzeugs 108, aber auch für den dauerhaften Betrieb einer Umformvorrichtung 100 von Vorteil sein kann.
3 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung einer Messvorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Messvorrichtung 10 umfasst zumindest ein Messmodul 12, das zueinander beweglich angeordnete Kraftaufnahmeabschnitte 14 und 16 aufweist. Ferner ist die Messvorrichtung 10 mit einer Mehrzahl von Kraftsensoren 18 ausgestattet, die jeweils zwischen den Kraftaufnahmeabschnitten 14 und 16 eines des zumindest einen Messmoduls 12 angeordnet sind. Dabei ist das Messmodul 12 zur In-Prozess-Messung von Kräften innerhalb einer krafterzeugenden Vorrichtung 100 ausgebildet. Bei einer solchen krafterzeugenden Vorrichtung 100 kann es sich insbesondere um eine in den 1 und 2 gezeigten Bearbeitungsvorrichtung zur mechanischen Werkstückbearbeitung, insbesondere um eine Umformvorrichtung oder eine Schneidvorrichtung, handeln. Insbesondere kann das Messmodul 12 für die Anordnung innerhalb einer Umformvorrichtung 100 ausgebildet sein, die eine Umformpresse 102 sowie ein darin angeordnetes Umformwerkzeug 108 aufweist.
Wie der 3 weiter entnommen werden kann, ist das Messmodul 12 mit insgesamt vier Kraftsensoren 18 ausgestattet. Die vier Faltsensoren 18 sind dabei nach Art eines quadratischen Musters, also in zwei Zweierreihen, angeordnet. Auf diese Weise ist es möglich, schon alleine mit der Anordnung eines einzelnen Messmoduls 12 Kraftverteilungen zu erfassen. Die Darstellungen der 3 zeigt das Messmodul 12 dabei eine voneinander getrennte Stellung der Kraftaufnahmeabschnitte 14 und 16. Demgegenüber ist in 4 das Messmodul 12 in einer zusammengebauten Stellung der Kraftaufnahmeabschnitte 14 und 16 gezeigt.
Die Kraftaufnahmeabschnitte können in besonders vorteilhafter Weise als struktursteife Ober- und Unterteile 14 und 16 ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die Ober- und Unterteile 14 und 16 miteinander verschraubt und/oder vorgespannt. Die struktursteife Ausbildung der Ober- und Unterteile 14 und 16 ermöglicht es, eine Messung von hohen Kräften vorzunehmen ohne die Kraftsensoren zu beschädigen. Dabei ist die Steifigkeit der Ober- und Unterteile 14 und 16 im Hinblick auf den jeweiligen Kraftmessprozess auszulegen. Insbesondere ist die Steifigkeit der Ober- und Unterteile 14 und 16 so auszulegen, dass sich während der Kraftmessung lediglich eine linearelastische Verformung einstellt.
Wie den 3 und 4 weiter entnommen werden kann, sind die Kraftaufnahmeabschnitte 14 und 16 in Draufsicht rechteckförmig, insbesondere quadratisch, ausgebildet. Dabei kann jeder der Kraftaufnahmeabschnitte 14 und 16 in Draufsicht eine Mehrzahl von Rechteckabschnitten 20 aufweisen, die über Materialstege 22 miteinander verbunden sind. Die Kraftaufnahmeabschnitte 14 und 16 können ebenso vollflächig ausgebildet sein. Jeder der Rechteckabschnitte 20 ist dabei für die Aufnahme eines Kraftsensors 18 ausgebildet. Auf diese Weise wird eine individuelle Beaufschlagung der Kraftsensoren 18 begünstigt, wodurch eine genauere Erfassung der Kraftverteilung ermöglicht wird. Zur Messung von kleinen Kräften können zwischen den Kraftaufnahmeabschnitten 14 und 16 auch Festkörpergelenke vorgesehen sein, welche eine Relativbewegung der Kraftaufnahmeabschnitte 14 und 16 erlauben.
Das Messmodul 12 ist in bevorzugter Weise weiter mit einer integrierten Auswerteelektronik ausgestattet. Die Auswerteelektronik kann beispielsweise in das Unterteil 16 integriert sein. Ebenso ist es möglich, die Auswerteelektronik in das Oberteil zu integrieren. Die Auswerteelektronik ist bevorzugt zur Aufbereitung der gemessenen Sensordaten eingerichtet und/oder dazu eingerichtet, die aufbereiteten Sensordaten als Analog- oder Digitalsignal bereitzustellen. Ferner kann die Auswerteelektronik in vorteilhafter Weise an einen Datenbus, insbesondere ein CAN oder Profibus gekoppelt sein.
In den 5 und 6 ist eine Messvorrichtung 10 in schematischer Perspektivdarstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie in der 5 gezeigt kann das Messmodul 12 zur Verbindung mit einem weiteren Messmodul 12 ausgebildet sein, insbesondere für die Verbindung mit einer Mehrzahl, besonders bevorzugt für die Verbindung mit vier weiteren Messmodulen 12.
Vorzugsweise ist dabei zumindest ein Messmodul 12 mechanisch mit zumindest einem weiteren Messmodul 12 verbindbar. Hierbei ist für die Verbindung von zwei Messmodulen 12 ein Verbindungselement 24 für die mittelbare Verbindung der Messmodule 12 vorzusehen. Ein solches Verbindungselement 24 ist in 5 sowie auch in der 6 zwischen jeweils zwei Messmodulen 12 gezeigt. Das Verbindungselement 24 kann dabei zur Herstellung einer kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung von zumindest zwei Messmodulen 12 ausgebildet sein. Für die Herstellung einer kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung kann das Verbindungselement eine Rastfixierung aufweisen. Eine solche Rastfixierung 26 kann beispielsweise aus federelastisch vorgespannten Kugelelementen 28 bestehen, die in entsprechende Formelemente des Messmoduls 12 eingreifen. Derartige Rastfixierungen 26 sind auch als Kugelschnäpper bekannt. In bevorzugter Weise greift die Rastfixierung 26 zwischen die Kraftaufnahmeabschnitte 14 und 16 des Messmoduls 12 ein. Durch die federelastische Vorspannung der Kugeln 28 kann das Verbindungselement 24 manuell mit zumindest einem Messmodul 12 verbindbar und auch wieder von diesem lösbar sein. Dies erlaubt eine einfache und sichere Installation sowie Deinstallation der Messvorrichtung.
Wie der 6 entnommen werden kann, besteht die Messvorrichtung 10 aus einer Mehrzahl von Messmodulen 12, die zu einer Anordnung zusammengefügt sind. Dabei ist jedes Messmodul 12 mit zumindest einem weiteren Messmodul 12 verbindbar. Insbesondere ist jedes Messmodul 12 mit einer Mehrzahl, besonders bevorzugt mit vier weiteren Messmodulen 12 verbindbar. Die mechanische Verbindung der Messmodule 12 muss nicht zwingend über ein Verbindungselement 24 vorgenommen werden. So ist es auch möglich, die Messmodule unmittelbar miteinander in Eingriff zu bringen. Auch hierbei können sogenannten Kugelschnäpper zum Einsatz gebracht werden.
In 7 ist eine schematische Darstellung eines Schaltbildes der Messvorrichtung 10 aus 6 gezeigt. Die Messmodule 12 sind neben ihrer mechanischen Verbindung untereinander auch elektrisch und/oder informationstechnisch mit zumindest einem weiteren Messmodul verbunden. Dabei kann die elektrische und/oder informationstechnische Verbindung der Messmodule ebenfalls über ein Verbindungselement 24 vorgenommen werden. Beispielsweise kann die informationstechnische Verbindung über einen Datenbus realisiert werden.
Durch die elektrische und/oder informationstechnische Verknüpfung der Messmodule 12 untereinander kann somit ein Messverbund bereitgestellt werden, der eine integrierte Kommunikation der Messmodule 12 untereinander gewährleistet. Neben einem Datenbus 50 kann zudem auch eine Stromversorgung 52 für die Messmodule 12 vorgesehen sein. Ebenso ist es möglich, dass eine Messvorrichtung 10 aus einer Mehrzahl von Messmodulen 12 besteht, deren informationstechnische Verbindung lediglich drahtlos hergestellt wird. In diesem Fall kann eine Stromversorgung mittels Batterien erfolgen. Eine derartige Ausgestaltung kann dann von Vorteil sein, wenn Kraftverteilungen über große Fläche mit einer nur geringen Anzahl von Messmodulen 12 erfasst werden soll. Eine mechanisch getrennte Anordnung einer Mehrzahl von Messmodulen 12 kann neben der drahtlosen Verknüpfung auch durch den Einsatz entsprechend langer Anschlusskabel gewährleistet werden.
Wie der 7 weiter entnommen werden kann, werden die durch die Messvorrichtung 10 erfassten Messdaten durch eines der Messmodule 12a zum Auslesen für einen Bediener bereitgestellt. Bei dem Messmodul 12a handelt es sich dabei um ein Master-Modul, wobei die übrigen Messmodule als sogenannte Slave-Module 12b konfiguriert sind. Dabei ist das Master-Modul 12a dazu eingerichtet, von zumindest einem Slave-Modul 12b Messdaten zu empfangen. Das Master-Modul ist ferner zum Auslesen der Messdaten sämtlicher Messmodule 12a und 12b des Messverbundes 10 konfiguriert. Dementsprechend können die Messdaten des Master-Moduls 12a selbst sowie die Messdaten der Slave-Module 12b durch das Master-Modul 12a ausgelesen werden, wodurch die Installation und auch der Betrieb der Messvorrichtung 10 vereinfacht wird.
Bei dem in der 3 und 4 dargestellten Kraftsensor 18 handelt es sich in bevorzugter Weise um einen kapazitiven Sensor, insbesondere um einen Sensor auf Basis eines elektroaktivem Polymer, auch bekannt unter der Bezeichnung EAP-Sensor. Gleichermaßen kann ein derartiger Kraftsensor auch nach anderen Wirkprinzipen aufgebaut sein. Beispielsweise kann ein derartiger Kraftsensor eine elektrische Widerstandsänderung erfassen und somit eine Kraftmessung ermöglichen. Ebenso könnte eine Kraftmessung optisch erfolgen, beispielsweise interferenzbasiert.
Der Aufbau eines voranstehend erwähnten EAP-Sensors wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 8 bis 11 im Einzelnen erläutert. In der 8 werden schematisch die Einzelbestandteile eines solchen EAP-Sensors gezeigt. Ein derartiger EAP-Sensor besteht im Wesentlichen aus zwei Elektroden 30, die bevorzugt auf zumindest einer Isolationsschicht 32 aufgebracht sind. Insbesondere weist der hier gezeigte EAP-Sensor die Elektroden 30a und 30b auf, die abschnittsweise durch die Zwischenisolationsschichten 32a voneinander isoliert sind. An den Schichtenden werden die Elektroden 30a und 30b von Endisolationsschichten 32b bedeckt. Die Elektroden 30 können beispielsweise aus Polypropylen oder Polyethylen und Ethylenvinylacetat ausgebildet sein. Demgegenüber können die Isolationsschichten 32 beispielsweise aus Polyethylen und Methylacrylat bestehen.
Die Kraftsensoren 18 können in bevorzugter Weise als Faltsensoren ausgebildet sein. Die Faltung der Elektroden ist in einer schematischen Perspektivdarstellung in den 9 und 10 gezeigt. Wie in den Figuren 9 und 10 gezeigt, ist bevorzugt jede Elektrode 30a, 30b aus einem gefalteten Folienstrang gebildet, so dass jede Elektrode 30a, 30b mehrschichtig ausgebildet ist. Dabei ist die Elektrode 30a entlang einer Faltorientierung 34 gefaltet, die mit der Faltorientierung 36 der jeweils anderen Elektrode 30b einen Winkel α einschließt, insbesondere einen rechten Winkel. Auf diese Weise lässt sich jede der Elektroden 30a, 30b fehlerfrei und mit besonders geringem Aufwand falten.
Wie den 8 bis 10 weiter entnommen werden kann, weist jede Elektrode 30a, 30b eine Mehrzahl von Wirkabschnitten 40 und zumindest ein die Wirkabschnitte 40 verbindenden Brückenabschnitt 42 auf. Insbesondere weist die Elektrode 30a die Wirkabschnitte 40a und die Brückenabschnitte 42a auf. Die Elektrode 30b weist die Wirkabschnitte 40b und die Brückenabschnitte 42b auf.
Den 9 und 10 ist zu entnehmen, dass die Wirkabschnitte 40 in gefalteter Stellung der jeweiligen Elektrode 30 parallel zueinander angeordnet. Die Wirkabschnitte 40a und 40b der beiden Elektroden 30a und 30b sind entlang der Schichtrichtung 44 des Sensors abwechselnd angeordnet. So alternieren die Wirkabschnitte 40a der Elektrode 30a mit den Wirkabschnitten 40b der Elektrode 30b entlang der Schichtrichtung 44 des Sensors.
Der Kraftsensor 18 weist ferner eine Mehrzahl von Isolationsschichten 32 auf. Dabei sind zwei benachbarte Elektroden 30a und 30b jeweils durch eine Zwischenisolationsschicht 32a voneinander getrennt. Insbesondere sind die Wirkabschnitte 40a der einen Elektrode 30a von den Wirkabschnitten 40b der anderen Elektrode 30b durch eine Zwischenisolationsschicht 32a getrennt, wie im Einzelnen in der 10 gezeigt. Dabei erfolgt die Faltung der jeweiligen Elektroden im Bereich der Brückenabschnitte 42. Im Bereich dieser Brückenabschnitte 42 ist keine Zwischenisolationsschicht vorgesehen. Insbesondere können die Zwischenisolationsschichten 32a entlang ihren Seitenkanten Ausnehmungen 46 aufweisen, innerhalb derer die Brückenabschnitte 42 angeordnet werden können. Die Anordnung der Ausnehmungen 46 ermöglicht eine Faltung der Brückenabschnitte 42 ohne die Gefahr einer Faltenbildung des Brückenabschnitts 42 selbst oder einer etwaigen Isolationsschicht 32a. Gleichzeitig kann durch die Ausbildung der Ausnehmung 46 das Ausmaß der jeweiligen Elektrode begrenzt werden, so dass die Brückenabschnitte 42 nicht über den restlichen Außenumfang des Kraftsensors 18 hervorstehen.
Die 11 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung eines EAP-Faltsensors. Die in Schichtrichtung 44 zuletzt angeordneten Wirkabschnitte 40a, 40b sind durch Endisolationsschichten 32b bedeckt, wie in 11 gezeigt. Die Endisolationsschichten 32b sind frei von Ausnehmungen und bedecken somit die letzte Schicht der jeweiligen Elektrode 30 einschließlich des jeweiligen Brückenabschnitts 42. Auf diese Weise wird eine sichere Isolierung des Kraftsensors 18 sichergestellt. Jeweils zwei Kupferkontakte 48 stellen die Anschlüsse zu einer Elektrode 30 her.
Ein voranstehend beschriebener EAP-Sensor lässt sich in besonders vorteilhafter Weise für die Verwendung innerhalb einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 10 einsetzen. Dabei ermöglicht der schichtweise Aufbau des Kraftsensors 18 eine hohe Messsensitivität und damit eine genaue Erfassung der zu messenden Kräfte. Wie voranstehend beschrieben kann eine erfindungsgemäße Messvorrichtung 10 in vorteilhafter Weise für eine Umformvorrichtung 100 eingesetzt werden, die in bevorzugter Weise eine Umformpresse 102 sowie ein Umformwerkzeug 108 umfasst. Bei dem Umformwerkzeug 108 kann es sich beispielsweise um ein Werkzeug für die Herstellung von Karosserieblechteilen handeln. Die Erfassung von Kraftverteilungen innerhalb einer solchen Umformvorrichtung 100 mittels einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 10, die mit einem voranstehend beschriebenen Kraftsensor 18 ausgestattet ist, erlaubt in einfacher und zuverlässiger Weise die Erfassung von Kraftverteilungen, die auf ein Umformwerkzeug 108 einwirken. Der jeweilige Umformprozess kann durch derart erfasste Kraftverteilungen in geeigneter Weise modifiziert und dadurch verbessert beziehungswese im fortwährenden Betrieb ausgeregelt werden.

Claims

Messvorrichtung (10) zur Messung von Kraftverteilungen, - mit zumindest einem Messmodul (12), das zueinander beweglich angeordnete Kraftaufnahmeabschnitte (14, 16) aufweist, und - mit einer Mehrzahl von Kraftsensoren (18) zur Messung von Druckkräften, - wobei die Kraftsensoren (18) jeweils zwischen den Kraftaufnahmeabschnitten (14, 16) eines des zumindest einen Messmoduls (12) angeordnet sind und - wobei das Messmodul (12) zur In-Prozess-Messung von Kräften innerhalb einer krafterzeugenden Vorrichtung (100) ausgebildet ist.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Messmodul (12) zur In-Prozess-Messung von Kraftverteilungen innerhalb einer Bearbeitungsvorrichtung (100) zur mechanischen Werkstückbearbeitung ausgebildet ist und/oder wobei das Messmodul (12) für die Anordnung innerhalb einer Umformvorrichtung (100) ausgebildet ist, die eine Umformpresse (102) sowie ein darin angeordnetes Umformwerkzeug (108) aufweist.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmodul (12) zur Anordnung zwischen einem Umformwerkzeug (108) und einem Pressenabschnitt (104, 106) einer Umformpresse (102) ausgebildet ist und/oder wobei das Messmodul (12) zur Messung von Kraftverteilungen innerhalb einer Ebene zwischen einem Umformwerkzeug (108) und einem Pressenabschnitt (104, 106) einer Umformpresse (102) ausgebildet ist.
Messvorrichtung (10) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Messmodul (12) eine Mehrzahl von Kraftsensoren (18) aufweist und/oder wobei das zumindest eine Messmodul (12) zur statischen und/oder dynamischen Kraftmessung eingerichtet ist.
Messvorrichtung (10) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Messmodul (12) struktursteif ausgebildet ist und/oder wobei die Kraftaufnahmeabschnitte (14, 16) als struktursteife Ober- und Unterteile ausgebildet sind und/oder wobei die Kraftaufnahmeabschnitte (14, 16) über ein Festkörpergelenk miteinander verbunden sind und/oder wobei die Kraftaufnahmeabschnitte (14, 16) in Draufsicht rechteckförmig ausgebildet sind und/oder wobei jeder der Kraftaufnahmeabschnitte (14, 16) in Draufsicht aus einer Mehrzahl von Rechteckabschnitten (20) gebildet ist, die über Materialstege (22) miteinander verbunden sind.
Messvorrichtung (10) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Messmodul (12) eine integrierte Auswerteelektronik aufweist, die zur Aufbereitung der gemessenen Sensordaten eingerichtet ist und/oder wobei die Auswerteelektronik dazu eingerichtet ist, die aufbereiteten Sensordaten als Analog- oder Digitalsignal bereitzustellen, und/oder wobei die Auswerteelektronik an einen Datenbus gekoppelt ist.
Messvorrichtung (10) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmodul (12) mit zumindest einem weiteren Messmodul (12) verbindbar ist und/oder wobei eine Mehrzahl von Messmodulen (12) vorgesehen ist, die modular miteinander verbunden sind und/oder wobei zumindest ein Messmodul (12) mit zumindest zwei weiteren Messmodulen (12) verbindbar ist.
Messvorrichtung (10) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmodul (12) mechanisch mit zumindest einem weiteren Messmodul (12) verbindbar ist und/oder wobei das zumindest eine Messmodul (12) unmittelbar oder mittelbar über zumindest ein Verbindungselement (24) mechanisch mit einem weiteren Messmodul (12) verbindbar ist.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungselement (24) vorgesehen ist, das zur Herstellung einer kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung von zumindest zwei Messmodulen (12) ausgebildet ist und/oder wobei das Verbindungselement (24) über eine Rastfixierung (26) mit den Messmodulen (12) verbindbar ist und/oder wobei das Verbindungselement (24) manuell mit zumindest einem Messmodul (12) verbindbar und/oder von diesem lösbar ist.
Messvorrichtung (10) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmodul (12) elektrisch und/oder informationstechnisch mit zumindest einem weiteren Messmodul (12) verbindbar ist, über einen Datenbus und/oder drahtlos.
Messvorrichtung (10) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Messmodulen (12) vorgesehen ist, die zu einem Messverbund zusammengefügt sind, und/oder wobei die Messmodule (12) elektrisch und/oder informationstechnisch miteinander verknüpft sind, sodass der Messverbund eine integrierte Kommunikation der Messmodule (12) untereinander aufweist.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Mehrzahl der Messmodule (12) als Master-Modul (12a) konfiguriert ist und/oder dass zumindest eines der Mehrzahl der Messmodule (12) als Slave-Modul (12b) konfiguriert, wobei das Master-Modul (12a) Messdaten von zumindest einem Slave-Modul (12b) empfängt, und/oder wobei das Master-Modul (12a) zum Auslesen der Messdaten sämtlicher Messmodule (12) des Messverbundes konfiguriert ist.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Slave-Modul dazu eingerichtet ist, seine Identnummer und die Identnummer des jeweiligen Nachbarmoduls zur Erstellung eine Karte über die Lage der Module an das Mastermodul zu senden, wobei das Mastermodul dazu eingerichtet ist, die von dem zumindest einen Slave-Modul empfangenen Daten zur Erstellung einer Karte über die Lage der Module an eine externe Datenverarbeitungseinrichtung zu übermitteln.
Messvorrichtung (10) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kraftsensor (18) ein kapazitiver Sensor ist.
Messvorrichtung (10) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kraftsensor (18) als Faltsensor ausgebildet ist.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Folienstrang (30, 30a, 30b) eine Mehrzahl von Wirkabschnitten (40, 40a, 40b) und zumindest einen die Wirkabschnitte (40, 40a, 40b) verbindenden Brückenabschnitt (42, 42a, 42b) aufweist, wobei die Wirkabschnitte (40, 40a, 40b) in gefalteter Stellung des Folienstrangs (30, 30a, 30b) parallel zueinander angeordnet sind und/oder wobei die Wirkabschnitte (40, 40a, 40b) der beiden Elektroden (30, 30a, 30b) entlang der Schichtrichtung (44) des Sensors abwechselnd angeordnet sind.
Messvorrichtung (10) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (18) eine Mehrzahl von Isolationsschichten (32, 32a, 32b) aufweist und/oder wobei zwei benachbarte Elektroden (30, 30a, 30b), jeweils durch eine Zwischenisolationsschicht (32a) getrennt sind und/oder wobei die Zwischenisolationsschichten (32a) an Ihren Seitenkanten Ausnehmungen (46) für die Brückenabschnitte (42, 42a, 42b) aufweisen und/oder wobei die in Schichtrichtung (44) zuletzt angeordneten Wirkabschnitte (40, 40a, 40b) durch Endisolationsschichten (32b) bedeckt sind.
Umformvorrichtung (100) zum Herstellen von Blechbauteilen, - mit einer Umformpresse (102), die einen Pressenstößel (104) und einen dem Pressenstößel (104) gegenüberliegend angeordneten Stützabschnitt (106) aufweist, - mit einem Umformwerkzeug (108), das innerhalb der Umformpresse (102) zwischen dem Pressenstößel (104) und dem Stützabschnitt (106) angeordnet ist, - mit einer Messvorrichtung (10) zur In-Prozess-Messung von Kräften und Kraftverteilungen, - wobei die Messvorrichtung (10) innerhalb der Umformpresse (102) zwischen dem Werkzeug (108) und dem Pressenstößel (104) oder zwischen dem Werkzeug (108) und dem Stützabschnitt (106) angeordnet ist.